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。
cy)b/4h@ 63:0Vt>hZ^ 
# k? Rl [?TQ!l} 8A 第1章辐射理论概要与激光产生的条件
&We1i &w Q]X0 O10 1.1光的波粒二象性
x" 21 Jh f: iK5g 1.1.1光波
-f?Rr:# % -"? 1.1.2光子
E .W7`zl R<W#.mpo6 1.2原子的能级和辐射跃迁
I Nw c@XB t6
:;0 [j 1.2.1原子能级和简并度
/Z <" 6g ? :H[E
W3Q 1.2.2原子状态的标记
EF eG[bxM i[FcY2 1.2.3玻尔兹曼分布
4/D ~H+k y$@d%U*rW^ 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁
.XM3oIaW g;en_~g3j 1.3光的受激辐射
Bu?"b= B* Yjz'lWg 1.3.1黑体热辐射
0@a6r=`el 9/C0DDb 1.3.2光和物质的作用
]*a)'k_@[ 2D-ogSIo 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系
N]cGJU>$ ]7kq@o/7 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率
CaNZScnZ V M[9!:
1.4光谱线增宽
JA7HO | M64z Vxsd 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度
EK. L>3 M"F?'zTkJ 1.4.2自然增宽
Y.rHl 4 6Nx T W 1.4.3碰撞增宽
e 1{t qNJ /b@0HL? 1.4.4多普勒增宽
HC
w $v# `xe[\Z2 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型
l ,)l"6OV +AyQ4Q(-o 1.4.6综合增宽
{ np KdX P,AS`=z 1.5激光形成的条件
pfg" 6P ,G1|]
~ 1.5.1介质中光的受激辐射放大
aq"E@fb :Yj Ov 1.5.2光学谐振腔和阈值条件
?zUV3Qgzj #Q 6wv/"Ub 思考练习题1
d%9I*Qo0, P&| = 第2章激光器的工作原理
/6F 1=O(c> ) ?'sw5C 2.1光学谐振腔结构与稳定性
O60j C;{F Y'/` ?CK 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件
6f 6_ztTL ;~z>GJox 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类
`6j?2plZ FVG|5'V^ 2.1.3稳定图的应用
]Vjn7P`~ N k}>l+_*+7 2.2速率方程组与粒子数反转
t,N- | )Tngtt D 2.2.1三能级系统和四能级系统
z1!ya#,$ wO}
3i 6 2.2.2速率方程组
P?n!fA>! fFXs:( 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布
<)Kjf/ x A# 1aO 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布
{z@vSQ=)=P H?40yu2m5 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布
hl}#bZ8] ?O4Dhu 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应
i[3$Wi$ %9mB4Fc6b) 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和
;~~Oc d;lp^K
M 2.3.1均匀增宽介质的增益系数
TOMvJ>bF c}Z,xop<P{ 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和
1I3u~J3]/ 3Un/-4uL 2.4非均匀增宽介质的增益饱和
JPQ02&e
4EB $e? 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值
w0/W=!_ ]CC~Eo-%- 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数
6El%T]^ w#P aN83+ 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布
