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。
9_mys}+ %usy`4
2
PZQn]lbak $DOBC@xxzT 第1章辐射理论概要与激光产生的条件
0b0.xz\~U 5!T\L~tyt 1.1光的波粒二象性
)h0F'MzW %hzl3>(). 1.1.1光波
~97T0{E3 `eat7O 1.1.2光子
{VPF2JFB[ 0#
D4;v 1.2原子的能级和辐射跃迁
tU02t#8 ptXLWv` 1.2.1原子能级和简并度
(dxkDS-G h-Q3q: 1.2.2原子状态的标记
c:Tw.WA RSLMO8 1.2.3玻尔兹曼分布
e{~s\G8g p
xrd D7 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁
> !thxG/_ zice0({iJ 1.3光的受激辐射
vt3yCS 1)8;9
Ba: 1.3.1黑体热辐射
Htseu`>_$ ,nJYYM
1.3.2光和物质的作用
}kaU0 P QQ4
&,d 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系
FfnW oW*e6"<R7 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率
jOppru5U o:<gJzg 1.4光谱线增宽
}%B^Vl%ZZ 6@TGa%:G 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度
_h4{Sx G'/36M@ 1.4.2自然增宽
t0*JinKI R&13P&:g 1.4.3碰撞增宽
jrGVC2*rD )6# i>c- 1.4.4多普勒增宽
@<5?q:9.8 Farcd!} 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型
$F!)S rULrGoM 1.4.6综合增宽
io_4d2uBh Tti]H9g_ 1.5激光形成的条件
IG?044Y Re3vW re 1.5.1介质中光的受激辐射放大
vDgf} LEoL6ga 1.5.2光学谐振腔和阈值条件
x?0ZzB), \e%H5Wx 思考练习题1
sGjYL>* ENwDW#U9 第2章激光器的工作原理
x
j6-~< z\Vu`Yz 2.1光学谐振腔结构与稳定性
tH0=ysf +~Ni7Dp] 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件
F.)b`:g P8jXruZr 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类
<(rf+Ou>I +5Yf9 2.1.3稳定图的应用
q(0V#kKC q| p6UL9 2.2速率方程组与粒子数反转
yDBS :
\ |tC`rzo 2.2.1三能级系统和四能级系统
`<>Emc8Z ZzA4iT=KO 2.2.2速率方程组
9/[3xhB4 HE911 lc: 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布
mAkR<\?iTF l][{
#>V 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布
.l$'%AG:~ +Z0@z^6\ 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布
Fj<#*2{]B [m7^Euury 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应
LJK<Xen KlbL<9P> 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和
nd(O;XBI Sr1xG%;|/ 2.3.1均匀增宽介质的增益系数
V:*QK, gz6BfHQG 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和
*i#m5f} L
M 2.4非均匀增宽介质的增益饱和
"71@WLlN juPW!u 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值
2x-67_BHY= j8*fa 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数
]J\tosTi wjGD[~mB 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布
$
BV4 i$ _w8iPL5: 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和
]YcM45xg vzVXRX 2.5激光器的损耗与阈值条件
$ qk2! PzThVeJ+ 2.5.1激光器的损耗
n gA&PU ml$"C 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程
Td%[ - 8 ;oU{ 2.5.3阈值条件
F.i%o2P3 =ja(;uC 2.5.4对介质能级选取的讨论
B>, O@og J8[N!qDCj 思考练习题2
XPnN"Y"y 4%/iu)nx 第3章激光器的输出特性
DDh$n?2fd .[Ezg(U}ze 3.1光学谐振腔的衍射理论
]Z?$ 5Ks qOO2@c 3.1.1数学预备知识
dLQV>oF S^;D\6(r 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式
S<"T:Y& A<esMDX 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程
Q%6Lc.i s,UccA@ 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模
^W-03 z7X[$T$V 3.2对称共焦腔内外的光场分布
0#f;/c0i r:u, 3.2.1共焦腔镜面上的场分布
`4E6&&E+S nzI}w7>VU 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布
__jFSa`at 6@_Vg~=S 3.3高斯光束的传播特性
u`Kjs}F' ln}2 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布
0^htwec! )r_zM~jI 3.3.2高斯光束的相位分布
wIT0A-Por4 9
z_9yT 3.3.3高斯光束的远场发散角
i}mvKV?!|1 ghq#-N/t 3.3.4高斯光束的高亮度
@m14x}H ~$7fU 3.4稳定球面腔的光束传播特性
ptXCM[Z+ F6 ?4E"d 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔
>% a^;gk( lqPzDdC^> 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性
mup<%@7m -DgJkyt+< 3.5其他几种常用的激光光束
!Oj].
