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。 NX5NE2@^qH Z+J; nl  _0c$SK mzoNXf:x 第1章辐射理论概要与激光产生的条件 ja|XFs~
?ybX &V 1.1光的波粒二象性 #{L
!o5 Xy'qgK? 1.1.1光波 9CW8l0 RI 2Or9. 1.1.2光子 ZPolE_P7 OcLFVD= 1.2原子的能级和辐射跃迁 #Ies
yNKZ d;c<" + 1.2.1原子能级和简并度 8OW504AD KJLK]lf}d 1.2.2原子状态的标记 4 fxD$%9 JHCV7$RS 1.2.3玻尔兹曼分布 {aRZBIv `9yR,Xk=l 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 |}y6U< I {x8UL7{ 1.3光的受激辐射 x w%'R- uY5Gn . Y 1.3.1黑体热辐射 ;zl/ ^"?b!=n! 1.3.2光和物质的作用 J@I-tS >RMp`HxDf 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 Fo1|O&> ;*8nd-\ 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 :/
yR >5|;8v-r
1.4光谱线增宽 VS I.c`=, M+N7JpR 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 ;<yVJox xp> p#c 1.4.2自然增宽 <Gr775" [! v|
M 1.4.3碰撞增宽 G?OwhX `*1059 1.4.4多普勒增宽 G3G"SJ np ;%R+]&J 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 .C2.j[> qt#a_F*rV 1.4.6综合增宽 &2! F:L cP~?I z8nD 1.5激光形成的条件 Cl+TjmOV\` jKc nZu 1.5.1介质中光的受激辐射放大 1wqsGad+; X|WAUp ? 1.5.2光学谐振腔和阈值条件 wP l!}HNf N!e?K=}tL 思考练习题1 QzQTE-SQ :_qgpE< 第2章激光器的工作原理 &dV|~xA6N /?; 8F 2.1光学谐振腔结构与稳定性 62A b4! h|!F'F{ 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 s)e ;
c<(/ `aS9 o]t 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 &!3=eVg ,cvLvN8 2.1.3稳定图的应用 _faI*OY8 $UZ4,S?V 2.2速率方程组与粒子数反转 I!)gXtJA" l_!.yV{ 2.2.1三能级系统和四能级系统 "}bk
*2 up~l4]b+ 2.2.2速率方程组 z: aT5D X^#.4:>. 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 ,T{(t@ m4@y58n= 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 dJ# .
m ua['rOnU 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 6NCa =9 EX[X|"r 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 AcN~Q/xU eo4<RDe< 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 d0b--v/ }0#cdw#gH 2.3.1均匀增宽介质的增益系数 vO1P %) )>ed6A1 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 =*q :R9V *|x2"?d-F: 2.4非均匀增宽介质的增益饱和 Z; @F.r 5hE8b
{V 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 Y"mD)\Bw? a$MMp = p 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 & 50Kn[ C"/]X 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 j =)%~@ kNW&rg 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 AAsl ) =VlO53Hy{ 2.5激光器的损耗与阈值条件 {MKq
