激光原理及应用（第4版）
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。 !aSu;Ln C~4$A/&(  #+2|ZfCn% N'L3Oa\% 第1章辐射理论概要与激光产生的条件 1/t }>>,M u`l1
z Mk 1.1光的波粒二象性 V 0<>Xo% f
IUz%YFn 1.1.1光波 rPV\ F JrF\7*rh9 1.1.2光子 mdu 5aL Z/ "jLfP 1.2原子的能级和辐射跃迁 mWUo:(U & j@i> (7 1.2.1原子能级和简并度 SwESDo) qD qgU 1.2.2原子状态的标记 < r*A(}Y _rQM[{Bkg 1.2.3玻尔兹曼分布 ?#F}mOVAa )v!>U<eprD 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 NX ?J d%$'Y| 1.3光的受激辐射 qMAH~P0u nw3CI&Y` 1.3.1黑体热辐射 LT sG
;>o}/h 1.3.2光和物质的作用 0&1!9 -(d K!q:A+ ] 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 dm60O8 ~eH+*U|\|M 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 Re <G#*^ {1^9* 1.4光谱线增宽 I|=$.i s a%2,e' 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 L 0{ehpvM Y-%S,91O 1.4.2自然增宽 8=^o2& X0X!:gX 1.4.3碰撞增宽 \2!v~&S n<;T BK 1.4.4多普勒增宽 djVE x } oWVlHAPj 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 U @$Kp>X W`fE@* k0 1.4.6综合增宽 }hOExTz PjEKZHHz
1.5激光形成的条件 n237 %LH[ N
3)OH6w" 1.5.1介质中光的受激辐射放大 #NM .g RltG/ZI 1.5.2光学谐振腔和阈值条件 <$s G]l!\ %?lPS 思考练习题1 p&=F:- /8baJ+D"4\ 第2章激光器的工作原理 s1XW}D w X*Mw 0;+T 2.1光学谐振腔结构与稳定性 }Y(yDg;" tk5Bb`a 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 sa8Sy& X" !* wK4UcX" 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 ;t i{
#(Ux [o )P 2.1.3稳定图的应用 |5SYKA7CS X]q,A5g 2.2速率方程组与粒子数反转 372ew h3' N1ZH aZ 2.2.1三能级系统和四能级系统 <,,U>0?3 SE+K"faKQ 2.2.2速率方程组 xUE 9%qO Ek' 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 KYY~ YP Pg%OFhA 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 8Z>ZjNG H"8+[.xBh 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 @RKw1$BA IM zhEm 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 2s,wC!', 3`4g*w O 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 }5^j08 hQrO8T ?2 2.3.1均匀增宽介质的增益系数 GYot5iLg _Tyj4t0ElV 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 WF<0Q H V ^=o@I 2.4非均匀增宽介质的增益饱和 9PEjV$0E2 fRJS o% 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 HPs$R [ [Dp 6q~RM 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 6Gjr8 P- ma~g>I 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 4RsV\Y{FN LR D71*/ 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 V 0R;q 5I5~GH 2.5激光器的损耗与阈值条件 Nzz" w_ # Bsw5A7,- 2.5.1激光器的损耗 ;<%~g8:XL s]0x^"#B 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 BuI&kU,WY tsq]QTA* 2.5.3阈值条件 Gs2.}l z "2(4?P 2.5.4对介质能级选取的讨论 68R[Lc9q5 ]c8lZO> 思考练习题2 AEm?g$a +r9:n(VP 第3章激光器的输出特性 /AWV@ ' -8Z%5W` 3.1光学谐振腔的衍射理论 |_ HH[s*U 0Ep%&>@ 3.1.1数学预备知识 y1^<!I t#oJr2 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 swu W6p YVZm^@ZVV 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 GEy^*, d {PGNPxUbe 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 % w 6fB d NG>:p 3.2对称共焦腔内外的光场分布 #)_4$<P*' IX;u +B 3.2.1共焦腔镜面上的场分布 9f;\fe f&B&!&gZ 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 +LV~%?W /o g2+! 3.3高斯光束的传播特性 Ra[{K@ J C}y{R8 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 fZH:&EP gO4` e(W 3.3.2高斯光束的相位分布 (F~i \MQ|( 3.3.3高斯光束的远场发散角 zCj]mH`es' HE.
