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本书为普通高等教育"十一五”国家级规划教材。 本书从内容上分为两部分。第1～5章介绍 激光的基本理论，从激光的物理学基础出发，着重阐明物理概念，以及激光输出特性与 激光器的 参数之间的关系，尽量避免过多的理论计算，以掌握激光器的选择和使用为主要目的；第6～10章介绍激光在计量、加工、医学、信息技术，以及现代科技前沿问题中的应用，重点介绍各种应用的思路和方法。 -L9I;]:KY 7p}.r
J54  &ZjQa.-U> DqLZc01> 第1章辐射理论概要与激光产生的条件 %"R|tlG =h~\nTN 1.1光的波粒二象性 1 :xN )M,s );LkEXC_' 1.1.1光波 4XkSj9D~z 4= VAJ 1.1.2光子 ^9})@,(D ]-o0HY2 1.2原子的能级和辐射跃迁 49o5" M( rb+&] 1.2.1原子能级和简并度 q@;z((45 =YPvh]][ 1.2.2原子状态的标记 (6C%w)8' X-F|&yE~< 1.2.3玻尔兹曼分布 @v 1f)(N t83n` L C 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 0Ywqv)gg 4v+4qyMyE 1.3光的受激辐射 >Q0HqOq l \= M'D 1.3.1黑体热辐射 M < 3P g-c\ ; 1.3.2光和物质的作用 yqpb_h9 OUY 65K 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 +U(m b */B-%*#I. 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 JW!SrM xF Fe(qf>E 1.4光谱线增宽 I("J$ -[kbHrl& 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 * \@u,[, `(|jm$Q 1.4.2自然增宽 ^-3R+U- S Qt_LBJ UWV 1.4.3碰撞增宽 c&Pgz~iP @u./VK 1.4.4多普勒增宽 `P&L. m]| P)?) H]J" 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 gA e*kf1 ?]S !-6: 1.4.6综合增宽 :tu_@3bg- tlU&p' 1.5激光形成的条件 /J8'mCuC. j HT2|VGb* 1.5.1介质中光的受激辐射放大 X@u-n_ |V2+4b, 1.5.2光学谐振腔和阈值条件 IrU}%ZVV #D"fCVIS 思考练习题1 gB !K{ Io' z.f~wAT@< 第2章激光器的工作原理 8=^o2& X0X!:gX 2.1光学谐振腔结构与稳定性 g ->cgExj 5b_[f ( 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 F`9;s@V* D m': D 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 n/_cJD \ v%|()Z0 2.1.3稳定图的应用 y Q>
*F PjEKZHHz
2.2速率方程组与粒子数反转 n237 %LH[ N
3)OH6w" 2.2.1三能级系统和四能级系统 #NM .g RltG/ZI 2.2.2速率方程组 ]9?_ m@Ihx %?lPS 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 p&=F:- | 9)Q =( 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 ,4 ftQJ F{ cKCqI? 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 a_5 `9B L JHN3 5a+ 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 8phc ekh+ ` ` o:N` 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 ~y{(&7sM 'z\K0 2.3.1均匀增宽介质的增益系数 ^+:_S9qst gP*:>[lR 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 5-|fp(Ww_W n$ye:p>`- 2.4非均匀增宽介质的增益饱和 NfcQB;0 >a98 H4 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 I(E1ym < Tr_,Ya{9 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 TL(L[ A u'[|Pr r 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 r=dFk?8XbC _N~h#( 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 vs|>U-Mpw~ ~SkdP7 ) 2.5激光器的损耗与阈值条件 >\b=bT@iM .Ev i 2.5.1激光器的损耗 Q z;2RELz 95giqQ(N 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 |M vCEp G0$
