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。
huS*1xl :)D7_[i p7@R+F\.}; Y*PfU +y~ 第1章辐射理论概要与激光产生的条件
x(vQ %JC :>2wVN&\c 1.1光的波粒二象性
*<! q@r<d BkGEx z 1.1.1光波
pm ,xGo2 #MlpOk*G 1.1.2光子
P3 : t
4^ y:}qoT_. 1.2原子的能级和辐射跃迁
XW nP(C 9? (Jw_2pHxr" 1.2.1原子能级和简并度
p/?o ^_s DegbjqZ# 1.2.2原子状态的标记
j&oRj6;Ha+ No} U[u.O 1.2.3玻尔兹曼分布
` H6~<9 r Mh4MaLw
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁
%Qlc?Wl: 3g;, 1.3光的受激辐射
#YYJ4^":k HyU: BW;
1.3.1黑体热辐射
P+}~6}wJE Q`<{cFsU 1.3.2光和物质的作用
UGI< V! robg 1 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系
. Mb[j1L^ :86:U 0^ 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率
rBNVI;JZW <3x%-m+p4 1.4光谱线增宽
,;6 V=ok tLTavE[@ 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度
@%R4V[Lo. TXmS$q
1.4.2自然增宽
q\?s<l63 z{
:; Rb 1.4.3碰撞增宽
:xPo*#[Z(A [3G{NC|' 1.4.4多普勒增宽
() _ RLA &Mk!qE<:N 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型
],pB:= {fzX2qMZ] 1.4.6综合增宽
+ U5Q/ g 1N8] ~ j 1.5激光形成的条件
*x|%Nua" N 3|:MMl 1.5.1介质中光的受激辐射放大
-[L\:'Gp5 iY,C0=n5Y 1.5.2光学谐振腔和阈值条件
UhDQl%&He ^?`fN' !p 思考练习题1
2{rWAPHgz (XO=W+<' 第2章激光器的工作原理
+?{"Q#.>; Y,)(Q 2.1光学谐振腔结构与稳定性
x|rc[e%k 2`$*HPj+ G 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件
0+FPAqX )4
4Y`v 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类
Xxg |01 XIl <rN@- 2.1.3稳定图的应用
$vegU]-R >z W2w2 O3 2.2速率方程组与粒子数反转
4>jHS\jc 2X@9o4_4q 2.2.1三能级系统和四能级系统
?'MkaG0g nHdQe 2.2.2速率方程组
h+Co:pr 2 ?t@<M ] 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布
oe|#!SM( Z!"-LQ J 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布
j 2a g
b OX7=g$S 1 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布
I@cw=_EQL el9P@r0 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应
I`V<Sh^Qd 9p W~Gz 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和
=
j1Jl^[ og}R i!^ 2.3.1均匀增宽介质的增益系数
g XdMGO> $gUlM+sK 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和
S0^ a)#D & t eY@) F 2.4非均匀增宽介质的增益饱和
,UY1.tR( i/9iM\2 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值
c;VqEpsbl -#|;qFD] 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数
lmeTW0U@9( }(nT(9| 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布
..)J6L5 l >@2<^&K` 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和
WO qDW~ A(Fn U: 2.5激光器的损耗与阈值条件
T8o](:B~ .4+R ac 2.5.1激光器的损耗
U]cXE1c>F DSU8 jnrL 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程
=tOB f RM cRT' ?w`} 2.5.3阈值条件
+fKOX#% vjS`;^9 2.5.4对介质能级选取的讨论
Jl{ 0q7b <fUo@]Lv
思考练习题2
\Bo%2O%4 8o~
NJ 6 第3章激光器的输出特性