` 3.3.4高斯光束的高亮度 =:mD)oX* #0"Fw$Pc 3.4稳定球面腔的光束传播特性 #A@*k }/+ Hn0 ,LH$/ 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 E"&fT!yi wgpu]ooUF& 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 bNp
RGhlV |/[?] ` 3.5其他几种常用的激光光束 <i `Ipj v/ \l 3.5.1厄米-高斯光束 i,M<}e1 i[H`u,%+( 3.5.2拉盖尔-高斯光束 0RN]_z$;H `$SX%AZA 3.5.3贝塞尔光束 tM <6c+ ^aN;M\ 3.6激光器的输出功率 5Q,#Co DG }t! 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 L;H(I@p(e q>X#Aaib 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 6pM[.:TM A#RA;Dt : 3.7激光器的线宽极限 y|Tb&XP D J,%v`A ~ N 3.8激光光束质量的品质因子M2 z{Z'2 ,# *KN ' 0Z@W 3.9模式激光的某些一阶统计性质 |E&a3TQW .&=nP?ZPC6 3.9.1单模激光的一阶统计性质 x6\EU=, Zsc71 0_ 3.9.2多模激光的一阶统计性质 puA~}6C g"c\o uSY 思考练习题3 uV`r_P }&Ngh4/ 第4章激光的基本技术 j[k&O)A{C <xOXuve 4.1激光器输出的选模 [U.3rcT"N o( Yfnnuy 4.1.1激光单纵模的选取 d}j%. JJK w2_$>z 4.1.2激光单横模的选取 cm@q{(r EE(1;] d- 4.2激光器的稳频 2'Cwx-_G` <0 g.< n, 4.2.1影响频率稳定的因素 oz wPtF5 A^nB!veh 4.2.2稳频方法概述 3Cmbt_W V / CEn yE/ 4.2.3兰姆凹陷法稳频 K?o( zh; }m0* w3 4.2.4饱和吸收法稳频 P~`gWGC} | s %--W 4.3激光束的变换 S#_g/3w ad1 I2 4.3.1高斯光束通过薄 透镜时的变换 m1H_kJ L|pMq !@J 4.3.2高斯光束的聚焦 ? ~c=Sa- FOV ghq@ 4.3.3高斯光束的准直 : _V9Jwu ui%B|b&& 4.3.4激光的扩束 O?5uCh$H F F X-k S 4.4激光调制技术 wd*8w$\ KtTv0[66 4.4.1激光调制的基本概念 7.mY@ pW$ZcnU 4.4.2电光强度调制 l\g>@b 1c8Nr&Jl 4.4.3电光相位调制 Yw @)0%G " O0p.o 4.5激光偏转技术 uqy&P S ._'AJhU$0 4.5.1机械偏转 v6=pV4k9 ehCGu( = 4.5.2电光偏转 !*Ex}K99 8 p D$/ 4.5.3声光偏转 G#yv$L Y# QL/I/EgqC 4.6激光调Q技术 j'r"_*% 8'XAZ Sd( 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q & ?X0;,5) >} <1 4.6.2调Q原理 q[ ?xf3 .5$" qb
? 4.6.3电光调Q W
D 8 R|&jvG=| 4.6.4声光调Q wO<.wPa` >D]g:t @v 4.6.5染料调Q iW u k Il!n
4.7激光锁模技术 ((0nJJjz PY81MTv0; 4.7.1锁模原理 ~] f6@n ;::]R' F[ 4.7.2主动锁模 RW"QUT {:=sCY! 4.7.3被动锁模 ri.}G T. d1? 思考练习题4 [vv $"$z d{/#A%. 