Yl{ `}F=Zjy 2.5.1激光器的损耗 *?gn@4Ly %2<chq 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 sHe:h XG' HPAg1bV:- 2.5.3阈值条件 )\uy 0+b Jug1V a<^c 2.5.4对介质能级选取的讨论 p]: ~z|.Ba 0x0.[1mB 思考练习题2
UJoWTx ~aH*ZA*f 第3章激光器的输出特性 5.xvOi|. C%v@ u$N 3.1光学谐振腔的衍射理论 )^)V yI`O 1uv"5`%s 3.1.1数学预备知识 d
{moU\W ,u( g#T 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 <P( K,L?r bE^Z;q19 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 E]_lYYkA lw? f2_fi 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 ]k{cPK mn" a$ 3.2对称共焦腔内外的光场分布 >}<:5gZtA Z8k O*LYv 3.2.1共焦腔镜面上的场分布 *E .{i
"[H9)aAj7 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 Lq
LciD m
|,ocz 3.3高斯光束的传播特性 Z| d_G} AUoi$DF(@ 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 n=t%,[Op ^k^%w/fo 3.3.2高斯光束的相位分布 .Rc&E O nAd
4g| 3.3.3高斯光束的远场发散角 UN YU2ze' 'y}A3 RqN 3.3.4高斯光束的高亮度 TDY }oGmNn e7/J:n$ 3.4稳定球面腔的光束传播特性 C-_u; NEu 7= T0Sa*; 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 J~<:y Bup} GFlsI-*` 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 fXIe Cn IQScsqM 3.5其他几种常用的激光光束 Iw Fg1\> s &y 3.5.1厄米-高斯光束 m98k /w_ m^T$H_*; 3.5.2拉盖尔-高斯光束 v_5DeaMF' $z@e19g T 3.5.3贝塞尔光束 )OH! <jW ,3GM'e{hV 3.6激光器的输出功率 &r DOqj Fw"~f5O 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 7\a(Imq o?p) V^7 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 0<v~J9i c !Pi) 3.7激光器的线宽极限 `?=AgG g g " C$B Fc 3.8激光光束质量的品质因子M2 rIge 6A>I ,=o q)Fm] 3.9模式激光的某些一阶统计性质 \~y>aYy >PySd" u 3.9.1单模激光的一阶统计性质 $!obpZ~ } j* QY_Ny* 3.9.2多模激光的一阶统计性质 ,=6Eju#P Fl*@@jQ8cV 思考练习题3 [(btp Wxb^ Jz%&- e3 第4章激光的基本技术 7Zu!s]t #0xvxg%{ 4.1激光器输出的选模 8%`Sx[ C F42 KNq 4.1.1激光单纵模的选取 Ubn5tN
MK `i{o8l 4.1.2激光单横模的选取 y-sQ"HPN u%}vTCg*p 4.2激光器的稳频 sU bZVPDr <o?qpW$,> 4.2.1影响频率稳定的因素 3\D jV2t wau81rSd 4.2.2稳频方法概述 9=<
Z> 1Kc* MS 4.2.3兰姆凹陷法稳频 >Q5 SJZ/ ^@[[,1"K 4.2.4饱和吸收法稳频 })!n1k t N(1jm F 4.3激光束的变换 mDV 2vg bjQfZT ( 4.3.1高斯光束通过薄 透镜时的变换 u5R^++ |{oKhC^yG 4.3.2高斯光束的聚焦 lsio\ $ 9m6 w.:S 4.3.3高斯光束的准直 DK)q Bxc8 orHVL 2
KK 4.3.4激光的扩束 6 #{=
