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。 )I$_wB!UV "((6)U#  Q0Dw2>~_K (B7M*e 第1章辐射理论概要与激光产生的条件 +8mfq\ Y1 7?Xfge%\ 1.1光的波粒二象性 |JnJ=@-y $ [M8G 1.1.1光波 .' 3;Z'%"g Go+f 0aig 1.1.2光子 0E o*C9FP~ (LkGBnXE 1.2原子的能级和辐射跃迁 L#m1!+J 0waQw7
E 1.2.1原子能级和简并度 Qm^N}>e ,d&~#W] 1.2.2原子状态的标记 `?2S4lN/ !!DHfAV] 1.2.3玻尔兹曼分布 mWfzL'* .y#@~H($ 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 '!b 1~+PV !xA;(<K[^ 1.3光的受激辐射 Ym2![FC1 E{(7]Wri 1.3.1黑体热辐射 G0xk @SE X<vv: 1.3.2光和物质的作用 B
,e3r mst-:F[h 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 $:{u F# OqHD=D[ 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 ?.,..p /2~qm/%Q 1.4光谱线增宽 bt-y6,> +E vqJiMa j@Z 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 A@f`g[q tb"UGa 1.4.2自然增宽 .ie \3q) b: +.Y$%F- 1.4.3碰撞增宽 doW_v u 4$@5PS#, 1.4.4多普勒增宽 G\=7d%T+ R*'rg-d 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 }3V Q*'X>i >#)^4-e 1.4.6综合增宽 W(9-XlYKE 0\k2F,:%4 1.5激光形成的条件 TMT65X! j_j~BXhIS 1.5.1介质中光的受激辐射放大 (w6 024~ LS?3 >1g 1.5.2光学谐振腔和阈值条件 [y W0U:m OLXG0@ 思考练习题1 8I$>e ( &?#V*-;^ 第2章激光器的工作原理 o vvR{MTc !w(J] < 2.1光学谐振腔结构与稳定性 R]/3`X9!d> 6H53FMqr 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 -V%"i,t 7: )= 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 }} J?, >g >h( n8wTP 2.1.3稳定图的应用 hV)D,oN3 v1o q[+ 2.2速率方程组与粒子数反转 b>er 'U zN: VT& 2.2.1三能级系统和四能级系统 }i ^]uW*h F;kY5+a7~e 2.2.2速率方程组 8LB,8 *L^ *GH` u*C_ 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 |k\4\a Lj |a* V oMZ 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 #.'0DWT \- ^<}9# q/rt 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 .D!0$W mOZ nQy.?*X 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 sf<S#;aYqn ?\"GT] 5D 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 J<'[ P$D {E@Fk, 2.3.1均匀增宽介质的增益系数 m9 o{y6_j* o^& u?F 9 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 GL-v</2'U 6! *be|<& 2.4非均匀增宽介质的增益饱和 ZVs]_`(+ ^ a^bsKW 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 ^~9fQJNs q^; SZ^yW5 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 6<u =hhL -K eo q 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 dWqKt0uh! mvgsf(a*' 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 d,8L-pT$FM ZP~Mgz{f 2.5激光器的损耗与阈值条件 [
