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。 HFP'b=?`]| >s/_B//[  S'HA] R*bx&..< 第1章辐射理论概要与激光产生的条件 C jPdN#*l M#4;y,n<k 1.1光的波粒二象性 2z
!05]B% 3}\ z&| 1.1.1光波 goiI* " 6M !$l<'K$ 1.1.2光子 )] q Qgc& 2?7ID~\ 1.2原子的能级和辐射跃迁 6V$ )ym*F nmiJ2edx 1.2.1原子能级和简并度 .pPuBJL]< 2 %fcDEG/ 1.2.2原子状态的标记 E pF9& ) @}6<,;|DQ 1.2.3玻尔兹曼分布 aR3jeB,=x XFoSGqD 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 (km
$qX ,X3D< wl 1.3光的受激辐射 {,5 .svO ?<4pYEP 1.3.1黑体热辐射 JfkEJk< O D7A(28 1.3.2光和物质的作用 &*/= `=:C8 X[h{g` 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 J=Kv-@I>E .t[u_tBL 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 =LLpJ+ fLs>|Rh 1.4光谱线增宽 Vq0X :<9 ZhCd** 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 1p~O RQ B ZU@W%E 1.4.2自然增宽 lfb+ )s >dK0&+A 1.4.3碰撞增宽 xkFa
yHE\Q 1.4.4多普勒增宽 rNhS\1 - l@SV!keQ 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 `Eg X# QaLaw-lx 1.4.6综合增宽 OMk3\FV2Z Dn<3#V 1.5激光形成的条件 EG^
rh; .s4vJKK0 1.5.1介质中光的受激辐射放大 L44|/~ AVLY|79# 1.5.2光学谐振腔和阈值条件 +fY@q ,` DXD+,y\= 思考练习题1 f {2UL ?y #QsJr_= 第2章激光器的工作原理 xKBi".wA Kn$t_7AF^ 2.1光学谐振腔结构与稳定性
5q@s6_"{ G)YmaHeI;[ 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 ncadVheKt ;\}d QsX 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 E8PwA. i{N?Y0YQs0 2.1.3稳定图的应用 ;yqHt! N ]6^S: K_" 2.2速率方程组与粒子数反转 2?LPr E3p$^['vx 2.2.1三能级系统和四能级系统 1O,5bi>t7 @?J7=}bzz 2.2.2速率方程组 FT>>X P8 3%r/w7Fc 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 VWt=9D; 61QA<W b 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 :Nf(:D8 19[o XyFI 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 %I`'it2d zQO 1%g 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 Ar~<l2,{r a5m[
N'kah 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 dm" x?[2: :''Swi<H 2.3.1均匀增宽介质的增益系数 \kKd:C{ 78:x{1nUM[ 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 cV1E<CM Ok)f5")N % 2.4非均匀增宽介质的增益饱和 (qR;6l <i ]-.>& J 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 pk'd& . lxZ9y 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 V/DMkO#a 2h<_?GM\s 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 q},,[t ,hJx3g5#n 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 (gE<` b 9
4bDJy1 2.5激光器的损耗与阈值条件 dg*xo9Xi` hN0h'JJ[7 2.5.1激光器的损耗 v; ewMiK@E nfZe"|d 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 b^<7a& SJc*Rl> 2.5.3阈值条件 !"/"Mqs3$ /W
f.Gt9[ 2.5.4对介质能级选取的讨论 "WmsBd O &)Zv>P8z` 思考练习题2 Nk%$;Si ] !1H N3 第3章激光器的输出特性 7)O+s/.P) Q$: ,N=% 3.1光学谐振腔的衍射理论 iu{;| E AK'3N1l` 3.1.1数学预备知识 l{?9R .L "p+oi@ 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 Z/GSR$@lI Ap"%%D^{: 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 *j <#5=l j5n"LC+oz 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 3 %r*~#nz ? YIe< 3.2对称共焦腔内外的光场分布 pE +:tMH; Zs0;92WL 3.2.1共焦腔镜面上的场分布 # ax% n ;*nzb!u\\ 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 D > U(&n :KRNLhWb 3.3高斯光束的传播特性 yO\bVu5V ,G?Kb# 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 c9nv=?/}f i(e= 3.3.2高斯光束的相位分布 6r %i=z r-WX("Vvh 3.3.3高斯光束的远场发散角 U"UsQYa_ RZqMpW 3.3.4高斯光束的高亮度 .A/xH
x MR@Qn[RdM 3.4稳定球面腔的光束传播特性 wwR}h I( X$t!g` 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 A'u]z\&%c c\szy&W 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 xu]Kt+QnSk j g EYlZ 3.5其他几种常用的激光光束 NYxL7 :9 5[* 8C Y 3.5.1厄米-高斯光束 <?;KF2A({ h<C R W- 3.5.2拉盖尔-高斯光束 DV({! [E P hSps9*y 3.5.3贝塞尔光束 6I _ 4 { D#Mz#\4o 3.6激光器的输出功率 .