E @ 7B&nV92S 4.4激光调制技术 1km=9[;w' &F.lo9JJ 4.4.1激光调制的基本概念 {L4^IK I WMUw5h 4.4.2电光强度调制 0q`'65 l x R9#Z= f, 4.4.3电光相位调制 }W| C IgF* WHpbQQX 4.5激光偏转技术 fp>o ^+VB }y[o[> 4.5.1机械偏转 RNt3az +ZZiZ&y 4.5.2电光偏转 )m)>k` 0 +>:X4A * 4.5.3声光偏转 =3J~ F k A6UtpyS*' 4.6激光调Q技术 5SKu \ H\ qrOTb9&y 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q H"&N<"hw KM\`,1?x92 4.6.2调Q原理 xH L{3^ @wa/p`gj5w 4.6.3电光调Q JTs.NY
<z Nm^q.)dO 4.6.4声光调Q ?ke C yNN2}\[. 4.6.5染料调Q (8E Z,V: z1Ju;k( 8 4.7激光锁模技术 %
vP{C $==hr^H 4.7.1锁模原理 6 8_UQ. |w>DZG!}1- 4.7.2主动锁模 x208^=F\\ $8eq&_gJ 4.7.3被动锁模 p,1 RRbyc <Jvr mm[ 思考练习题4 )O+9 v} 2 \NSwoP 第5章典型激光器介绍 h\ ybh > voUh;L 5.1固体激光器 43VuH IM@Qe|5 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 HL!-4kN
<$ +5HO T{wj 5.1.2固体激光器的泵浦系统 |LjCtm)@+
:?^(&3; 5.1.3固体激光器的输出特性 AzQ}}A;TSx M,{F/Yu 5.1.4新型固体激光器 #".{i+3E +,KuYa{lu 5.2气体激光器 `}=Fw0 sy#Gb #=# 5.2.1氦氖(HeNe)激光器 UHg^ F4>4 |Y99s)2&N 5.2.2二氧化碳激光器 0GG;o[< ?O3 G 5.2.3Ar＋离子激光器 0- #ct1- tN0>5'/ 5.3染料激光器 !eO?75/ ofi']J{R 5.3.1染料激光器的激发机理 f2Slsl; >/n/ n{{ 5.3.2染料激光器的泵浦 Vw#07P#A @z,'IW74V 5.3.3染料激光器的调谐 kOc'@;_O -`gC?yff: 5.4半导体激光器 {B}0 LJIpL tJn2:}-s 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 9 o18VJR Zsuh 8t 5.4.2PN结和粒子数反转 j IW:O XNl!(2x'pb 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 _Yhpj}KZ q\/|nZO4 5.4.4同质结和异质结 半导体激光器 <)&yk cB h '}5 "m 5.5其他激光器 ywdNwNJ %NBD^g F 5.5.1准分子激光器 D"Xm9
( (= \P|iv 5.5.2自由电子激光器 L%<1C \k p\HXE4d' 5.5.3化学激光器 xM*v! J, .xD-eWw3R 思考练习题5 Vz,WPm$I $@NZ*m%?JQ 第6章激光在精密测量中的应用 eu4x{NmQ |p+VitM7 6.1激光干涉测长 o+vf FD6|>G 6.1.1干涉测长的基本原理 B}jZ~/D} H;CGLis 6.1.2激光干涉测长系统的组成 _Nj;Ni2rD + :t1P V;l 6.1.3激光外差干涉测长技术 `?$R_u Fh: " c]Mz&z 6.1.4激光干涉测长应用举例 &@Q3CC DS r`krv-,O$ 6.2激光衍射测量 \i&yR]LF uaGg 8 6.2.1激光衍射测量原理 ALG
# )$| }Bb (wP^B. 6.2.2激光衍射测量的方法 MHbRG_zW 4*54"[9Hr# 6.2.3激光衍射测量的应用 ,aN/``j= x?%vqg^r 6.3激光测距 W t8 RC WFB2 Ub7 6.3.1激光脉冲测距 Q A%GK4F70 ]juXm1)>W1 6.3.2激光相位测距 z(]*'0)P !pN,,H6Y 6.4激光准直及多自由度测量 e*g; +nz Q h *|mW 6.4.1激光准直仪 |hpm|eZG"h gC3{:MC-G 6.4.2激光衍射准直仪 YcGqT2oLP XJlun l)(K 6.4.3激光多自由度测量 %'>. R ?;*mSQA`J 6.5激光多普勒测速 55;xAsG $v^F>*I1 6.5.1运动微粒散射光的频率 ,4\vi| |%tR#!&[:g 6.5.2差频法测速 e88JT_zrO Y,8M[UIK 6.5.3激光多普勒测速技术的应用 [$V_qFv{ _
x7Vyy5 6.6环形激光测量角度和角加速度 CEUR-LK0 _Y0o\ 0B 6.6.1环形激光精密测角 3!d|K%J eg }|%GG 6.6.2光纤陀螺 ,wq.C6;& 1{,WY(,c 6.7激光环境计量 , :#prT[P" 9(iJ=ao ( 6.8激光散射板干涉仪 R1S Ev$ ?>,aq>2O$ 思考练习题6 KctD= 6 3QF !fll^ 第7章激光加工技术 H7{ 6t(0j /,;9h x 7.1激光热加工原理 CSD8?k]2 >2wjV"W? 7.2激光表面改性技术 # v v