R X6)%2TwO 2.5.1激光器的损耗 3q ujz)o cvxYuP~ 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 T$rhz )_q Q6)Wh6Cm 2.5.3阈值条件 BbsgZ4 o@:${> jw 2.5.4对介质能级选取的讨论 _N)/X|=~s !IF]P# 思考练习题2 gR1vUad7 q)te/ J@ 第3章激光器的输出特性 `yF6 -F diHK 3.1光学谐振腔的衍射理论 Z*/{^ z sE XuS3#L/3p 3.1.1数学预备知识 mh#NmW>n @n2Dt d 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 |?v(? yC \dM1X 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 ]Q0m]OaT k;/K']4y 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 2qd5iOhX+ }u P`=T!"8 3.2对称共焦腔内外的光场分布 =r|e]4 3 PkVMX 3.2.1共焦腔镜面上的场分布 f euATL] X1* f#3cm# 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 WbJ|]}hJ\ q)j b9e 3.3高斯光束的传播特性 +FomAs1*f h 4p<n&)F 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 +MZsL7% 9*~bAgkWI 3.3.2高斯光束的相位分布 !0-K B# (A(j.[4a 3.3.3高斯光束的远场发散角 ;k ?Z,M: \ k4tYL5 3.3.4高斯光束的高亮度 LV2#w_^I S)LvYOOB@ 3.4稳定球面腔的光束传播特性 =csh=V@s Nk63F&J7e 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 OQ(w]G0LP { 9:vq| 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 =[JstiT?E hGU
m7 3.5其他几种常用的激光光束 eI,'7u4q | j}D2q= 3.5.1厄米-高斯光束 '4K N /a,"b8 3.5.2拉盖尔-高斯光束 h"0)g :\ N F "|*S 3.5.3贝塞尔光束 ( $nQmr;t 8Z |A'M 3.6激光器的输出功率 Y`N w E V8n z@ 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 nsL"'i Q 0tKVo ]EK 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 !zVjbYWY 'XJqh|G 3.7激光器的线宽极限 0Q7|2{ jn
+*G<NJ 3.8激光光束质量的品质因子M2 *I:a \o~$[ lvAKL>qX 3.9模式激光的某些一阶统计性质 _u3%16,o mE\)j*Nnv 3.9.1单模激光的一阶统计性质 8]K+,0m6 z0H+Or 3.9.2多模激光的一阶统计性质 )O],$\u 23d*;ri5 思考练习题3 BT)PD9CN( IM$ d~C 第4章激光的基本技术 s%QCd U ] ) .)^\ 4.1激光器输出的选模 W7W (jMH w=_q<1a 4.1.1激光单纵模的选取 .],:pL9d -zg 6^f_pW 4.1.2激光单横模的选取 c (b2f-0!4 f
AY(ro9Q( 4.2激光器的稳频 *(s0X[- W(}2R>$ 4.2.1影响频率稳定的因素 0.\}D:x(z ]GT+UX 4.2.2稳频方法概述 I`77[ 6d`qgEM3 4.2.3兰姆凹陷法稳频 wRdN(`;v `>4"i+NFF8 4.2.4饱和吸收法稳频 [Kg3:]2A e Z]>;5 4.3激光束的变换 e45)t}' +B[XTn,Cru 4.3.1高斯光束通过薄 透镜时的变换 U3jnH Quwq_ .DU 4.3.2高斯光束的聚焦 4T6 : C?V Co,?<v=Ll 4.3.3高斯光束的准直 mB xMDnh jR9;<qT/ 4.3.4激光的扩束 d\R "?Sg
O7%8F Y 4.4激光调制技术 JXV#V7 Z;z,dw 4.4.1激光调制的基本概念 :IX, mDO O1@3V/.Wu 4.4.2电光强度调制 NoMlTh(O _ FNW[V 4.4.3电光相位调制 <*I*#WI&B Zt&