Wd0}?}
"ZNy*.G|[ 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 \7o7~pll
<ZO+e*4 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 v y-(:aH7U X}QcXc. d 3.7激光器的线宽极限 )*.rl W kp He 3.8激光光束质量的品质因子M2 r M}o) I~ mu 'T 3.9模式激光的某些一阶统计性质 VS~+W=5} LH@Kn?R6 3.9.1单模激光的一阶统计性质 }KftV nD? BoARM{m 3.9.2多模激光的一阶统计性质 m("KLp8 |1(L~g 思考练习题3 /;y`6WG%2 ~e]l 第4章激光的基本技术 Oq}7q!H -" r4 4.1激光器输出的选模 NQOf\.#g ,x 3< a}J 4.1.1激光单纵模的选取 %82:?fq tC=K;zsXpz 4.1.2激光单横模的选取 cp`ZeLz2^ UQb|J9HY4 4.2激光器的稳频 @aB7dtM !Ap*PL 4.2.1影响频率稳定的因素 `lbRy($L O zTR#`oey 4.2.2稳频方法概述 F+D
e"^As R=iwp%c( 4.2.3兰姆凹陷法稳频 zSOZr2-
^a SHnMqaq 4.2.4饱和吸收法稳频 J'I1NeK :pvVm> 4.3激光束的变换 ,a0RI<D - <u_fv 4.3.1高斯光束通过薄 透镜时的变换 3@0!]z^W |*8X 80< 4.3.2高斯光束的聚焦 U4iVI #f O^3XhTW^\~ 4.3.3高斯光束的准直 -_Z A=D
G+z'' 4.3.4激光的扩束 *~UK5Brf1 '+G Yw$ 4.4激光调制技术 16~5 ;u jS#YqVuN 4.4.1激光调制的基本概念 *oh , Va & TN.6Hm3 4.4.2电光强度调制 ?'tFTh g/i.b& 4.4.3电光相位调制 ;hd%w mE `0 u)/s$ 4.5激光偏转技术 iqWkhJphv uy|]@|J 4.5.1机械偏转 BG1hk! 0OtUb:8LX 4.5.2电光偏转 Izfq`zS+\s #zb6 7mg~ 4.5.3声光偏转 1 a%1C`d ftV~!r 4.6激光调Q技术 oRmA\R* [a#*%H{OC 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q |A=~aQot 5VGZ5,+<< 4.6.2调Q原理 Ud#xgs' AFsYP/ g] 4.6.3电光调Q o gdgLTi m9 ky?A, 4.6.4声光调Q a,xy3 8T< oSO ~72 4.6.5染料调Q Yg;7TK y wZj`V_3 4.7激光锁模技术 e "Tr0k J[\8:q E 4.7.1锁模原理 Z v 7}C bhW&,"$Z 4.7.2主动锁模 >ATcc v
Q 6r
4.7.3被动锁模 7v`~;}5 UQB c$`v 思考练习题4 mU >lm7' %)o;2&aD 第5章典型激光器介绍 i \ )$ L~Xzo 5.1固体激光器 xr^fP~V|)0 "Q[?W( SA 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 S e!B,'C% Z ..s /K { 5.1.2固体激光器的泵浦系统 V$ " ]f6 {t('`z 5.1.3固体激光器的输出特性 "OrF81 5RKs 2 eV 5.1.4新型固体激光器 VH~ZDZ1P ?+byRoY>&g 5.2气体激光器 v; s^j jZ,=tF 5.2.1氦氖(HeNe)激光器 u X (#+ M1K[6V! 5.2.2二氧化碳激光器 4B-+DH>{6 )kE1g& 5.2.3Ar＋离子激光器 .h@bp1)l z2;<i|Ez0 5.3染料激光器 u/`