vW$] :). =5Q;quKu^5 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和
Rz= ]KeZu tY# F8a& 2.5激光器的损耗与阈值条件
mSQ!<1PM =Bo0O ei 2.5.1激光器的损耗
)CR8-z1` qWE"vI22M 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程
E= s`$ A
^"buF\3L 2.5.3阈值条件
fE7WLV2I> P\zi:]h[Gh 2.5.4对介质能级选取的讨论
dje3&a kIW Q`)' 思考练习题2
/-|x xy <Is r 第3章激光器的输出特性
g X(QRQ Mepl M$9 3.1光学谐振腔的衍射理论
|=%$7b\C =Fj : #s 3.1.1数学预备知识
3" L$*toRA 7gQt
k 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式
R*yB); p R:ar85 F 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程
#='#`5_5 b/5~VY*T 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模
|g;XC^!%=o D3^v [>E2 3.2对称共焦腔内外的光场分布
X 4/r#<Da pwZ &2&| 3.2.1共焦腔镜面上的场分布
Q o= ;N1FP* 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布
I"
j7 IS=)J( 0 3.3高斯光束的传播特性
,*lK4 ?v 3K0J6/ mc 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布
iTK1 I0 qob!!A1 4p 3.3.2高斯光束的相位分布
%##9.Xm6l 3=K-+dhk|t 3.3.3高斯光束的远场发散角
A6U6SvM; 5rcno.~QO 3.3.4高斯光束的高亮度
dF?pEet?2 X|q0m3jt 3.4稳定球面腔的光束传播特性
Z'j<wRf zO\"$8q* 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔
< kM%z {p x NC>m& T 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性
v0xi( Wu 'V>+G>U 3.5其他几种常用的激光光束
OB^ -OW$ 3.5.1厄米-高斯光束
s3knh&'zb . LS.Z
4@ 3.5.2拉盖尔-高斯光束
T(}da**X gSv <.fD" 3.5.3贝塞尔光束
l3M H+o i)p__Is 3.6激光器的输出功率
9"aTF,'F/ W UV Q_<i+ 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率
u4nXK
<KL| @6Mo_4)O 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率
tvH)I px ]f c:CR 3.7激光器的线宽极限
z>&D~0 !3&}r
3.8激光光束质量的品质因子M2
)-
\w g bh:Y}_FU 3.9模式激光的某些一阶统计性质
}v!6BU6<Q ";xEuX 3.9.1单模激光的一阶统计性质
+Q9HsfX/ ;K_B,@:' 3.9.2多模激光的一阶统计性质
bpILiC 7/yd@#$X 思考练习题3
;|%r!!#-t Qp54(` 第4章激光的基本技术
sg y )
jvk wC 4.1激光器输出的选模
3$b(iI< "
Qi}LV"&L 4.1.1激光单纵模的选取
_aGdC8 %[ ",+uvJT1O 4.1.2激光单横模的选取
}:irjeI, r]S9 z 4.2激光器的稳频
IY:O? M -$q/7,os 4.2.1影响频率稳定的因素
u j@<_|7
R
pbl) 4.2.2稳频方法概述
:}z% N7T /%c^ i!=f" 4.2.3兰姆凹陷法稳频
QUDVsN# 00p 7sZU^ 4.2.4饱和吸收法稳频
Cv Jm7c ._3NqE; 4.3激光束的变换
Dfo9jYPf Gpu?z- ) 4.3.1高斯光束通过薄
透镜时的变换
-T8
gV1*(< 1`t? 5|s>
4.3.2高斯光束的聚焦
Uu+C<j&- a3 x~B =E 4.3.3高斯光束的准直
<7 ^ ~r(DP H^g<`XEgw 4.3.4激光的扩束
&^H
"T6 ;cr6Xop#? 4.4激光调制技术
(n/1 :' w-$w 4.4.1激光调制的基本概念
Mvv =)?: m { fQL 4.4.2电光强度调制
Uz|]}t5V "BRE0Ir: 4.4.3电光相位调制