7p 4.5激光偏转技术 f %3MDI `,O"^zR)z 4.5.1机械偏转 ]Exbuc iSX HMp4V 4.5.2电光偏转 ]Q,&7D
Ah 8`s*+.LI! 4.5.3声光偏转 SQ*%d .1 H h%"
4.6激光调Q技术 ahdwoB Lf:#koaC 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q B}P!WRNmln DJ0jtv6nQ- 4.6.2调Q原理 iMv):1p>8 W9{i ~.zo 4.6.3电光调Q 1Q=L/k eP &lID6{7 9Z 4.6.4声光调Q \PD%=~
.:XX c 4.6.5染料调Q Q8A+\LR~) *ZV3]ig2$ 4.7激光锁模技术 /l$ fQ:l @#*{*
S8 4.7.1锁模原理 )Y &B63]B k%8kt4\wn6 4.7.2主动锁模 <>( v~a] KzX)6 |g{" 4.7.3被动锁模 ([ | ^3tM k.})3~F- 思考练习题4 h+7U'+|%A Lr20xm 第5章典型激光器介绍 W6`_ lGTj x?]fHin_ 5.1固体激光器 Bp5 %&T k Lp3pJE
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 P9R-41! X40JCQx{+ 5.1.2固体激光器的泵浦系统 Zx`/88!x[ Vx:uqzw# 5.1.3固体激光器的输出特性 dKP| TRd Zl>wWJ3 y 5.1.4新型固体激光器 V
lkJ$f5l dNCd-ep 5.2气体激光器 oCLM'\ _j4 K 5.2.1氦氖(HeNe)激光器 tk)}4b^\%j e A3 NyL 5.2.2二氧化碳激光器 bMsThoePT T24$lh M 5.2.3Ar＋离子激光器 O>I%O^ G^z>2P 5.3染料激光器 Dw 5Ze < WbO&;% 5.3.1染料激光器的激发机理 i-#D c (9 0C3Y =F 5.3.2染料激光器的泵浦 >p#_ L^oZ% Q/J <$W*, 5.3.3染料激光器的调谐 qG2P?D R ;\f0II3 5.4半导体激光器 JaR!9GVN7 RH $l?j6 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 !b+!] 2~g} [z*1#lj S 5.4.2PN结和粒子数反转 bSQj= |h1 zG c ]*R 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 !HtW~8|: <[T{q
|* 5.4.4同质结和异质结 半导体激光器 Ef@)y&hn &LG|YvMY6 5.5其他激光器 >]A#_p Bk@EQdn 5.5.1准分子激光器 O2f-{jnTz, gxJ12'
m 5.5.2自由电子激光器 b7">IzAe
+VJyGbOcC 5.5.3化学激光器 yn f!1!4 m?1r@!/y 思考练习题5 \4
+HNy3 5 /T#>l< 第6章激光在精密测量中的应用 biForT_no knfmJUT 6.1激光干涉测长 E70o nR!i pB]*cd B? 6.1.1干涉测长的基本原理 l>hvWK[ ?I U-$nwji 6.1.2激光干涉测长系统的组成 KdzV^6K<c `Tk~?aY 6.1.3激光外差干涉测长技术 *y` (^kyS ``@e7~F{ 6.1.4激光干涉测长应用举例 yMmUOIxk\ q0['!G%[" 6.2激光衍射测量 >z% WW&Z' 0zsmZ]b5E 6.2.1激光衍射测量原理 [r9HYju = &' y}L' 6.2.2激光衍射测量的方法 ]US!3 R^ -6X+:r`>u 6.2.3激光衍射测量的应用 M"msLz 1=z\,~ b 6.3激光测距 r ^ ' w4&\-S# 6.3.1激光脉冲测距 SLH;iqPT 1zCgPiAem 6.3.2激光相位测距 /^gu&xnS <K>qK]|C 6.4激光准直及多自由度测量 A6E~GJa 0HQTe>! 6.4.1激光准直仪 o{l]n* 8%a
^j\L 6.4.2激光衍射准直仪 -q
nOq[ tWQ$`<h 6.4.3激光多自由度测量 .ezZ+@LI+# ZsYY)<n 6.5激光多普勒测速 = .) :tGDp %W X^']p 6.5.1运动微粒散射光的频率 o ,?h} @ ?+%bE Z` 6.5.2差频法测速 5Q8s{WQ RX^Xtc" 6.5.3激光多普勒测速技术的应用 ax K/YE7t sv#b5,>9 6.6环形激光测量角度和角加速度 0bSnD|#I v_pFI8Cz) 6.6.1环形激光精密测角 I=