t+-A d. y-R#F_] 5.3.1染料激光器的激发机理 Yc M 0A~< |_16IEJ 5.3.2染料激光器的泵浦 $A)[s$ #ahe@|E'Y 5.3.3染料激光器的调谐 w2V:g$~, )24
1-b V 5.4半导体激光器 lh;;%@1DM n-C FB:L 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 F441K,I U)_x(B3d/ 5.4.2PN结和粒子数反转 }t1 J`+x% o^x,JT 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 Nkk+*(Z &hIr@Gi@ch 5.4.4同质结和异质结 半导体激光器 S|_"~Nd= KtaoU2s 5.5其他激光器 Yi|Nd ; N. 0~4H
%U 5.5.1准分子激光器 .s3y^1C W;.L N<bx 5.5.2自由电子激光器 F2',3 o_.`&Q6n 5.5.3化学激光器 SB^xq K^c%$n:}+ 思考练习题5 Q\z9\mMG- Y58et9gRO 第6章激光在精密测量中的应用 Ym9~/'%] hJ~=eYK?J 6.1激光干涉测长 ov| pXi<e @5cY5e*i{ 6.1.1干涉测长的基本原理 AL[,&_&uV :a)` iJnb 6.1.2激光干涉测长系统的组成 # 6 M3BF 'I @l$H 6.1.3激光外差干涉测长技术 3d(:Y6D) {\n?IGP?wd 6.1.4激光干涉测长应用举例 \!4_ m8? $kY ]HI 6.2激光衍射测量 F7JF1HfCP A 7zL\U4 6.2.1激光衍射测量原理 GNM+sd y+ OTWp,$YA= 6.2.2激光衍射测量的方法 2h`Tn{&1/ eJ60@N\A 6.2.3激光衍射测量的应用 jJe?pT]o = Tq\Ag: 6.3激光测距 &>vfm9 (A~w IKY, 6.3.1激光脉冲测距 1oL3y;>iL fD2 )/5j 1 6.3.2激光相位测距 q4Y7 HE|ym G`,M?l mL 6.4激光准直及多自由度测量 0! q@b rWip[>^ 6.4.1激光准直仪 NoT%z$ 1n v}Kj+9h 6.4.2激光衍射准直仪 :[ll$5E. ZO]P9b 6.4.3激光多自由度测量 rch Kr w MD[;Ha 6.5激光多普勒测速 B <&g }KR"0G[f 6.5.1运动微粒散射光的频率 G/yYIs D[3QQT7c 6.5.2差频法测速 |}wT/3>\ Nt7z
]F ` 6.5.3激光多普勒测速技术的应用 0G(|`xG1q !iU$-/,1 e 6.6环形激光测量角度和角加速度 X1^ Q1?0 E[ c6*I 6.6.1环形激光精密测角 }hS$F PyS Fhb@ 6.6.2光纤陀螺 F+ <Z%KuCu $dF$-y<[0 6.7激光环境计量 P5&8^YV`N kp^q }iS 6.8激光散射板干涉仪 =&WH9IKz /NQ
P Tr 思考练习题6 m`Pk )c 0 OZ QN&7 第7章激光加工技术 ln_[@K[oX '8; 'V%[+ 7.1激光热加工原理 a( SJ5t?-2 -{N P3zy 7.2激光表面改性技术 Nu@dMG<5 -v$ q8_$m" 7.2.1激光淬火技术的原理与应用 ^#4Ah[:XA _3q}K 7.2.2激光表面熔凝技术 +n L# c { XUTsW,WC 7.2.3激光熔覆技术 aq - | ?vQ:z{BO 7.3激光去除材料技术 ?b\oM
v5y UvuA N:' 7.3.1激光打孔 bmO(tQS$5 `Nv P)| 7.3.2激光切割 t)4] 2z)$ xMFEeSzl>S 7.4激光焊接 =Jswd $ J!PSF8PL 7.4.1激光热导焊 >L J<6s[= $.zd,}l@L 7.4.2激光深熔焊 5.