cZ >W8{G 8 95 7$g 4.5激光偏转技术
G#: !wI nS4S[|w" 4.5.1机械偏转
8tMte!E p'qH [<s 4.5.2电光偏转
)mdNvb[*n s>\g03= 4.5.3声光偏转
pG6-. F; BT3O_X`u 4.6激光调Q技术
hhGpB$A .}N^AO= 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q
]LTc )[5Zj dO,05?q| 4.6.2调Q原理
a`*WpP \+ J36@Pf ]h 4.6.3电光调Q
F* }Q^% >EtP^Lu~f_ 4.6.4声光调Q
hhAC@EGG U_'q - *W 4.6.5染料调Q
=7fh1XnW v s|6w w 4.7激光锁模技术
g{hA,-3 }dJ ~Iy 4.7.1锁模原理
3SDWR@x& {Ch"zuPX 4.7.2主动锁模
}27Vh0v H$amt^|zQ4 4.7.3被动锁模
m 1i+{(( PV6 * -[ 思考练习题4
2gAdZE&Y lhl 0 第5章典型激光器介绍
:s '"u] N>%KV8>{L 5.1固体激光器
sDm},=X} ]wpYxos 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质
Q 02??W }#>d2 =T$ 5.1.2固体激光器的泵浦系统
j :Jdwf ?{,)XFck 5.1.3固体激光器的输出特性
h_G|.7! dG>Wu o 5.1.4新型固体激光器
C$G88hesn -!G #")< 5.2气体激光器
`OReSg
2 6XL9
qb~X 5.2.1氦氖(HeNe)激光器
y ' |W[' [pgkY!R?) 5.2.2二氧化碳激光器
G!LNP &~ Pq\V($gN 5.2.3Ar＋离子激光器
R
4QwWSBJ a 8hv .43 5.3染料激光器
rI66frbj lEb R) B, 5.3.1染料激光器的激发机理
`[ ` *@O(y .Xz"NyW 5.3.2染料激光器的泵浦
i -s ?"Fk Q0uO49sg 5.3.3染料激光器的调谐
]AA*f_! p
z+}7 5.4半导体激光器
T{{AZV"pB ~uZLe\>K 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件
K[a< &Yk s,2:P 5.4.2PN结和粒子数反转
d>b,aj( :mV7)oWH 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件
*o\Y~U-so 2X;0z$ 5.4.4同质结和异质结
半导体激光器
]#-/i2-K 2N8sq( LK{ 5.5其他激光器
K6yFpVl Ta\8 >\ 6 5.5.1准分子激光器
RQ)!K lY 2\CkX 5.5.2自由电子激光器
aU]O$Pg{ g yH7 ((#i 5.5.3化学激光器
a0/n13c?G qTa]th; 思考练习题5
(zro7gKked /Zeg\}/4[ 第6章激光在精密测量中的应用
GE8D3V;*V e5>5/l]jsg 6.1激光干涉测长
vH?+JN"A `ToRkk&&>{ 6.1.1干涉测长的基本原理
MV;Y?%> VRQb f 6.1.2激光干涉测长系统的组成
3| '#n[3 cM<hG:4%wX 6.1.3激光外差干涉测长技术
iI@Gyq= -2jBs -z 6.1.4激光干涉测长应用举例
}!yD^:[ 5 7 ~ l 6.2激光衍射测量
X6N]gD #nf%ojh 6.2.1激光衍射测量原理
Dss/>!
mN ^I0GZ G 6.2.2激光衍射测量的方法
Fb{`a[& 23\j1? 6.2.3激光衍射测量的应用
N4` 9TN7 _Dcc<-. 6.3激光测距
Z>w ^j.( @F(3*5c_Y 6.3.1激光脉冲测距
%L \{kUam 6aF'^6+a 6.3.2激光相位测距
Ubw!/|mi {?>bblw/d 6.4激光准直及多自由度测量
qJFgbq4- 2 ) /k`Na 6.4.1激光准直仪
$G-N0 LV '^oGDlkr H 6.4.2激光衍射准直仪
&W)+8N,L XC/]u%n8]( 6.4.3激光多自由度测量
z5yb$-j c2\rjK 6.5激光多普勒测速
=S[FJaIu7 Ky '3z" 6.5.1运动微粒散射光的频率
1y )$[e
'[=yfh 6.5.2差频法测速
gM;) msqxPC^I 6.5.3激光多普勒测速技术的应用
;oY(I7 \S q"3_m4T 6.6环形激光测量角度和角加速度
@ cS1w'= we H@S 6.6.1环形激光精密测角
94'k 7_q mS)|6=Y 6.6.2光纤陀螺
=ve* g& _8NEwwhc 6.7激光环境计量
n$OE ~YwP{ ]4 K1%ZV 6.8激光散射板干涉仪