第5章典型激光器介绍 +G: CR,Z>+ ,J; Cb} 5.1固体激光器 F/%M`?m"ie p"@ [2hK 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 Cb}I-GtO m3T=x = 5.1.2固体激光器的泵浦系统 3uXRS,C w'uB&z4' 5.1.3固体激光器的输出特性 i,V,0{$ J2 ZV\8t 5.1.4新型固体激光器 76 oJCNY G0%},Q/ 5.2气体激光器 7q%xF#mK= WUBI( g\ 5.2.1氦氖(HeNe)激光器 gOy;6\/ Oa.84a 5.2.2二氧化碳激光器 8sus$:Ry <aQ<Wy=\ 5.2.3Ar＋离子激光器 g1kYL$ o4 G!T_X*^q2U 5.3染料激光器 0Sj B &J }3O 0nab 5.3.1染料激光器的激发机理 m?O~( 6k@C a ^ o'KN{ 5.3.2染料激光器的泵浦 C'7DG\pr Y_zMj`HE 5.3.3染料激光器的调谐 XCyU)[wY xlcL;e&^P 5.4半导体激光器 ;\g0* b( C4aAPkcp2$ 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 zJ6""38Pr vnN 0o5 5.4.2PN结和粒子数反转 Xj9\:M- [H[L};%=j 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 Kn=0AdM 4mHk,Dd9, 5.4.4同质结和异质结 半导体激光器 r;^%D( ,njlKkFw^Z 5.5其他激光器 b4qMTRnv H+{@V B 5.5.1准分子激光器 %Q]3`k xp eDsB. ^|l 5.5.2自由电子激光器 ZkJL q[:cM n$ rgJ 5.5.3化学激光器 }K^v Ujl xa'^:H $X 思考练习题5 &\=Tm~ #;[0:jU0 第6章激光在精密测量中的应用 .?vHoNvo JZ dRAL2#v 6.1激光干涉测长 !r8_'K5R( ..kFn!5(g 6.1.1干涉测长的基本原理 5sANF9o! uPq@6,+ 6.1.2激光干涉测长系统的组成 ppo0DC\> x2sKj"2?@ 6.1.3激光外差干涉测长技术 [ Tl66Eyl _NB*+HVo 6.1.4激光干涉测长应用举例 78\j A`#?Bj 6.2激光衍射测量 ?f N6_x2e3 zO2=o5nF. 6.2.1激光衍射测量原理 182g 6/, ' ?jsH+j+ 6.2.2激光衍射测量的方法 Xj{gyLs #*q]^Is" 6.2.3激光衍射测量的应用 Y7zs)W8xTT &~Y%0&F,& 6.3激光测距 &09&;KJ \HIBnkj)3n 6.3.1激光脉冲测距 jEE!H /
wz)s 6.3.2激光相位测距 IG{ lr @ x .`z 6.4激光准直及多自由度测量 z4 <_>)p 6J\ 2 =c` 6.4.1激光准直仪 9%Tqk"x? ?em8nZ' 6.4.2激光衍射准直仪 Do7 7V5 +HPcv u?1 6.4.3激光多自由度测量 D ;s% cL` ]ag{sU@#
6.5激光多普勒测速 ZH|q#< {l ? )h8uf 4 6.5.1运动微粒散射光的频率 ",&QO 7_ zrqI^i"c 6.5.2差频法测速 $ OG){'X 4/%fpU2 6.5.3激光多普勒测速技术的应用 qTK(sW /{: XYeX 6.6环形激光测量角度和角加速度 2*<Zc|uNW I`(53LCqo 6.6.1环形激光精密测角 {:3\M s# hsQDRx%H} 6.6.2光纤陀螺 bf@g*~h@ { Ef.w lZ 6.7激光环境计量 uJCp bZ1*:k2 6.8激光散射板干涉仪 9t U"+ :'B(DzUR 思考练习题6 _7\`xU mZ2CG O R 第7章激光加工技术 $m)gfI]9 "b~C/-W I 7.1激光热加工原理 "T_9_6tH .Sn{a }XP4 7.2激光表面改性技术 Zj !,3{jX^ V]; i$ 7.2.1激光淬火技术的原理与应用 t VO}{[U} 4~3
n
=T* 7.2.2激光表面熔凝技术 G"`
}"T0} u.|%@ 7.2.3激光熔覆技术 NuPlrCy; /6Q]f 7.3激光去除材料技术 "d:rPJT)(@ haBmwq(f 7.3.1激光打孔 { j 9Tz R J{^md0l 7.3.2激光切割 o_`6oC"s t 8 6w& 7.4激光焊接 '=vZAV` Dc@ O Mr 7.4.1激光热导焊 sBB [u'h! #%Bt!# 7.4.2激光深熔焊 ~ 1D^C |% SFRP