WQ
{%!.aQ, 3.5.1厄米-高斯光束
:p^7XwX%w Z~O1$,Z 3.5.2拉盖尔-高斯光束
7I>@PVN CFqteY" 3.5.3贝塞尔光束
9L+dN%C ]AjDe] 3.6激光器的输出功率
G2Zr(b') Ic_>[E?k 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率
QAiont ,! __Ei;%cV 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率
G[7Z5)2B /DPD,bA 3.7激光器的线宽极限
.H,v7L,~88 VFLxxFJ 3.8激光光束质量的品质因子M2
(gd+-o4 JY4sB8 3.9模式激光的某些一阶统计性质
fz
H$`X'M 5v:c@n 3.9.1单模激光的一阶统计性质
Lw EI 7Ddo^Gtx 3.9.2多模激光的一阶统计性质
8.9TWsZ 9/N=7<$ 思考练习题3
$`L!2 #Fx$x#Gc@y 第4章激光的基本技术
8Io--Ew3 Jr/|nhGl5 4.1激光器输出的选模
</,RS5ukn cfn\De%. 4.1.1激光单纵模的选取
4,D$% . 24u;'i-y5 4.1.2激光单横模的选取
X"yjsk >cm*_26;I 4.2激光器的稳频
"5 \<. {<XPE:1>Y 4.2.1影响频率稳定的因素
EC*rd <[9{Lg*D 4.2.2稳频方法概述
35/)S@ C^sHj5\( 4.2.3兰姆凹陷法稳频
*$uj)*5, Er; @nOyD 4.2.4饱和吸收法稳频
tBSHMz y_bb//IAG 4.3激光束的变换
i|zs
Li/ |TCHPKN 4.3.1高斯光束通过薄
透镜时的变换
QH:PClW![ -*;-T9 4.3.2高斯光束的聚焦
Rlvb@aXgy o&tETJ5Bhe 4.3.3高斯光束的准直
b(<#n6a}\ H=2sT +Sp 4.3.4激光的扩束
dW
hU
o\>= :q6j{C( 4.4激光调制技术
di^E8egR$ H^UuT 4.4.1激光调制的基本概念
e!_+TyI Jb.