k7 xLGAP-mx] 7.2.1激光淬火技术的原理与应用 ZSbD4
|_ 2L,e\]2Z 7.2.2激光表面熔凝技术 yx-{}Yj^ KN%Xp/lkX 7.2.3激光熔覆技术 rbJ-vEzo.# O" z=+79q 7.3激光去除材料技术 I*24%z9 J%}}( G~ 7.3.1激光打孔 wPW9 bu 2{ptV\f]D 7.3.2激光切割 yEz2F3[ S GWh b @K 7.4激光焊接 Fc nR}TE 31_5k./ 7.4.1激光热导焊 XjX<?W <H 3}N! 7.4.2激光深熔焊 un\"1RdO |d Soq~Vz 7.4.3激光复合焊 K_My4>~Il .t["kaA 7.5激光快速成型技术 KcSvf;sx ^ i\zMMR 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 + W +<~E +\{!jB*g 7.5.2激光快速成型技术 hZ%Ie% ~n ha(hG3C 7.5.3激光快速成型技术的重要应用 IP ~g7`Y fs`<x*}K 7.6其他激光加工技术 1 dKLNE ,2]6cP(6qQ 7.6.1激光清洗技术 >`lf1x W58 \V 7.6.2激光弯曲 3kJAaI8 +C+3DwN 思考练习题7 htkyywv S#ven& 第8章激光在医学中的应用 'T.> oP0> "r|O / 8.1激光与生物体的相互作用 4[5 Z>2w ]r#tJ T`M 8.1.1生物体的 光学特性 GHoPv- # K{ 0mb 8.1.2激光对生物体的作用 @5kN
L~2 tw.%'oJ7 8.1.3激光对生物体应用的优点 M , <%j m@yaF:
R 8.2激光在临床治疗中的应用 x-q er- m6J Iq}CMb 8.2.1激光临床治疗的种类与现状 1ra}^H} yhTe*I=Gk 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 AA@J~qd
u D@f%&|IZ 8.2.3激光在眼科中的应用 M.t 5,NJ L1aN"KGMF 8.2.4激光在泌尿外科中的应用 ZM5[
o
m T$'Ja'9Kj 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 VGe/; &1 h 6 C 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 n 2T vPt\ fE M8/bhq 8.2.7光动力学治疗 tFb49zbk *WOA",gZ 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 J4x1qY)Y&v ;}:"[B3$ 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 ku\_M E|Z Y2&J`4 8.3.2激光断层摄影 m-;u]X=a KUB"@wUr 8.3.3激光显微镜 gBresHrlH w8>p[F5` O 8.4医用激光设备 .' SM|r$ &
8e~< 8.4.1医用激光 光源 N=|w]t0*yc %(n4`@ 8.4.2医用激光传播用 光纤 K34y3i_ R{4O*i8# 8.5激光应用于医学的未来 +DVU"d %M ~X:A;4 8.5.1医用激光新技术 2 0hE)!A `kFxq<?aK 8.5.2光动力学治疗的前景 Mc{1Cdj ZLBfQ+pM) 思考练习题8 ;)UZT^f`)K eZf-i1lJ 第9章激光在信息技术中的应用 Kf(% aDYq Oq|pd7fcgm 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 }Z2Y>raA\ =TyN"0@ 9.1.1半导体激光器 |f`!{=? (swP#t5S 9.1.2光纤激光器 #{< Jm?sU lQ)ZsFs= 9.1.3光放大器 "i9$w\lm jtl7t59R 9.2激光全息三维显示 8a"aJYj oXfLNe6>L 9.2.1全息术的历史回顾 v%B^\S3) *bwLi h!}H 9.2.2激光全息术的基本原理和分类 U<o,`y[Tn zYF'XB]4 9.2.3白光再现的全息三维显示 kv ryDM i1u & -#k 9.2.4计算全息图 :0#!= 3+Xz5>"a 9.2.5数字全息术 u:fiil$ RYmk6w!w 9.2.6全息三维显示的优点 O8n\>p kI `N2zeFG 9.2.7全息三维显示的应用 "jb?P$ 0I079fqk< 9.2.8全息三维显示技术的展望 sL[,J[AN; 1<pbO:r 9.3激光存储技术 HOXqIZN85 7?B]X% 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 Ks9"U^bPs b\H~Ot[i 9.3.2激光光盘存储 Mx[tE?!2 /q(+r5k \ 9.3.3激光体全息光存储 Rl<~:,D