cayR t8. 3 6.6.2光纤陀螺 jz>b>; M=4 b 6.7激光环境计量 qd~9uo&[Ig S/l6c P 6.8激光散射板干涉仪 Ka%#RNW 8KKhD $ 思考练习题6 )M"xCO3 a !-&;t7R 第7章激光加工技术 5{v uN)K3 ^ oClf( 7.1激光热加工原理 IP)%y%ycw S&D8Rao 5 7.2激光表面改性技术 &;<'AF FMWM : 7.2.1激光淬火技术的原理与应用 ;0uiO . ~]n=TEJ> 7.2.2激光表面熔凝技术 7?);wh 7` K<5 0>uG 7.2.3激光熔覆技术 jw0wR\1 ft4hzmuzM 7.3激光去除材料技术 ~]'yUd1gSZ g yT0h?xDt 7.3.1激光打孔 C 5e;U L@ejFXQ g 7.3.2激光切割 +%K~HYN WSGho(\ 7.4激光焊接 VssWtL k]2_vk^ 7.4.1激光热导焊 Dz8aJ6g _c}# f\ +_ 7.4.2激光深熔焊 Q-1 Xgw! bU/YU0ZIT 7.4.3激光复合焊 )l`VE _(| -MFePpUt 7.5激光快速成型技术 iq N?'8 HuQdQ* Q 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 1y,/|Y }d5~w[ 7.5.2激光快速成型技术 EG3u)}vI uH[:R vC0 7.5.3激光快速成型技术的重要应用 dQO 5 oa`7ClzD 7.6其他激光加工技术 }02(Y!Gh ${gO=Z 7.6.1激光清洗技术 x@[6u Qd>\{$N 7.6.2激光弯曲 $I4Wl:(~} 9n"MNedqH 思考练习题7 H5o=nWQ6e io@f5E+? 第8章激光在医学中的应用 Q{yjIy/b Yb1Q6[! 8.1激光与生物体的相互作用 D_`NCnYG ~=|QPO(d 8.1.1生物体的 光学特性 bf y= `; j$] 8.1.2激光对生物体的作用 i?7 ?I Pw5[X5.DX 8.1.3激光对生物体应用的优点 TO G:N~ $ +$l?2 8.2激光在临床治疗中的应用 - = ZDfM
81w"*G5AM 8.2.1激光临床治疗的种类与现状 M+:9U&>
yhs:.h 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 '}"&JO~vPj HV * ;Yt 8.2.3激光在眼科中的应用 ]b:>7_la 8DM! ]L 8.2.4激光在泌尿外科中的应用 c]/S<w< c5: X$k\ 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 Cl{Ar8d} 8(L6I%k* 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 q%dbx:y# l,zhBnD 8.2.7光动力学治疗 &So1;RR,_M ,i8%qm8 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 n=|% H'U !e*T.
1Kz 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 R z[3cN)?q IDL0!cF 8.3.2激光断层摄影
90K&oof?M DJAKF 8.3.3激光显微镜 M>}_2G]#F p<,`l)o}~ 8.4医用激光设备 dC|6z/ q alrG2
8.4.1医用激光 光源 BRM!g9 |q z%6w= 8.4.2医用激光传播用 光纤 beSU[ Rd|8=`) 8.5激光应用于医学的未来 < fV][W /bPs0 >5 8.5.1医用激光新技术 \ Ce*5h `uH7~ r^ 8.5.2光动力学治疗的前景 b&dv("e
4 5$+ssR_?k 思考练习题8 xc\zRsY` ge<D}6GQ 第9章激光在信息技术中的应用 <HzL%DX "Mhn?PTq 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 (z?j{J R<(x WH 9.1.1半导体激光器 _A] )q &/WE{W 9.1.2光纤激光器 1j:aGj>{ Vxu V`P lf 9.1.3光放大器 PB?2{Cj Gh@~~\ 9.2激光全息三维显示 ]V_A4Df -; J6S 9.2.1全息术的历史回顾 Poa&htxe1 `E?0jQ 9.2.2激光全息术的基本原理和分类 M .r7^9 P a^pbBDi
W 9.2.3白光再现的全息三维显示 w6WPfy(/2 =:]v~Ehq 9.2.4计算全息图 akU2T oP XM,slQ 9.2.5数字全息术 cD}]4 ,&qC
R
