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。 7aRi 5 , 8uqdk-D  Mj3A5;# EJ.SW5 第1章辐射理论概要与激光产生的条件 2jItq2.> K7B/s9/xs 1.1光的波粒二象性 :RTC!spy \:'/'^=#| 1.1.1光波 M/'sl; Jt<_zn_FG 1.1.2光子 H2\;%K 2 |A~jsz6 pI 1.2原子的能级和辐射跃迁 P1 8hxXE3 &{hL&BLr 1.2.1原子能级和简并度 mDABH@ R 2]jn '4 1.2.2原子状态的标记 /Iy]DU8 8 ^2oWC#U( 1.2.3玻尔兹曼分布 n)-$e4u2 ek\ xx 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 LmrfN?5 y2dCEmhY 1.3光的受激辐射 2;`1h[, -^ _Ey9G 1.3.1黑体热辐射 _/$Bpr{R n
ATuD 1.3.2光和物质的作用 ^ 7cGq+t \ a<h/ 4#| 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 Qj.#) R G6P?2@ 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 .V/Rfq x"=f+Mr 1.4光谱线增宽 GW@;}m( zkrM/ @p# 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 @f~RdO3 UgN u`$m + 1.4.2自然增宽 [A~xy'T |bHelD| 1.4.3碰撞增宽 {SPq$B_VR z+wA
rPxc 1.4.4多普勒增宽 FaSf7D`C %6,SKg p 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 (,Q7@s 'Cfl*iNb 1.4.6综合增宽 P>C~
i:4n zpZm&WC 1.5激光形成的条件 DB|Y ;O6;. 5q& 1.5.1介质中光的受激辐射放大 gQg"j ) K~{$oD7! 1.5.2光学谐振腔和阈值条件 ~d4 )/y )gIK H{JYL 思考练习题1 Ad8n<zt| *8Xh(`
Mj7 第2章激光器的工作原理 _\G"9,)u '
hoUD;3 2.1光学谐振腔结构与稳定性 ZR B)uA)5= Y@vTaE^w3 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 Y|f[bw SiRaFj4s" 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 o y=js - =,=A,k I[; 2.1.3稳定图的应用 Y'S%O/$ ,t?B+$E 2.2速率方程组与粒子数反转 g`' !HGY F=e8 IUr 2.2.1三能级系统和四能级系统 O!#g< `r{K @/.;Xw] 2.2.2速率方程组 T|e u :D6
ON"6 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 s}9 S8@# :Zbg9`d * 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 )._; ~z! OmpND{ w 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 A@[o;H }XP 8, 4"uuI 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 L^2%1GfE{ Lv;^My 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 4{U T!WIi 'Ym9;~(@R 2.3.1均匀增宽介质的增益系数 D9=KXo^ wr/"yQA] 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 |O|V-f{l x.!V^HQSN 2.4非均匀增宽介质的增益饱和 {0wIR_dGX Z,
Yb&b 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 {j?FNO Jn 5h=} j 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 vjG o;+K df4A RP+ 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 6 l|DU7i )9{0] u;9 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 d9f C<Tp J s@hLP ` 2.5激光器的损耗与阈值条件 z,[Hli*0 ; ; OAQ` 2.5.1激光器的损耗 MDZ640-Y A Ru2W1g 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 TCwFPlF| ~F|+o}a `