[YOH'i&X O4R\] B#Xu 3.1光学谐振腔的衍射理论
lfgJQzi
G FzInIif 3.1.1数学预备知识
NrqJf-ldo U ^dfNi@q 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式
s)1-xA{'. AF'< 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程
{MgRi 7 )2[)11J9t 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模
T8^9*]:@c! [dJ!JT/X{ 3.2对称共焦腔内外的光场分布
(4YLUN&1O$ b$_8 1i 3.2.1共焦腔镜面上的场分布
WNyW1?" \,#$,dUXD 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布
c{ M
,K j, 0`k 3.3高斯光束的传播特性
` c &K / ?# 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布
=QqH`.3 ) WqolB 3.3.2高斯光束的相位分布
q 'mh* 6
5g ov or 3.3.3高斯光束的远场发散角
: K|
H/kht OC= &!< 3.3.4高斯光束的高亮度
RAW;ze*" oIhKMQ;jh 3.4稳定球面腔的光束传播特性
ofy"SM cN,*QN 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔
$bTtD< a {7M++ J= 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性
Q %o@s3~O _Y; TS1u 3.5其他几种常用的激光光束
(nqry[g& !T0I; j& 3.5.1厄米-高斯光束
%Ig$: I(o =D 1 3.5.2拉盖尔-高斯光束
T[\1=h] 2) X#&IE 3.5.3贝塞尔光束
Gx C+lqH# L `1 ITz 3.6激光器的输出功率
2zC4nF)>O iWCYK7c@.- 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率
26j<>>2 & n<YmW?" 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率
FV^jCseZ VF?H0}YSHb 3.7激光器的线宽极限
b| L;*<KU uxfh?gsL 3.8激光光束质量的品质因子M2
D+7xMT8pqH 0*{(R# 3.9模式激光的某些一阶统计性质
9X*N k~}Y F[ E 'R.: 3.9.1单模激光的一阶统计性质
2 -4N)q Vl_6nY; 3.9.2多模激光的一阶统计性质
: >&q?xvA tq
L(H25z 思考练习题3
GHv6UIe& * 6}M.`.- 第4章激光的基本技术
t'44X 5Kzt8Tv[ 4.1激光器输出的选模
5H3o?x 65LtCQ } 4.1.1激光单纵模的选取
*)K
5<}V Hx#YN*\.M 4.1.2激光单横模的选取
]Uv,}W i~ u4v3 r= 4.2激光器的稳频
w.m8SvS&b 0z=KnQx"4 4.2.1影响频率稳定的因素
aT0~C.vT K6v~!iiK$ 4.2.2稳频方法概述
^>|ZN2 H{}&|;0 4.2.3兰姆凹陷法稳频
d.&_j`\F yy3rh(ea 4.2.4饱和吸收法稳频
Cv#aBH'N //@6w;P 4.3激光束的变换
Ct=bZW"j/ vj?{={Y 4.3.1高斯光束通过薄
透镜时的变换
fJ}e u&~Xgq5[ 4.3.2高斯光束的聚焦
cK$yr)7 Z %pc" 4.3.3高斯光束的准直
v47' dC xw*e`9vAe 4.3.4激光的扩束
@<W` w 8\{!*?9! 4.4激光调制技术
t'_EcYNS P-X|qVNK1Z 4.4.1激光调制的基本概念
bm# 5bhX\|
!oz{XWE 4.4.2电光强度调制
J4qk^1m. S* l/
Sa@ 4.4.3电光相位调制
Cmx<>7fN ,:Px(= d4 4.5激光偏转技术
jIKg* @ t w4,gW 4.5.1机械偏转
75\ZD-{T: C PZ{ 4.5.2电光偏转
5*z>ez2YQ7 <E C"E #p 4.5.3声光偏转
;f%@s1u Hzz{wY 4.6激光调Q技术
YdD; Qx #O ?0~g1"Y-*K 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q
bidFBldKl ?8
}pZ_ j 4.6.2调Q原理
XL*M#Jx P(PBOB97 4.6.3电光调Q
OP!R>| Ug*B[q/ 4.6.4声光调Q
xOkdu k] O/eZ1YAC 4.6.5染料调Q
W'6DwV| xa`xHh{0 4.7激光锁模技术
yu_PZ"l HQ+{9Z8
?5 4.7.1锁模原理
7~2_'YX>: % Z6Q/+#fn 4.7.2主动锁模
yl$Ko bg~CV&]M 4.7.3被动锁模
X1w11Z7o Q7x[08TI 思考练习题4
F
w{:shC |k~AGc 第5章典型激光器介绍
#JYl%= #, : }_hz ) 5.1固体激光器
|6So$;` |ts0j/A]Pi 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质