+_'bF| 8LUl@!4b 7.4.3激光复合焊 \w)ddc!ZS p;~oIy\, 7.5激光快速成型技术 x; A.Ll me$nP}%C& 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 m |Sf'5fK q2*1Gn9!j 7.5.2激光快速成型技术 B(Er/\-@U L9d|7.b 7.5.3激光快速成型技术的重要应用 A+(+Pf U \s7/ ` 7.6其他激光加工技术 Jv?EV,S/e (W?t'J^# 7.6.1激光清洗技术 f(
<O~D K?>sP%m ) 7.6.2激光弯曲 co-1r/
-O V,]Fh5f 思考练习题7 \=Od1 i 0bteI*L 第8章激光在医学中的应用 S84S/y -FW^fGS+ 8.1激光与生物体的相互作用 eu'~(_2 8y;gs1d;A 8.1.1生物体的 光学特性 G|TnvZ KX X2'XbG 3 8.1.2激光对生物体的作用 M"6J"s g!^me wtd 8.1.3激光对生物体应用的优点 ~cV";cD5 Ok<,_yh 8.2激光在临床治疗中的应用 yatZ Al(B V>c !V9w 8.2.1激光临床治疗的种类与现状 8Yo;oH k7 l[C_ vUg 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 O+]'*~a dFmpx%+p 8.2.3激光在眼科中的应用 , P=.x% ?} lqu7S 8.2.4激光在泌尿外科中的应用 ,.0B0 Y-X pl/ek0QX 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 tJA" BP3f O`T_'.Lk 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 |XV`A)=f t< " %m)J 8.2.7光动力学治疗 4gZ)9ya Rw hKW?r+ 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 2w fkXS=~6 T8d=@8g,% 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 _%#Uh#7P$ )TEod!] 8.3.2激光断层摄影 bz.sWBugR ) .-# 8.3.3激光显微镜 =sF4H_B U2CC#,b !( 8.4医用激光设备 7spZ e" @ !^Y_q 8.4.1医用激光 光源 + WT?p] =Aw`0 8.4.2医用激光传播用 光纤 2s p4Mm f?>
?jf 8.5激光应用于医学的未来 ')/w +|F AnK X4Q 8.5.1医用激光新技术 | >'q%xK |9X2AS Qu 8.5.2光动力学治疗的前景 uh%
J Mi\-
9- 思考练习题8 6cD3 (// HZ1 nuA 第9章激光在信息技术中的应用 :#cJZ\YH g:@4 /+TSt 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 bh#6yvpMR * Uy ;P>8 9.1.1半导体激光器 FR>[ g`1 e wWw 9.1.2光纤激光器 9e.$x%7j mA"[x_ 9.1.3光放大器 VTY # { v P= H 2P 9.2激光全息三维显示 X Vb9)a Z#D*HAd` 9.2.1全息术的历史回顾 z, FPhbFn
HLQ>
|,9 9.2.2激光全息术的基本原理和分类 : ))&"GY a*iKpr- : 9.2.3白光再现的全息三维显示 Y*{5'q+2 | g1Cs 9.2.4计算全息图 {Ppb ; 2
/*z5 9.2.5数字全息术 %LD(S * >7 9c[bhGD? 9.2.6全息三维显示的优点 H328I}7 \D WKG~r-% 9.2.7全息三维显示的应用 MZxU)QW1 J^S! GG'gb 9.2.8全息三维显示技术的展望 $yq76 d1D=R8 P_u 9.3激光存储技术 / I{K_G@ K\z b + 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 BOP7@ D s^4wn:*$zd 9.3.2激光光盘存储 o*2Mjd]r (44L8)I.D 9.3.3激光体全息光存储 ] w0Y5H " =e0MEV#s. 9.3.4激光存储技术的新进展 J<4 _<.o(a mN . 9.4激光扫描和激光打印机 c;!| = U<>@)0~7g! 9.4.1激光扫描 hwQ|'^(@O Qr7|;l3 9.4.2激光打印机 j>l % 4t?X 9.5量子光通信中的激光源 :>Qu;Z1P G) c+GoK 9.5.1量子光通信 XKDX*x G : (.:bf 9.5.2量子态发生器及应用 .7 26^2sx N l/