tNfku 9.3.4激光存储技术的新进展 Pp #!yMxBr _ ?=b W 9.4激光扫描和激光打印机 1+Ja4`o,iS Y~bp:FkS
9.4.1激光扫描 ^yjc"r%B Ewu 7tq Z 9.4.2激光打印机 x@ (91f hDzKB))<w 9.5量子光通信中的激光源 #%B1, .A }fL8<HM\'c 9.5.1量子光通信 A10/ "Ec<u Q]7r?nEEhW 9.5.2量子态发生器及应用 6BNOF66kH D",ZrwyJ 思考练习题9 Cz m`5 (F~eknJ 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 ) T
3y ,* P g7W:L7 10.1激光核聚变 w/> k /dBQ*f5 10.1.1受控核聚变 NC l $vc;, !f] F'h8 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 44($a9oa2 V=\&eS4^" 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 w%j 6zsTz , 7k)cNstW 10.2激光冷却 X -6Se h}rrsVj3 10.3激光操纵微粒 X62z>mM V '\4sP t 10.3.1光捕获 N{
;{<C9Z hH`yQGZ 10.3.2微粒操纵 5|&Sg }_ HFvhrG 10.4超越经典衍射极限的分辨率 I?Eh
0f I )xlNj$(x5n 10.4.1解析延拓 '+T s I Jh axon qS f 10.4.2综合孔径傅里叶全息术 Q->'e-\E<" %nVnK6[sox 10.4.3傅里叶叠层算法 E^T/ Qu i #iY;R8 10.4.4相干谱复用 jZe]zdml \D>' 10.4.5非相干结构光 照明成像 ke'p8Gz ,1RW}1n 10.4.6超分辨荧光显微镜 `:?padZG ^L<1S/~) 10.5激光光谱学 ^ 4c2}>f mWta B>f 10.5.1拉曼光谱 I &1h/ W>/O9?D 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 ^ D?;K8a-l Uw<Lt"ls. 10.5.3频率高分辨的双光子光谱 82efqzT M'R^?Jjb 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 "JbFbcj N
y7VIh| 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 I eZ} `$[H m -7^$ 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 %[Ia#0'Y@ [&3G `8hY 10.6.1电磁波的正常多普勒效应 laKMQLtv _f{'&YhUU 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 ,K8PumM_ %ktU 51o 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 ( gs"2 ,t(y ~Z
wJ 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 h&;\ H2p1gb# 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 ([`-*Hy UIIunA9 思考练习题10 Hg*6I%D[So \[ +ZKj: 附录A随机变量 UOT~L4 G / QSK$ZDC A.1概率的定义和随机变量 Z!^iPB0~D c]t =# A.2分布函数和密度函数 aG`G$3 _wx O9:vPbn A.3推广到两个或多个联合随机变量 xAon:58m{ T1\.~]-msb A.4统计平均 Bn-%).-ED ?N&"WL^| 附录B随机过程 [{f{E i,$*+2Z B.1随机过程的定义和描述 f) ?s.DvUB s
<Ag8U8 B.2平稳性和遍历性 D .)R 8X ~^KemwogPN 参考文献 : ,LX3, [;h@ q}  |JnJ=@-y zA\DI]:+ （实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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