1"9u\w 2.5.3阈值条件 +x$;T*0 Y3jb 'S4( 2.5.4对介质能级选取的讨论 F7^d@hSV Qh-k[w 0 思考练习题2 CqDMq ! {{ M?+]p,^ 第3章激光器的输出特性 =
wN ul " 8%Zl;;W 3.1光学谐振腔的衍射理论 0Ha1p q R O&]Y. Z9,A 3.1.1数学预备知识 u79.`,Ad& NG@9 }O 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 +u*WUw! % C,-q 2ry 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 SE{$a3`UzP !8ub3oj) 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 elXY*nt8h Y;S+2])R2 3.2对称共焦腔内外的光场分布 >L?)f3_a \}t(g}7 T 3.2.1共焦腔镜面上的场分布 cYdk, N r: n ^U# 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 XXacWdh \ 3/o-\ wWO 3.3高斯光束的传播特性 kc `Q-
N} pt GM' 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 h,<%cvU= vWI9ocl`W 3.3.2高斯光束的相位分布 9 8bmia&H yef@V2Z+ 3.3.3高斯光束的远场发散角 mKynp H-?SlVsf 3.3.4高斯光束的高亮度 R@t?!`f!+ 6w<jg/5t 3.4稳定球面腔的光束传播特性 g+p?J.+ R`Hyg4? 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 Fsv%=E { UceZW tYa 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 HgE^#qD? WcAX/ <Y > 3.5其他几种常用的激光光束 V3K
o 6 3.5.1厄米-高斯光束 $@[6j y i;`r zsRb 3.5.2拉盖尔-高斯光束 J C}y{R8 fZH:&EP 3.5.3贝塞尔光束 gO4` e(W (F~i 3.6激光器的输出功率 5YMjvhr?W D#50 8{) 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 YmFJlMK 4&~1|B{Z 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 zS 18K l XJDp%B 3.7激光器的线宽极限 =9 FY;9 $`x4|a8- 3.8激光光束质量的品质因子M2 , *8}TIS(s QM`A74j0]\ 3.9模式激光的某些一阶统计性质 a_w# ,^/P BftW<1,U^ 3.9.1单模激光的一阶统计性质 =l&7~ :CNWHF4$ 3.9.2多模激光的一阶统计性质 I0sd%'Ht? ] 7_ f'M1F 思考练习题3 C4&yC81Gm #g \O*oYaw 第4章激光的基本技术 3|-)]^1O E ic/#j{4 4.1激光器输出的选模 f"q='B9_T\ <H`&Zqqk 4.1.1激光单纵模的选取 3i=+ [ Ly/"da 4.1.2激光单横模的选取 XLz>h(w= |7 ]v&?y 4.2激光器的稳频 ir-srVoXy W'eF
| hu 4.2.1影响频率稳定的因素 b ;`gxXeL '@i/?rNi%N 4.2.2稳频方法概述 3|8\,fO? eaCv8zdX 4.2.3兰姆凹陷法稳频 NGtSC_~d l_5]~N 4.2.4饱和吸收法稳频 TZT i:\nS b=horvs/! 4.3激光束的变换 Hly2{hokq ='a[(C&Y 4.3.1高斯光束通过薄 透镜时的变换 A
'rfoA6 a` A V 4.3.2高斯光束的聚焦 b/HhGA0 4\a K C%5 4.3.3高斯光束的准直 v\PqhI y" @
U