fvJ`4 思考练习题9 D>o u, )?$@cvf 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 N}<!k#d
E Iza;~8dH5 10.1激光核聚变 s& Al4>}.f @ &rf?: 10.1.1受控核聚变 j]` hy" bv7xh*/ 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 qn{4AWmJ Ciz,1IV 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 1 3)6p|6x 6@3v+Vf' 10.2激光冷却 b$_qG6)IJO j 9GKz1 10.3激光操纵微粒 .* xO/pn 7GG`9! l]D 10.3.1光捕获 8 nqF i 9`5.0 ** 10.3.2微粒操纵 v6 | [p ;]=@;? 9 10.4超越经典衍射极限的分辨率 W$&*i1<a+ R>1oF]w 10.4.1解析延拓 #7]>o zKm ="f-I9y 10.4.2综合孔径傅里叶全息术 2
e#"JZ= 6W3 ."}; 10.4.3傅里叶叠层算法 ~E_irzOFP p_e x 10.4.4相干谱复用 /v| b]Ji ~X %cbFom= 10.4.5非相干结构光 照明成像 g>' 6"p; 7;C~>WlU 10.4.6超分辨荧光显微镜 R/Sm wV{j CQ 10.5激光光谱学 :_2:Fh.}3~ Zy{hYHQ 10.5.1拉曼光谱 SB5qm?pT8< o8IqO ' 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 =knLkbiq7, DT6 BFx 10.5.3频率高分辨的双光子光谱 ~k?t G&MO(r}B 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 !=yO72dgLY .i*ja* 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 S;2 UcSsQl xG Y!r"[ 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 Qy=tkCN ^h#A7 g 10.6.1电磁波的正常多普勒效应 J
p%J02 2t 10.6.2在负折射率材料中传播的电磁波的反常多普勒效应 V \FlKC i= M[$ 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 K@!hrye 5GPAt 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 E%stFyr9`/ @y0kX<M 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 9)j"|5H 7)Tix7:9S; 思考练习题10 Z3ODZfu> 3 O2vY1Y2 附录A随机变量 f^5sJ 0;% V/R@ =[ A.1概率的定义和随机变量 e(`r"RrQ $U. 2" A.2分布函数和密度函数 - ( }N-yu YhAO A.3推广到两个或多个联合随机变量 6O 2sa-{d YxA nh A.4统计平均 P/]8+_K BP 4vOZ0$ 附录B随机过程 ^BI&-bR@ r.:f.AY{ B.1随机过程的定义和描述 to #2. OT)`)PZ" B.2平稳性和遍历性 cRf;7G xcJvXp
参考文献 WFS 6N.Ap 2elj@EB,M  (.{. " "e29j'u!* （实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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