?s 7.4.3激光复合焊 7bk77`qWr 2=- .@,6 7.5激光快速成型技术 ~;3#MAG L&DjNu`!9 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 A!Cby!, 'o6}g p) 7.5.2激光快速成型技术 pdRM%ug . 2$J-<O 7.5.3激光快速成型技术的重要应用 /^A H/,p k7Bh[ ..! 7.6其他激光加工技术 Vt(Wy : c~SH/qS 7.6.1激光清洗技术 5a izWz ?VNtT/ 7.6.2激光弯曲 sJ|pR=g)! c 9f"5~ 思考练习题7 ]B,tCBt h40;Q<D 第8章激光在医学中的应用 *sOb I(& {lWV H 8.1激光与生物体的相互作用 k}v`UiGM *rmC3' }s 8.1.1生物体的 光学特性 $KYGQP A:< % > 8.1.2激光对生物体的作用 It [51NMal ?{q Un8f2 8.1.3激光对生物体应用的优点 8In\Jo$|q> 4HGT gS 8.2激光在临床治疗中的应用 s{@R|5 EL`|> /[J 8.2.1激光临床治疗的种类与现状 ;&&<zWq 3h ,gVVYH?qR 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 3_)I& RM QcL@3QC 8.2.3激光在眼科中的应用 \W .CHSD Yb U8 xq 8.2.4激光在泌尿外科中的应用 (U.Go/A#wE ?Z 2, ?G 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 QF x3N% =$J(]KPv!? 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 FB[b]+t`D{ p[C"K0>:_F 8.2.7光动力学治疗 F,Q;sq :')[pO_FW* 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 Lto*L X m `-);y 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 N1i pK9a @ !P 2f
8.3.2激光断层摄影 w w^\_KGu7 M M@,J < 8.3.3激光显微镜 Vx $;wU Y X} k;(rb 8.4医用激光设备 ==[=Da~ b]]8Vs)' 8.4.1医用激光 光源 W<)P@_+- 0(7 IsG=t 8.4.2医用激光传播用 光纤
77@N79lqO m=01V5_ 8.5激光应用于医学的未来 BX?DI-o^h "Au4&Fu 8.5.1医用激光新技术 BTkx}KK 3^UdB9j; 8.5.2光动力学治疗的前景 n)kbQ] ~</FF'Xz 思考练习题8 N] +6< vUpAW[[ 第9章激光在信息技术中的应用 M- ^ I! C &'z_:W m 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 zTg\\z; AT"gRCU$4 9.1.1半导体激光器 3s% ?)z yNns6 9.1.2光纤激光器 Ks%0!X?3q dTg`z,^F 9.1.3光放大器 [
\_o_W TwkT|Piw
S 9.2激光全息三维显示 DO: ,PZX |R9Lben', 9.2.1全息术的历史回顾 kG>jb!e@( n-ffX*zA( 9.2.2激光全息术的基本原理和分类 P zso^^g [e+Y 7M7 9.2.3白光再现的全息三维显示 C^ )Imr 8S1@,O, 9.2.4计算全息图 x4^nT=?6_ << >+z5D+ 9.2.5数字全息术 fa/S!%}fO Ooz ,?wU6 9.2.6全息三维显示的优点 E'LI0fr Q>{$Aqc,e 9.2.7全息三维显示的应用 b&rBWp0# y*iZ;Bv j 9.2.8全息三维显示技术的展望 nONuw;K arL>{mj 9.3激光存储技术 K3!3[dR* y74Q ( 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 N!K%aH~O Pm/<^z% 9.3.2激光光盘存储 _KH91$iW8m "h+Z [h6T 9.3.3激光体全息光存储 Wu][ A\3D1 64/Zf XD 9.3.4激光存储技术的新进展 D^[ l~K /I 7V\ 9.4激光扫描和激光打印机 6 eSo.@*l { W,5]- 9.4.1激光扫描 7h