xO! 4.3.4激光的扩束 [Nbs{f^J= #S) +eH 4.4激光调制技术 .;)7)% k#NIY4%. 4.4.1激光调制的基本概念 "MQy>mD6 S B0Cq 4.4.2电光强度调制 Z5/^pyc 8+5 # FC7 4.4.3电光相位调制 o8;>E>; ~VYZu=p 4.5激光偏转技术 AE? 0UVI dc.9:u*w 4.5.1机械偏转 s9+Rq*Qd AP5[}$T T 4.5.2电光偏转 :6~Nq/hZ B wO9|_.Z{ 4.5.3声光偏转 "7}bU_" :s f]Z%,'1^ 4.6激光调Q技术 j>Wb$p6S k=!lPIx 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q KM
li!.(b 6U~AKq"+f 4.6.2调Q原理 OV /H&fe uNSaw['0j 4.6.3电光调Q > >/|Q: W| h~&O 4.6.4声光调Q sh;DCd 2*;qr|h, 4.6.5染料调Q ~SUrbRaY> nX%b@cOXj 4.7激光锁模技术 "g27| e?y 36"-cGNr{ 4.7.1锁模原理 4'u +%6+__ IlN: NS 4.7.2主动锁模 0%J0.USkM7 VF[$hs 4.7.3被动锁模 San3^uX )+ifVv 50 思考练习题4 Io_bS+ XzLB#0 第5章典型激光器介绍 8LuM eGs
jMUd,j`Opx 5.1固体激光器 1OI/!!t1$ @cYb37)q= 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 cG!\P: re A1>fNilC9 5.1.2固体激光器的泵浦系统 DR]= \HQ $O
nh2
^ 5.1.3固体激光器的输出特性 -YvnX0j+ PgOOFRwP 5.1.4新型固体激光器 {BV0Y .O 5<64 C}fE3 5.2气体激光器 :Kq]b@ X 7m.#No>^ 5.2.1氦氖(HeNe)激光器 RfoEHN H!SFSgAu 5.2.2二氧化碳激光器 m&S *S_c hK]mnA[Y 5.2.3Ar＋离子激光器 , bTpD! H@, h$$ 5.3染料激光器 +G: CR,Z>+ ,J; Cb} 5.3.1染料激光器的激发机理 F/%M`?m"ie p"@ [2hK 5.3.2染料激光器的泵浦 Cb}I-GtO
'u g:ic 5.3.3染料激光器的调谐 c'|](vOd] WwDd62g 5.4半导体激光器 [D%(Y
~2 E P3Vz8^ 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 HQkK8'\LP j_3`J8WwF 5.4.2PN结和粒子数反转 uH{o JSrK ) kMF~S|H 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件
wK]p`:3 i(qZ# oN 5.4.4同质结和异质结 半导体激光器 <%4M\ n -UB XWl 5.5其他激光器 { )g
$ 0u) m9eg 5.5.1准分子激光器 OLS/3c
z !i>d04u`% 5.5.2自由电子激光器 c7~'GXxQ2 /hN;\Z[@ 5.5.3化学激光器 fI
v?HD:j a% nf
)-}| 思考练习题5 Gf=3h4 O!G!Gq& 第6章激光在精密测量中的应用 Z% DJ{!Hnh W1Vy5V|M 6.1激光干涉测长 $c {fPFe- : X}n[K 6.1.1干涉测长的基本原理 vf5q8/a B#DnU;=O#+ 6.1.2激光干涉测长系统的组成 ${)oi:K@: R53^3"q~ 6.1.3激光外差干涉测长技术 =`ZRP A!aY ri Z :#I 6.1.4激光干涉测长应用举例 N:q\i57x d&* c3F 6.2激光衍射测量 72CHyl`|l 1}_4C0h\' 6.2.1激光衍射测量原理 W{%X1::q$ 'NMO>[. 6.2.2激光衍射测量的方法 4/ WKR3X M5a&eO 6.2.3激光衍射测量的应用 jM}(?^@ VOJ/I Dl 4 6.3激光测距 -7KoR}Ck! jF@BWPtF= 6.3.1激光脉冲测距 < 1%}8t" a&2UDl% K 6.3.2激光相位测距 Aydpr _lp &]h`kvtBC 6.4激光准直及多自由度测量 fG d1 '&+]85_&$ 6.4.1激光准直仪 jlA6~n -=cm7/X 6.4.2激光衍射准直仪 ur .krsU hFo29oN 6.4.3激光多自由度测量 ! 1Hs;K @eM$S5&n$ 6.5激光多普勒测速 "O'c.v?{x k`;d_eW 6.5.1运动微粒散射光的频率 $4mCtonP= L+S)hgUH 6.5.2差频法测速 A=0{}B# ^Ze(WE) 6.5.3激光多普勒测速技术的应用 H $ %F0'0 ^mg:<_p 6.6环形激光测量角度和角加速度 !Rc