2.5.3阈值条件 A@!qv#' 'j8:vq^d 2.5.4对介质能级选取的讨论 <e=#F-DE C\Wmq
[ 思考练习题2 {0Yf]FQb-a P6'1.R 第3章激光器的输出特性 !21FR* vA F
"n 3.1光学谐振腔的衍射理论 B[Ku\A6& / |;RV" 3.1.1数学预备知识 Fx_z 6a r"gJX 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 FF`T \&u shy-Gu& 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 K, ;E5 M>xK+q?O 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 F3[T.sf TTX5EDCrC 3.2对称共焦腔内外的光场分布 Q2 w_X8 KEo ,m 3.2.1共焦腔镜面上的场分布 7 U Kh688 mUAi4N 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 7?!d^$B
9]([\% ) 3.3高斯光束的传播特性 c ( f bivuqKA 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 MO]F1E?X Af~$TyX 3.3.2高斯光束的相位分布 av8B-GQI*# )5Q~I,dP 3.3.3高斯光束的远场发散角 9IdA%RM~mH Ytp(aE: 3.3.4高斯光束的高亮度 Wq D4YG N HTv2# 3.4稳定球面腔的光束传播特性 })H wh ). h ohfE3rd 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 Zgp4`)}: 8+Lm's=W* 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 !3c\NbU [x=s(:qy 3.5其他几种常用的激光光束 e9Wa<i 8 )Yh+c=6
? 3.5.1厄米-高斯光束 &.)^
%Tp\z <Uk}o8E 3.5.2拉盖尔-高斯光束 /Vx7mF: Q",t3i4 3.5.3贝塞尔光束 T$)^gHS ,a{P4Bq 3.6激光器的输出功率 <[a=ceL]| DD+7V@ 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 ?um;s-x) rQ{7j!Im 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 .FP$m? ^&9z w\x;z 3.7激光器的线宽极限 / e5O"@ T8?Ghbn 3.8激光光束质量的品质因子M2 p;`>e>$
7~G9'P< 3.9模式激光的某些一阶统计性质 P8 OaoPj wQ:)KjhHH 3.9.1单模激光的一阶统计性质 {Y(zd [ "=HA Y 3.9.2多模激光的一阶统计性质 @(EAq<5{ ,i ^9 |Oeq 思考练习题3 =g7x'
kN W]$w@.oW[ 第4章激光的基本技术 1 fp? //up5R_nx 4.1激光器输出的选模 ~TF: .8 p %up)]?0 4.1.1激光单纵模的选取 ]#i igPZ7 nmee 'oEw 4.1.2激光单横模的选取 x /(^7#u, Y,qI@n< 4.2激光器的稳频 np|S y;: ]? c
B:} 4.2.1影响频率稳定的因素 r5S[-`s; ^) /0yB 4.2.2稳频方法概述 ?.m bK + )AG * 4.2.3兰姆凹陷法稳频 d(ZO6Nr Q 7(1|xYCx$ 4.2.4饱和吸收法稳频 L RxZcxmy X;+sUj8 4.3激光束的变换 : g7@PJND ( ' (K9@} 4.3.1高斯光束通过薄 透镜时的变换 * xAqnk
d"1]4.c 4.3.2高斯光束的聚焦 "m):Y;9iQ? 4!{KWL `A 4.3.3高斯光束的准直 -u+vJ6EY Gq)]s'r2 4.3.4激光的扩束 I.(, hFx; 3GYw+%Z] 4.4激光调制技术 dZl5Ic 1/B> XkCJ 4.4.1激光调制的基本概念 5+4IN5o]= @f>-^ 4.4.2电光强度调制 AG
nxYV"p R `5.[?Dt 4.4.3电光相位调制