V4 4.4.2电光强度调制
DIx!Sw7EC l;TWs_N 4.4.3电光相位调制
<pAN{: xO2e>[W 4.5激光偏转技术
F'eV%g &PJ&XTR 4.5.1机械偏转
!`j}%!K! <PCa37 4.5.2电光偏转
)2
E7>SQc~ ";:"p6? 4.5.3声光偏转
c rx8+ kNW}0CDgs 4.6激光调Q技术
SJ/($3GkBd P+tnXT>nE 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q
l/|bU9o /u udCum4 4.6.2调Q原理
yXg #<H6V /%W&zd=%# 4.6.3电光调Q
2"Oj*
; LQy`,-& 4.6.4声光调Q
lFHj]%Y oA_T9uh[ 4.6.5染料调Q
x.d;7 g\%vkK&I 4.7激光锁模技术
lPA:aHcj .2y2Qm 4.7.1锁模原理
]xO`c &YAw~1A 4.7.2主动锁模
%!_okf )`u)#@x 4.7.3被动锁模
~N2<-~=si 37:\X5)z/ 思考练习题4
'q+CL&D 7WuhYJbf
第5章典型激光器介绍
Aqi9@BH i+`N0!8lY 5.1固体激光器
y _Mte xW`,@a} 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质
-Xm/sq(i)% R?,O h* 5.1.2固体激光器的泵浦系统
DB1F_! 9 HzdtR 5.1.3固体激光器的输出特性
(]*otVJ u ##.t 5.1.4新型固体激光器
%XIPPEHU Yv}V =O% 5.2气体激光器
ryk(Am< ~,199K#' 5.2.1氦氖(HeNe)激光器
<{
Z$!]i1 W<W5ih,# 5.2.2二氧化碳激光器
RtE2%d$JT &f2'cR 5.2.3Ar+离子激光器
Re`'dde= mW_B|dM" 5.3染料激光器
)FF3|dZ";K cjTV~(i'4A 5.3.1染料激光器的激发机理
6Dx^$=Sa$ o;d>< 5.3.2染料激光器的泵浦
q6xm#Fd'. b+Ly%& 5.3.3染料激光器的调谐
Het5{Yb. 7hg)R
@OC 5.4半导体激光器
*G]zN "Y ;ALkeUR[ 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件
$-tgd<2h STfcx]L 5.4.2PN结和粒子数反转
d nZA+Pa _A[k&nO!&J 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件
q4'Vb hcQky/c\#b 5.4.4同质结和异质结
半导体激光器
;r**`O B~[}E]WEK 5.5其他激光器
1Wz -Z Rds_Cd C 5.5.1准分子激光器
a{oG[e ;QRnZqSv 5.5.2自由电子激光器
QX1rnVzg0 U$-;^=; 5.5.3化学激光器
F@+FXnz L)0j& 思考练习题5
**].d;~[l )#NT* @j` 第6章激光在精密测量中的应用
}ZP;kM$g ~M>EB6 6.1激光干涉测长
V l,V sYt\3/yL' 6.1.1干涉测长的基本原理
QT!!KTf R]s\s[B 6.1.2激光干涉测长系统的组成
!9w;2Z]uum Jp'XZ]o\ 6.1.3激光外差干涉测长技术
\]@XY_21 M/O4JZEqh 6.1.4激光干涉测长应用举例
jbDap i< ?1DA 6.2激光衍射测量
(wMiXi ZQ&A'(tt4 6.2.1激光衍射测量原理
, Ww\C gM0^k6bB8 6.2.2激光衍射测量的方法
@Lp;p$G` AK7IPftlH 6.2.3激光衍射测量的应用
Sqc
r
- x]1G u 6.3激光测距
hkK+BmMj\ ?u*gKI 6.3.1激光脉冲测距
1XwW4cZ>: \0{g~cU4 6.3.2激光相位测距
U c6]]Bbc ?iX1;c9 6.4激光准直及多自由度测量
NXJyRAJ*% "0,d)L0," 6.4.1激光准直仪
T)!$-qdz/ yMJY6$Ct 6.4.2激光衍射准直仪
c@+ ;4Iz ^KKU@ab9 6.4.3激光多自由度测量
xh7[{n[; u-31$z<<5} 6.5激光多普勒测速
|GDf<\ FN25,Q8:*I 6.5.1运动微粒散射光的频率
M-K.[}}-d Bi!j re 6.5.2差频法测速
e)(m0m\ gwf*M3( 6.5.3激光多普勒测速技术的应用
fn!(cE|`E ?gq',FFDq 6.6环形激光测量角度和角加速度
<Z$r\Huf 6I)1[tU 6.6.1环形激光精密测角
))pp{X2m Z5oX "Yx 6.6.2光纤陀螺
sRM3G]nUr oAMB}a; 6.7激光环境计量