54j ZsP ^< 9.4.2激光打印机 s>>&3jfM c]9g f\WW 9.5量子光通信中的激光源 |A3"Jc.2o W> pe- 9.5.1量子光通信 J>_mDcPo 0nw i5 9.5.2量子态发生器及应用 Xw4Eti._D 2w.FC 思考练习题9 agUdI_'~@9 `jE[Xt"@ 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 }QI \K 5eTA] 10.1激光核聚变 tyR?A>F4 AIHH@z 10.1.1受控核聚变 lO-DXbgql$ N'2?Z b 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 M}|(:o3Yo #z(:n5$F 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 | xB`cSu( Ij#mm j NW 10.2激光冷却 |nQfgl=V kZ%
AGc 10.3激光操纵微粒 E^-c,4'F 5=TgOS]R 10.3.1光捕获 !4p{ b f ;?Pz 0,{h 10.3.2微粒操纵 9
/H~hEVK $>/d)o 10.4超越经典衍射极限的分辨率 Gld~GyB\k Q ,NnB{R 10.4.1解析延拓 \n_7+[=E \:m~
+o$<- 10.4.2综合孔径傅里叶全息术 *ra)u- $1 ])>m_ct 10.4.3傅里叶叠层算法 ?\\wLZ N] W*ei 10.4.4相干谱复用 F8w7N$/V", M y gCg(h 10.4.5非相干结构光 照明成像 1| sem(t 0ca0-vY 10.4.6超分辨荧光显微镜 I$" Z\c8; H>+/k-n- 10.5激光光谱学 :%gc Sm ;2kQ)Bq" 10.5.1拉曼光谱 ika*w ,ojJ ;w5D 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 1EV bGe%b ?6 2zv[# 10.5.3频率高分辨的双光子光谱 [4yHXZxza 1L <TzQ 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 ?w/p 9j# g V]4R"/ 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 O<vBuD2 0L>3 i8' 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 j)@W1I]2# _h1bVd- 10.6.1电磁波的正常多普勒效应 R6<'J?k 8ve-g\C8 H 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 ?h `,@~ 6u 'wPX.h? 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 s $(%]~P V_
6K ?~j 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 gxhp7c182 \ gP?uJ 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 pqg2#@F. M.H!dZ 思考练习题10 GIlaJ!/ )nHMXZ>Td 附录A随机变量 7b1
yF,N jO"/5 x26 A.1概率的定义和随机变量 Y5 E0n(Z 1
k!gR A.2分布函数和密度函数 *c#DB{N I e!KIU A.3推广到两个或多个联合随机变量 NL.3qx 7UBW3{d/u5 A.4统计平均 nIH(2j @IL@|Srs8 附录B随机过程 k8E2?kbF OC5oxL2HTe B.1随机过程的定义和描述 YEV;GFI1 kYS#P(1 B.2平稳性和遍历性 >0kL9_9{ }*XF- U 参考文献 ~/4j& IG BSS4} qyS  e`+ Rq1 5AR （实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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