RF$eQzW 5:[0z5Hww 4.5激光偏转技术 3lL-)<0A( 5+0gR
&|j 4.5.1机械偏转 dw>C@c#" n:
^
d|@ 4.5.2电光偏转 h%na>G GRIti9GD 4.5.3声光偏转 8.1c? S caR<Kb:;* 4.6激光调Q技术 ];$L &5^ Wx%H%FeK 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q ,Q$ q= E;X ;vR4XHl| 4.6.2调Q原理 .&iawz i$"F{|Z0 4.6.3电光调Q (62"8iD6 |)DGkO td 4.6.4声光调Q M mj;-u \[i1JG 4.6.5染料调Q .[KrlfI 5 X$ jl;6 4.7激光锁模技术 PcMD])Z{G &ee~p&S,> 4.7.1锁模原理 ;6
D@ A QD&`^(X1p 4.7.2主动锁模 J7 $5s =!A_^;NQf 4.7.3被动锁模 :A_@,Q ?#G$=4;i 思考练习题4 Lnl(2x D \;,+ 第5章典型激光器介绍 .k %72ez k/_ 59@) 5.1固体激光器 2%Ri,4SRb :gi bfk]C 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 9!\B6=r y4 <?.&^|kS 5.1.2固体激光器的泵浦系统 [#vH'y V#$RR!X' 5.1.3固体激光器的输出特性 h
0Q5-EA '3tCH)s 5.1.4新型固体激光器 ibk6|pp 7hcYD!DS 5.2气体激光器 f|c{5$N! 9ULQrq$? 5.2.1氦氖(HeNe)激光器 ,AFu C < g}{aZ$sta 5.2.2二氧化碳激光器 :J@ gmY:C R4cM%l_#W 5.2.3Ar＋离子激光器 bl;1i@Z*M ^A/k)x6 5.3染料激光器 {$
JYw{a pofie $ 5.3.1染料激光器的激发机理 n5NsmVW \x xGg )Y# 5.3.2染料激光器的泵浦 {rw|# Z>A j{A y\n ( 5.3.3染料激光器的调谐 azp):*f(" 'G4ICtHQ 5.4半导体激光器 X`>i& I] @o _}g !9= 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 LckK\`mh }2.`N%[ 5.4.2PN结和粒子数反转 osAd1<EIC }q`S$P; 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 Vn }0} Jz Jhhb7uU+ 5.4.4同质结和异质结 半导体激光器 3yF,ak {Sl l<LI7Z]A 5.5其他激光器 <0&*9ZeD mSF (q78? 5.5.1准分子激光器 06Sc eq M`!H"R 7 5.5.2自由电子激光器 *zvx$yJ? [D4SW# 5.5.3化学激光器 <uw9DU7G x*U)Y 思考练习题5 k fY}S w-MCZwCr) 第6章激光在精密测量中的应用 U$ElV]N ;))+>%SGCt 6.1激光干涉测长 7*A],:-q SsDmoEeB[ 6.1.1干涉测长的基本原理 Vaw+.sG`AP ,f'CD { E 6.1.2激光干涉测长系统的组成 @,7GaK\ L+i=VGm0 6.1.3激光外差干涉测长技术 k(G^z f+ )L#>Gl? 6.1.4激光干涉测长应用举例 #'szP \ Hd ={CFip 6.2激光衍射测量 ,m|h<faZL h]} wp;Z 6.2.1激光衍射测量原理 ZG8DIV\D7 =K[yT: 6.2.2激光衍射测量的方法 EUX\^c]n )g%d:xI 6.2.3激光衍射测量的应用 Flm%T-Dl @:vwb\azVD 6.3激光测距 i3mcx)d@H +lcb i 6.3.1激光脉冲测距 0znR0%~ Js?]$V" 6.3.2激光相位测距 MH\dC9%p 16( QR- 6.4激光准直及多自由度测量 hD!7Cl Q J<h $
w M 6.4.1激光准直仪 HBXOjr<,{ v^*K:#<Q! 6.4.2激光衍射准直仪 o|<!"AD7 MKi0jwJM 6.4.3激光多自由度测量 ^k">A:E2 3;A)W 18] 6.5激光多普勒测速 aeM+ d`f n 0L^e 6.5.1运动微粒散射光的频率 Cnh \%OW vXZOy%$o 6.5.2差频法测速 _A9AEi'. @K !T,U 6.5.3激光多普勒测速技术的应用 =-n}[Y}A `1fY)d^Z S 6.6环形激光测量角度和角加速度 n;Vs_u/Nx \Uq(Zga4) 6.6.1环形激光精密测角 &}B|"s[ [waIi3Dv\ 6.6.2光纤陀螺 "@0]G<H