!<ae~#]3P K2W$I H:. 6.8激光散射板干涉仪
/c`s$h4- ylV.ZoY6 思考练习题6
D<.zdTo qtx5N)J6 第7章激光加工技术
&$'=SL(Z RWN2P6 7.1激光热加工原理
bIX'|= M"E ]r=1 7.2激光表面改性技术
*jBn
^ +npcU:(Kg 7.2.1激光淬火技术的原理与应用
) <lpI';T ;[)t*yAh 7.2.2激光表面熔凝技术
NXwlRMbo 4. &t 7.2.3激光熔覆技术
Kn#3^>D 7c:5Ey 7.3激光去除材料技术
L5"|RI} #4WA2EW 7.3.1激光打孔
$U uSrX& /,>@+^ 1 7.3.2激光切割
,O9rL :? LPg1 G+e 7.4激光焊接
jslfq@5v 5`ma#_zk|f 7.4.1激光热导焊
R*C WIe2j 7.4.2激光深熔焊
"S">#.L ZQd\!K8y^Q 7.4.3激光复合焊
91Cg
qJ;T$W=NG 7.5激光快速成型技术
\X'{ e e 9Q!X~L|\S 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点
G8JwY\ . PzlhTL7 7.5.2激光快速成型技术
F-=W7 D:[c _]W
}6?i 7.5.3激光快速成型技术的重要应用
B!Ss
35< ..ig jc#UF 7.6其他激光加工技术
%H-(-v^T* ~(TS>ck@ 7.6.1激光清洗技术
fP>K!@!8 =4;GIiF@ 7.6.2激光弯曲
([-xM%BI6 Q~5!c#r 思考练习题7
W^c> (d</ 'qosw:P 第8章激光在医学中的应用
n9J.]+@J Z/z(P8#U\ 8.1激光与生物体的相互作用
$X.X_ E57J).x-BP 8.1.1生物体的
光学特性
_&/FO{ F@m Ib)>M`J 8.1.2激光对生物体的作用
MTKd:.J6 (_}w4N# 8.1.3激光对生物体应用的优点
DqLZc01> Y)x(+# 8.2激光在临床治疗中的应用
mUj=NRq ZaCUc Px 8.2.1激光临床治疗的种类与现状
D4:c)} 6%mFiX 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用
t~xp&LQiY yDt3)fP# 8.2.3激光在眼科中的应用
!MOgM ZMSP8(V 8.2.4激光在泌尿外科中的应用
ToUeXU
[ e ;4y5i 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用
+4k Bd<0Y y;N[#hY#CD 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术
!aSu;Ln p;S<WJv k 8.2.7光动力学治疗
Ok-*xd C|kZT<,] 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用
/f!CX|U Td&w
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断
~-+lZ4} OzFA>FK0f; 8.3.2激光断层摄影
f
IUz%YFn rPV\ F 8.3.3激光显微镜
JrF\7*rh9 :*wnO;eN 8.4医用激光设备
Kt,ENbF Qrt[MJ+# 8.4.1医用激光
光源 p]d3F^*i R3]Ra&h6N) 8.4.2医用激光传播用
光纤 LoHL}1BG- M1Jnn4w*d 8.5激光应用于医学的未来
q%u;+/|l iJg3`1@j 8.5.1医用激光新技术
)'{:4MX q]%c
6{w 8.5.2光动力学治疗的前景
+DwyMzeE < PoRnx 思考练习题8
"{0
o"k lFT_J?G$' 第9章激光在信息技术中的应用
6x*u S~' sjLI^#a 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器
:@6,|2be= kc d~`+C 9.1.1半导体激光器
tA+ c M[ea!an 9.1.2光纤激光器
u$c)B<.UR t:m2[U_} 9.1.3光放大器
utq*<,^ B]K@'# 9.2激光全息三维显示
/? n 9c;w NGHzifaE 9.2.1全息术的历史回顾
dU]> Z9rs,_A 9.2.2激光全息术的基本原理和分类
CVsc#=w0 Dm':D 9.2.3白光再现的全息三维显示
n/_cJD\ v%|()Z0 9.2.4计算全息图
yQ>
*F PjEKZHHz
9.2.5数字全息术
n237%LH[ N
3)OH6w" 9.2.6全息三维显示的优点
#NM.g ms'!E) 9.2.7全息三维显示的应用