% 0
*;i]owV 6.6.1环形激光精密测角 `Se2f0", Q }G2f4 6.6.2光纤陀螺 qyx d9Lk1 c`/VYgcTqB 6.7激光环境计量 R7"7
Rx
Y0T ad?iC 6.8激光散射板干涉仪 BT&R:_: ?=LT
^Zp` 思考练习题6 Wsgp# W+ Zf1
uK(6X 第7章激光加工技术 pSb tm74 x|yJCs> 7.1激光热加工原理 Yn[ >Y) Z;V(YK(WO. 7.2激光表面改性技术 H [nco# v)T#
iw[ 7.2.1激光淬火技术的原理与应用 t
V(
WhP UWnF2,<s; 7.2.2激光表面熔凝技术 B$6KI 0zA;%oP 7.2.3激光熔覆技术 4Z>gK ( (6B ; 7.3激光去除材料技术 m I5J] hk \i/HHP[ % 7.3.1激光打孔 4BUG\~eI3 }LC m_av 7.3.2激光切割 8^^ 1h ]\KVA)\ 7.4激光焊接 h]h"-3 :Fm*WqZu 7.4.1激光热导焊 24nNRTI 5q*s_acQ 7.4.2激光深熔焊 QRv yaV aXQ S0>G%( 7.4.3激光复合焊 ?)J/uU2w }ymW};W 7.5激光快速成型技术 rH!sImz, QmjE\TcK/ 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 {?`7D:]`^ zzh Z1;\ 7.5.2激光快速成型技术 ~h_
_ Y> faDS!E' + 7.5.3激光快速成型技术的重要应用 J/jkb3 qF4tjza;k 7.6其他激光加工技术 (_|*&au J C 2nm SXV 7.6.1激光清洗技术 FJDC^@ Ne 4VZI]3K, 7.6.2激光弯曲 l99Lxgx= Gn=b_! 思考练习题7 |,p"<a!+{w {=3A@ /vM 第8章激光在医学中的应用 Ij7P -5=< {h|<qfH 8.1激光与生物体的相互作用 7tXy3-~biz
P4q5#r 8.1.1生物体的 光学特性 A[uE#T ^ ':fp|m)M 8.1.2激光对生物体的作用 r u@#s2 ( ne[a2%> 8.1.3激光对生物体应用的优点 $/s"It ;. Bz' Q 8.2激光在临床治疗中的应用 2PYn zAsl mP &\? 8.2.1激光临床治疗的种类与现状 kW)3naUf< z'm}p 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 #Z1-+X8P j{OA%G(I 8.2.3激光在眼科中的应用 b'\Q/;oz> '";#v. ! 8.2.4激光在泌尿外科中的应用 sJ|pR=g)! c 9f"5~ 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 ]B,tCBt h40;Q<D 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 84QOW|1 S~);
8.2.7光动力学治疗 GMJ4v S %jzTQ+.%]^ 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 H P.=6bJWi `s)4F~aVo 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 -n.m "O3 ,fp+n u8 , 8.3.2激光断层摄影 PP$sdmo n7fhc*}:` 8.3.3激光显微镜 HpEd$+M z 6ieul@?*u* 8.4医用激光设备 6?F88;L 6p4BsWPx 8.4.1医用激光 光源 YSeH;<' 7 A\` 8.4.2医用激光传播用 光纤 = g{I`u bI &<L O 8.5激光应用于医学的未来 bFX{|&tHU 0~fjY^( 8.5.1医用激光新技术 D{N8q^Cs9
^wolY0p 8.5.2光动力学治疗的前景 h p|v?3( rJ Jx8)M 思考练习题8 vW=-RTRH nZbI} kcm 第9章激光在信息技术中的应用 8TFQ%jv euB 1}M 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 BuV71/Vb{Q J
_O5^=BP 9.1.1半导体激光器 W^[FWF UTY 3 :x(2 A 9.1.2光纤激光器 Z6zV 9hn J =^IS\m 9.1.3光放大器 Q]K` p( @q'kKVJs 9.2激光全息三维显示 ?$6H',u ;\*3A22 # 9.2.1全息术的历史回顾 9~Dg<wQ PyQ .B*JJ 9.2.2激光全息术的基本原理和分类 ,/w*sE .rtA sbp.! 9.2.3白光再现的全息三维显示 45c?0tj a&_ h( 9.2.4计算全息图 /A7( `l ;6 5!F;|*vC8 9.2.5数字全息术 I_<VGU k 4f\NtQ) 9.2.6全息三维显示的优点 Xfc$M(a