m&&m,6``P 6.7激光环境计量 . 3T3E X|G hhc,uJ">! 6.8激光散射板干涉仪 qu{ &xjTH8 `+:`_4 思考练习题6 lq;P ch DsCcK3 k 第7章激光加工技术 RMu~l@ 'I6i ,+D/q 7.1激光热加工原理 c4eBt))}V R$[vm6T? 7.2激光表面改性技术 $B5aje}i \"OG6G_>$ 7.2.1激光淬火技术的原理与应用 n9ej7oj kUrkG80q| 7.2.2激光表面熔凝技术 }N6.Uu 5zI VTY 5]|; 7.2.3激光熔覆技术 bP&]!jZ =MDy s b&: 7.3激光去除材料技术 d|Lj ~x| {fT 6O&br 7.3.1激光打孔 ;+ hH e8?jmN`2 7.3.2激光切割 H8}oIA"b 7 ? w*] 7.4激光焊接
HvJs1)Wo& {q^[a-h> 7.4.1激光热导焊 i5@ z< \ *#+An<iT ; 7.4.2激光深熔焊 *_\_'@1|J) R`E ~ZWC4V 7.4.3激光复合焊 59;KQ V/9!K%y 7.5激光快速成型技术 d)Y}>@:W vy:Z /1q 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 U-tTW*[1] bdE[;+58 7.5.2激光快速成型技术 4zFW-yy m
G YoM 7.5.3激光快速成型技术的重要应用 gT 6jYQ 8$Y9ORs4 7.6其他激光加工技术 QD]6C2j* Vp@?^imL 7.6.1激光清洗技术 88wa7i* _L= h0H l 7.6.2激光弯曲 YNsJZnGr8# r$s Qf&= 思考练习题7 4ID5q ~ Qj3EXb 第8章激光在医学中的应用 :& ."ttf= #Ki[$bS~6 8.1激光与生物体的相互作用 q F;|bF FXkM#}RgNm 8.1.1生物体的 光学特性 BR;D@R``} i?^L/b`H 8.1.2激光对生物体的作用 v"Es*-{B |Ds1 8.1.3激光对生物体应用的优点 fVpMx4&F
k~1?VQ+? M 8.2激光在临床治疗中的应用 aO4?m+ Qh\60f> 0 8.2.1激光临床治疗的种类与现状 6i3$C W kc&U'&RgY 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 'm
kLCS 2`=7 _v 8.2.3激光在眼科中的应用 ]Er$*7f -PR N:'T 8.2.4激光在泌尿外科中的应用 {F.[&/A Vs!Nmv` 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 </*6wpN kM N~Y 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 P( 8OQL: gc$l^`+M 8.2.7光动力学治疗 U&p${IcEm JT_ `.( 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 -6B4sZpzD r\^b(rNe 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 *(DV\. l` c9h6C 8.3.2激光断层摄影 iGB}Il) $1`2 kM5 8.3.3激光显微镜 z-)O9PV |@4' <4t 8.4医用激光设备 k;FUs[ * gWwALGo5 8.4.1医用激光 光源 r* Ca}Z x U`p|(SS- 8.4.2医用激光传播用 光纤 :"/d|i`T T 9 [Q 8.5激光应用于医学的未来 <7jW _R@ (<C3Vts)) 8.5.1医用激光新技术 {_v#~595 Ig>(m49d 8.5.2光动力学治疗的前景 brUF6rQ 9x =Y^',5 思考练习题8 TOQP' / Tua Bm1S{f 第9章激光在信息技术中的应用 NTs aW}g $6poFo)U+ 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 nAdf= D'P l,5+@i`5i 9.1.1半导体激光器 t"oeQ*d% _X
x/(.O 9.1.2光纤激光器 &Au@S $ij 5:_}zu|!u 9.1.3光放大器 b4N[)%@ `e}B2;$A3 9.2激光全息三维显示 y sY*k` 5 fe_5LC" 9.2.1全息术的历史回顾 ab?aQ*$+ d8P^lv*rQW 9.2.2激光全息术的基本原理和分类 }Jj}%XxKs s!$a \ k 9.2.3白光再现的全息三维显示 %d9uTm ; Pa: |_IXA 9.2.4计算全息图 @`9]F7h5W '!B&:X) 9.2.5数字全息术 Ab.(7GFK U| R_OLWAg 9.2.6全息三维显示的优点 KF:78C 7WzxA=*# 9.2.7全息三维显示的应用 5]:U9ts# +9sQZB# ( 9.2.8全息三维显示技术的展望 Yrq~5)% e~"U @8xk~ 9.3激光存储技术 (X*^dO =>~:<X., 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点