PgZ~of& Y?Yix 9.2.8全息三维显示技术的展望
kI974:e42 6g@@V=mf 9.3激光存储技术
,4ftQJ F{cKCqI? 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点
QKYGeT7&Y' NQ$tQ#chd 9.3.2激光光盘存储
XfFZ;ul P%5h!Z2m 9.3.3激光体全息光存储
iG*3S) y
1fl=i 9.3.4激光存储技术的新进展
T!o 4k q2}<n'o+ 9.4激光扫描和激光打印机
IAbK]kA FJ3Xeos4| 9.4.1激光扫描
EJYfk?(B {9KG06%+ 9.4.2激光打印机
jp2AU,Cl )J+vmY~& 9.5量子光通信中的激光源
)2mi6[qs0l *7hr3x 9.5.1量子光通信
4NxtU/5-sU H"8+[.xBh 9.5.2量子态发生器及应用
4.bL>Y>c ?6@Y"5
z3g 思考练习题9
=)C}u6 (6p5Fo 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用
>lqWni -\@&^e 10.1激光核聚变
xz YvD{> Gnmj-'x 10.1.1受控核聚变
xKz^J
SF DUiqt09`~ 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法
:Vq gmn 9I/o;Js 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理
HPs$R[ v`B7[B4K3 10.2激光冷却
+O:Qw[BL/Z + oyW_!( 10.3激光操纵微粒
NL))!Pi LRD71*/ 10.3.1光捕获
& v=2u,]T 5I5~GH 10.3.2微粒操纵
C,-q2ry SE{$a3`UzP 10.4超越经典衍射极限的分辨率
!8ub3oj) M")v ph^ 10.4.1解析延拓
2a2C z'G E]6C1C&K 10.4.2综合孔径傅里叶全息术
b#|M-DmT E,5jY 10.4.3傅里叶叠层算法
Ps0'WRJnx |{]\n/M 10.4.4相干谱复用
]t]s/;9]K &ZFsK c# 10.4.5非相干结构光
照明成像
rixNz@p'% <pRb#G" 10.4.6超分辨荧光显微镜
Q~]#x![u0 J=W"FEXTL7 10.5激光光谱学
LOi5 ^Um| YSk,kU 10.5.1拉曼光谱
d}%GHvOi ~h?zK1 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱
EP7L5GZ-a ZVE q{x1Zc 10.5.3频率高分辨的双光子光谱
E
N%cjvE ~P|YAaFx 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱
"YHqls} c R1/)Yy 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术
LJYFz=p" |"DQ^)3Pi 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究
VWd=7 ZeF PwW 10.6.1电磁波的正常多普勒效应
%0@Jm)K^ e m<(wJ-Y 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
jR\&2;T )(b]-
) 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
!HM{imT pUZe.S>G 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析
4dv+RRpGOv W1M<6T.{7 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果
c&IIqT@Gb0 _!H{\kU 思考练习题10
\kZxys!4 u!?.vx<qy 附录A随机变量
vL{sk|2& BdB/`X* A.1概率的定义和随机变量
$S|bD$e Uaog_@2n, A.2分布函数和密度函数
5`*S'W}\> ([iMOE[D3 A.3推广到两个或多个联合随机变量
IIUoB!` {LVii}< A.4统计平均
"zJ1vIZY 1XUsr;Wz 附录B随机过程
Y~hBVz2g G+[hE|L~y B.1随机过程的定义和描述
o X )r4H? <H`&Zqqk B.2平稳性和遍历性
3i=+ [ ]6Kx0mW 参考文献
p]:5S_$ 5;oWFl
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