K{ wmr?ANk 9.2.7全息三维显示的应用 _= v4Iz0 h-P|O6@Ki 9.2.8全息三维显示技术的展望 j?2~6W/[ Wi&v?nm 9.3激光存储技术 ~*Y#Y{ &zJI~R 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 1tNL)x"w G}pFy0W\S 9.3.2激光光盘存储 q}P@}TE eq 6O6- 9.3.3激光体全息光存储 (A~7>\r + *C*ZmC5 9.3.4激光存储技术的新进展 |C4fg6XDL IIR+qJ__| 9.4激光扫描和激光打印机 ~qgh w@Q~ 8TP$ ? 8l 9.4.1激光扫描 Yj& Sb XZ %,h 9.4.2激光打印机 [Fr ](&Tx |owr?tC 9.5量子光通信中的激光源 lMY\8eobcB .C^P6S2oJ 9.5.1量子光通信 z(\a JW *E/Bfp1LIe 9.5.2量子态发生器及应用 uos8Mav{E =
7y-o 思考练习题9 yvB]rz} i Yqs=jTq`{ 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 >-MnB [bh?p+V 10.1激光核聚变 '8q3ub<\ H+[?{+"#@l 10.1.1受控核聚变 kOQ)QX B(W~]i 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 Av.tr&ZNb \L*%?~ 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 \jC) ;mk /z-rBfdy^ 10.2激光冷却 j[r}!;O d1D
f` 10.3激光操纵微粒 <&E}db HgQjw ! 10.3.1光捕获 v,-T k=qP e gq,)6> 10.3.2微粒操纵 vvxxwZa=O t=P+m 10.4超越经典衍射极限的分辨率 xTAfV N 2b$>1O&2 10.4.1解析延拓 9+ 1{a.JO _5p$ #U` 10.4.2综合孔径傅里叶全息术 WzzA:X TUp\,T^2 10.4.3傅里叶叠层算法 [K4cxqlfk x/s:/YN' 10.4.4相干谱复用 s 4`-m Ia IO\1nB$0nb 10.4.5非相干结构光 照明成像 UPfE\KN+p# E/: U,u{ 10.4.6超分辨荧光显微镜 bbC@ 2y!n c% 10.5激光光谱学 rp @:i _] u d/!@WG 10.5.1拉曼光谱 Lvf<g}?4 >6C\T@{lJ 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 HkD. W6A3 e4YfJd 10.5.3频率高分辨的双光子光谱 mV^w|x 7\UHADr 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 6{+yAsI [(n5-#1S 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 1clzDwW ( >}1t!1 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 K Ggt Eh| {-5)nS^_ 10.6.1电磁波的正常多普勒效应 ?AFb & li*S^uSF 10.6.2在负折射率材料中传播的电磁波的反常多普勒效应 MD[hqsh oh Y( ,RJ&7 10.6.3折射光子晶体棱镜的设计以及负折射性质的实验验证 2?
E;(]dQ 5p.rd0T]l3 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 V6merT79 q{9vY:`[ 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 R2) @Q goR_\b
SU 思考练习题10
9tpyrGv :j] 6vp 6 附录A随机变量 <Y)14w% ~ikp' 5 A.1概率的定义和随机变量 nYtkTP!J6 >M 5}L< A.2分布函数和密度函数 "==c f,ro1Nke A.3推广到两个或多个联合随机变量 C@- Hm Z. ${WZW A.4统计平均
m}yu 4 va@;V+cD 附录B随机过程 $j- Fm:ZIA x;[)#>.' B.1随机过程的定义和描述 T.#_v# oM ?,VpZ%Df2 B.2平稳性和遍历性 _&= `vv' Apu - 9|oP 参考文献 S[L@8z.Sj Gm-
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