sw 9.2.6全息三维显示的优点 i7e6 l C 3 yy5 l!fv 9.2.7全息三维显示的应用 ;i'[c` I.GoY[u_% 9.2.8全息三维显示技术的展望 75lh07 %dv?n#Uf 9.3激光存储技术 (xRcG+3]; ^|]Dg &N. 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 ?s3S$Ih W)/^*,
Q7 9.3.2激光光盘存储 tiHR&v d]" 4aS 9.3.3激光体全息光存储 qc 5[ e G3%Ju= 9.3.4激光存储技术的新进展 lM{ f ld l-l7jq]R 9.4激光扫描和激光打印机 8.Y|I5l7G |E.BGdS 9.4.1激光扫描 )<:TpMdUk Y`Io}h G$ 9.4.2激光打印机 >( [,yMIY qS FtQ4 9.5量子光通信中的激光源 )AQ^PBwp |=m.eU 9.5.1量子光通信 -4&
i t: =4a:)g' 9.5.2量子态发生器及应用 S!.&# sc Cul=,;pkB 思考练习题9 C?T \5}h Cl]?qH*: 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 $?G@ijk , 4n@lrcq( 10.1激光核聚变 ,7]hjf_h f,KB B BbG 10.1.1受控核聚变 '=n?^EPE3 v# d\YV{I 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 pUb1#= Y}N\|*ye- 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 D 5D *$IC 0f.j W O 10.2激光冷却 _!@:@e)yB{ YAOfuas]j 10.3激光操纵微粒 a3tcLd|7J d*0 RBgn 10.3.1光捕获 )ffaO S!\ _9
]:0bDUo 10.3.2微粒操纵 |JxVfX8^ ehr-o7]( 10.4超越经典衍射极限的分辨率 1 _?8 OU iM)K:L7d 10.4.1解析延拓 5mD8$% \8 A51
a/p# 10.4.2综合孔径傅里叶全息术 v$|~
g'6 ?K>)bA &l' 10.4.3傅里叶叠层算法 <46&R[17M (WyNO QO' 10.4.4相干谱复用 vSH,fS -n m9DFnk<D 10.4.5非相干结构光 照明成像
X8$Mzeq t]$n ~! 10.4.6超分辨荧光显微镜 ahg:mlaob IR6 W'vA 10.5激光光谱学 d_@
E4i CO='[ 1"_5 10.5.1拉曼光谱 $^ee~v;m4 j Q5 F} 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 u
]e-IYH Y sVmU 10.5.3频率高分辨的双光子光谱 H9/!oI1P? ^ ` y7JXI: 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 b &:v6#i wUv?;Y$C 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 .h-mFc jy aDF@A S 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 'f\9' v #'_#t/u 10.6.1电磁波的正常多普勒效应 @N4_){s* hCcI]#S& 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 gjDNl/r/
u7L?9 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 @7twe;07r mr\,"S-` 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 P%aqY~yF3 .9nqJ7] 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 :y-;V pl`4&y%Me 思考练习题10 K81X32Lm' \,Y
.5 ? 附录A随机变量 7g\v (P $ZM'dIk? A.1概率的定义和随机变量 EN!C5/M{& W"c\/]aD A.2分布函数和密度函数 W{F)YyR{. 5whW>T A.3推广到两个或多个联合随机变量 XV]N}~h o` T+Z[&| A.4统计平均 >3!~U.AA'x $6rm;UH 附录B随机过程 Q,KNZxT,q 2{79,Js0 B.1随机过程的定义和描述 yYP_TuNa a
!VWWUTm? B.2平稳性和遍历性 zPa ubqB 4 / _jrZO 参考文献 ]-\68b N jY=y<R_oK  4 Ej->T. 6$urrSQ`N0 （实体书推荐，有需求者，可以购买！）
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