N&x WHFn]C R!_8jD:$ 思考练习题6
\%-E"[! ,. 6J6{ 第7章激光加工技术
I4o =6ts MKVfy:g%So 7.1激光热加工原理
M ~ i+F0 e0~sUVYf 7.2激光表面改性技术
6m-:F.k1( /+x#V!zM 7.2.1激光淬火技术的原理与应用
\&\_>X., :Er^"9'A2 7.2.2激光表面熔凝技术
'd2qa`H'}B (/ "K+$8' 7.2.3激光熔覆技术
?x5wS$^q< ElEv(>G* 7.3激光去除材料技术
##EB; Y x!"SD3r=4> 7.3.1激光打孔
O ':0V R%Ui6dCLo 7.3.2激光切割
tL={ y* l\T!)Ql 7.4激光焊接
LL= Z$U
$ |P ,zGy 7.4.1激光热导焊
m?D
<{BQ; u{OS6Ky 7.4.2激光深熔焊
N"Qg\PS _ gnQo1q{ 4 7.4.3激光复合焊
eq@am(#&kY ;t;Y.*&=S 7.5激光快速成型技术
@)W(q5)}9" =9qGEkd3 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点
z. 2r@Psk |+Hp+9 J 7.5.2激光快速成型技术
:mXG IRi _KB{J7bs<a 7.5.3激光快速成型技术的重要应用
"*++ 55 T~i%j@Q.6 7.6其他激光加工技术
W>5vRwx00 ^CZCZ,v 7.6.1激光清洗技术
mF[o*N* Q00R<hu@F 7.6.2激光弯曲
Q^ z=w![z jd%Len&p 思考练习题7
:]P~.PD5, Zg
-]sp] 第8章激光在医学中的应用
b]!9eV$ S ~@r 8.1激光与生物体的相互作用
EMVk:Vt] _GVE^yW~z 8.1.1生物体的
光学特性
A}t %;V2 A6Ghj{~ 8.1.2激光对生物体的作用
s kN9O"^A Y 3#Nux% 8.1.3激光对生物体应用的优点
z%(Fo2)^ a q3~!T;W 8.2激光在临床治疗中的应用
/@ y;iJk; aWyUu/g<A` 8.2.1激光临床治疗的种类与现状
;B&^yj&; '3A+"k-}mh 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用
/b{o3, #.M z;i4N3-: 8.2.3激光在眼科中的应用
, i?) ojHhT\M` 8.2.4激光在泌尿外科中的应用
A_!QrM PJzc=XPU 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用
]UDd :2yt 10p8|9rE}B 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术
n;wwMMBM *)u? ~r(F 8.2.7光动力学治疗
`E@kFJ(<On Z&_y0W=t 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用
cA D[3b[Gk | xn#\epy@ 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断
Q"40#RFA et=7}K]l 8.3.2激光断层摄影
GL1 'Zo kw*)/ $5] 8.3.3激光显微镜
P?kx a 6%@d_A 8.4医用激光设备
S}[l*7 xq}-m !nX 8.4.1医用激光
光源 (8.{+8o 2d*_Qq1 8.4.2医用激光传播用
光纤 ]*qU +& *h$&0w
y 8.5激光应用于医学的未来
~W<CE_/]k NmJ`?-Z 8.5.1医用激光新技术
~.J,A\F U&X2cR &a 8.5.2光动力学治疗的前景
Ga v"C{G w5`#q&? 思考练习题8
iv*V#J> owv S/"@ 第9章激光在信息技术中的应用
# ly@;!M ?~J i-{#X 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器
"+)K |9T# O sQkA2= 9.1.1半导体激光器
H3 , ut Zb(E:~h\ 9.1.2光纤激光器
FZ F @ W^es;5 9.1.3光放大器
<:&de8bT Rf)ke(" 9.2激光全息三维显示
*^] ~RhjB jf D1 9.2.1全息术的历史回顾
]dSK
wxk ?s?$d&h 9.2.2激光全息术的基本原理和分类
Tk*w3c"$ UZGDdP 9.2.3白光再现的全息三维显示
.6 3=(o |t))u`~ 9.2.4计算全息图
7\ypW $O t a8pY[)^c 9.2.5数字全息术
87V1#U ^ Pao%pA.< 9.2.6全息三维显示的优点
+f>c xA
& ze>X 9.2.7全息三维显示的应用