_;\_l 1EX;MW-p<T 9.3.2激光光盘存储 ('+d.F[109 kvu)y` 9.3.3激光体全息光存储 R[]Md t< ,f ?*{Q2 9.3.4激光存储技术的新进展 ^E>3|du]O aV0"~5 9.4激光扫描和激光打印机 +G>\-tjSD "qy,*{~ 9.4.1激光扫描 4 s9LB &m;*<}X 9.4.2激光打印机 l,aay-E 9_h[bBx-'Q 9.5量子光通信中的激光源 A?OQE9'
|-~Y#] 9.5.1量子光通信 &=m tc%mL XW92gI<O 9.5.2量子态发生器及应用 @BMx!r5kn gbD KE{ 思考练习题9 ;5( UzQU P16~Qj 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 SSzIih@u NDokSw- 10.1激光核聚变 Zx>=tx} $3kH~3{] 10.1.1受控核聚变 Q\0'lQJdy XL/u#EA0< 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 kD"{g#c $<[79al# 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 }c:M^Ff @IZnFHN 10.2激光冷却 m .0*NW 3=V &K- 10.3激光操纵微粒 ql~J8G9 +1!ia] 10.3.1光捕获 o^wqFX(Y 2MK-5 Kg 10.3.2微粒操纵 O^rD HFj, u)Whr@m 10.4超越经典衍射极限的分辨率 WTiD[u KqP#6^ _ 10.4.1解析延拓 9;If&uM l;E(I_
i) 10.4.2综合孔径傅里叶全息术 M )(DZ} Rf% a'b 10.4.3傅里叶叠层算法 2st3 b\,+f n 10.4.4相干谱复用 {Y1C k5 0PCGDLk8 10.4.5非相干结构光 照明成像 ]eV8b*d6 NwfVL4Xg 10.4.6超分辨荧光显微镜 MnHNjsO# X5w$4Kj&4l 10.5激光光谱学 A]3k4DLYS cidP|ie^ 10.5.1拉曼光谱 iN.n8MN=I \
B% +fw 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 )O 6>*wq IAyp 2 10.5.3频率高分辨的双光子光谱 ez[Vm:2K 0tJ Z4( 0 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 ?&u u[y !PE]C!*gv& 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 @'|~v <<WZ 2 ? 4!K. 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 #p{ 4^ HE\ K@3- 10.6.1电磁波的正常多普勒效应 WfRXP^a {\\T gs 10.6.2在负折射率材料中传播的电磁波的反常多普勒效应 O33 `+UV"W <{cQ2 10.6.3折射光子晶体棱镜的设计以及负折射性质的实验验证 &,)&%Sg[ onV>.7 sG 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 4b`=>X;W 51.%;aY~z 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 YHl;flv bs1Rvx1:J% 思考练习题10 q0 \6F^;M @KUWxFak 附录A随机变量 ^/k* h J{ >C~6\L`c A.1概率的定义和随机变量 8JUwf (Awm9|. {+ A.2分布函数和密度函数 I *^Ta{j[ U`s{Jm A.3推广到两个或多个联合随机变量 HLi%%"' \.}c9*) A.4统计平均 h FBe,'3M e8 b:)"R 附录B随机过程 YA5g';$H* Yz93'HDB B.1随机过程的定义和描述 @|T'0_' yaV|AB$v B.2平稳性和遍历性 v(%*b,^
Jfl!#UAD|n 参考文献 ( C)p9-, Uo ix  3irl
( ;v 9(<@O%YU （实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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