+ H_MV=A^ `S3> 3 9.2.8全息三维显示技术的展望
e4`uV q5 6?qDdVR~] 9.3激光存储技术
]E3<UR Ow:1?Z{4 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点
wJeG (h ,l t8O.h-l 9.3.2激光光盘存储
c3)C{9T]( %g3 ,qI 9.3.3激光体全息光存储
xyA-P& N ibpzeuUl 9.3.4激光存储技术的新进展
:K':P5i ,+`HQdq 9.4激光扫描和激光打印机
RO&H5m r%@ nwA8ALhE 9.4.1激光扫描
+oc
>S -.IEgggf 9.4.2激光打印机
>9H@ |[C ; `dh
fcU 9.5量子光通信中的激光源
t *G/] g&Vcg` 9.5.1量子光通信
uH@FU60 WG7k(Sp ] 9.5.2量子态发生器及应用
&QNY,Pj zR;X*q"T$4 思考练习题9
k5`OH8G G8Z 4J7^ 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用
*Dmx&F=3,5 "*z_O 10.1激光核聚变
K_/zuTy <7 _KeOLJ 10.1.1受控核聚变
5 2_# Q=uR Kh 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法
L<V3KS2y 1f'Hif*r_X 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理
k]A8% z L'; MP^ 10.2激光冷却
c{ +A J8 j;1 -p>z 10.3激光操纵微粒
3+Qxg+< - r7]S 10.3.1光捕获
O81X ;JdP3 laKuOx} 10.3.2微粒操纵
S=`+Ryc BYrZEVM9 10.4超越经典衍射极限的分辨率
X-LA}YH=tS `d]IX^; 10.4.1解析延拓
+|iY g/2 )E#2J$TD 10.4.2综合孔径傅里叶全息术
:O<bA& :d l_tw<`Ep 10.4.3傅里叶叠层算法
DQ#H,\ ^< ;<
jbLhHwD 10.4.4相干谱复用
YgUH'P- cF)/^5Z 10.4.5非相干结构光
照明成像
)d \ j I xo}b=
v 10.4.6超分辨荧光显微镜
j%u-dr $?G"GQ !. 10.5激光光谱学
[#Lc]$ \c v? ^AI 10.5.1拉曼光谱
kum#^^4G| f3j{V N 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱
im7nJQ^H$q J_;N: 7'p 10.5.3频率高分辨的双光子光谱
2aw&YZ&X o .d;Iht,[ 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱
1"7Sy3 >(w2GD? 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术
4/ kv3rv ).` S/F 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究
bzDIhnw I:bD~F b3 10.6.1电磁波的正常多普勒效应
8$s9(n-_Y *-W#G}O0 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
T{qTj6I {>LIMG -f 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
HoV^Y6 &cWjE x 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析
7cAXd#sI TD[EQ 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果
J:u W`R ih,%i4<}6m 思考练习题10
~R$~&x (b 9a\nszwa 附录A随机变量
<IW#ME fO' Wj`&a A.1概率的定义和随机变量
@`tXKP$so |@ ,|F:h<M A.2分布函数和密度函数
j'[m:/ c _a Z{S A.3推广到两个或多个联合随机变量
o1&:ry 4'$g(+z A.4统计平均
W$U0[^1 (,^*So/ 附录B随机过程
1Je9,dd6 Wg{k$T_ > B.1随机过程的定义和描述
l4n)#?Q? ^7;JC7qmN B.2平稳性和遍历性
SN4Q))dAU U\/5;Txy( 参考文献
D7Y)?Z5A; &g2 Eptx # 
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