10Eun } 1 tbA-+ 5.1.2固体激光器的泵浦系统
+x uv+mo bofI0f}5. 5.1.3固体激光器的输出特性
\zU<o~gs !W XV1S 5.1.4新型固体激光器
,? LE5] jA "}\^%3 5.2气体激光器
]D nAW'm tHzgZo Bz 5.2.1氦氖(HeNe)激光器
emQc %wd{ Fe psa;\sU 5.2.2二氧化碳激光器
~;?mD/0k 9{(q[C5m 5.2.3Ar＋离子激光器
# j7&2L oY ~q^Y 5.3染料激光器
TQb/lY9* iq3)}hGo 5.3.1染料激光器的激发机理
5H Cw%n9 DD/ B\ 5.3.2染料激光器的泵浦
$mK;{9Z
Uic 5.3.3染料激光器的调谐
7a>+ ma\ hXFT (J = 5.4半导体激光器
S\ak(<X I3
6@x`f 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件
ZeG4z({af G#Bm">+ 5.4.2PN结和粒子数反转
@V>]95RX ty 5# a 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件
}bi hlyB&Q 4wv0~T$;x 5.4.4同质结和异质结
半导体激光器
J#:`'eEG nt"\FZ*;3 5.5其他激光器
)z&C&Gq z
h% >ZN-K) 5.5.1准分子激光器
/w?zO ,! K 91O$'J 5.5.2自由电子激光器
F&`%L#s| j#3IF *" 5.5.3化学激光器
- 5 v{p Wlg 1t~1= 思考练习题5
}#tbK 2[ xj D$i'V+ 第6章激光在精密测量中的应用
'=G6$O2 j0"4X 6.1激光干涉测长
^PC;fn,I x
[v b i 6.1.1干涉测长的基本原理
kXdXyq o5Rv xGN 6.1.2激光干涉测长系统的组成
43g1/,klm k]AL\)
&W 6.1.3激光外差干涉测长技术
e{5O>R O ^d#
AU7V| 6.1.4激光干涉测长应用举例
3rMi:*? .5>]DZn6 6.2激光衍射测量
>KQ / c c0l?+:0M 6.2.1激光衍射测量原理
]2ab~
gr cxQ %tL+S& 6.2.2激光衍射测量的方法
'w1ll9O ``]NB=N}{1 6.2.3激光衍射测量的应用
'I}wN5` 6J- /% 6.3激光测距
\PZ;y=]p} #lik: ? 6.3.1激光脉冲测距
p< pGqW \' zloBU 6.3.2激光相位测距
Wm}T=L` J@i9)D_ 6.4激光准直及多自由度测量
*yHz#u' 3A 0Qjj= 6.4.1激光准直仪
'xG{q+jj' =/xx:D/ 6.4.2激光衍射准直仪
O9<oq 4 Q1R:R a 6.4.3激光多自由度测量
X%og }Cfi 7wY0JS$fz 6.5激光多普勒测速
YADXXQ" XR<g~&h 6.5.1运动微粒散射光的频率
a6A~,68/V :}q) ]W 6.5.2差频法测速
[ns ==gDD hAds15 %C 6.5.3激光多普勒测速技术的应用
M17+F?27M (+xT5 2 6.6环形激光测量角度和角加速度
RZVZ#q(DU '"c`[L7Wn 6.6.1环形激光精密测角
Z:<wB#G -g lGOTk 6.6.2光纤陀螺
S|KUh|=Q T #:b 6.7激光环境计量
` PeC,bp a-nn[ j 6.8激光散射板干涉仪
BW3Q03SW6 .h/2-pQ> 思考练习题6
ePR9r } 6Hy_7\$(- 第7章激光加工技术
<Voc t y,OG9iD:h 7.1激光热加工原理
S{)K_x egr"og{ 7.2激光表面改性技术
P;K3T![ l+wfP76w 7.2.1激光淬火技术的原理与应用
V_e b>#=7; 7.2.2激光表面熔凝技术
nW K7 * TI2K_' 7.2.3激光熔覆技术
}}rp/16 [wJ\.9<Oa 7.3激光去除材料技术
X(.[rC> amX1idHo^ 7.3.1激光打孔
6]?W&r|0I P1^|r} 7.3.2激光切割
wZJbI[r M
' %zA;Wl 7.4激光焊接
'mm>E 1U ^KN~! 7.4.1激光热导焊
A>mk0P)~Q cF EO } 7.4.2激光深熔焊
Jf#-OlEQ 8<ev5af 7.4.3激光复合焊
<c<! |<x sO(4F8cpU 7.5激光快速成型技术
R >&8%%# se]&)%p[ 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点
[~G1Rz\h .LnknjC 7.5.2激光快速成型技术
^
uwth jY=M{?h'' 7.5.3激光快速成型技术的重要应用
%. 'oY% M^hz<<:$ 7.6其他激光加工技术
]n"U]) pJd .wlKl[lE2 7.6.1激光清洗技术
S,avvY.U\ zuFPG{^\# 7.6.2激光弯曲
PY3bn).uR nZ#u#V 思考练习题7
V,8Z!.MG @6aJh< c 第8章激光在医学中的应用
Y7I\<JG< 4%_xT o 8.1激光与生物体的相互作用
^-|~c`&}B 59"tHb6 E 8.1.1生物体的
光学特性
;KEie@Ry =w"Kkj>%oh 8.1.2激光对生物体的作用
OA} r*Wz SXvflr] =m 8.1.3激光对生物体应用的优点
wf\7sz D:z_FNN 8.2激光在临床治疗中的应用
]|=`-)AP3 lk R^2P 8.2.1激光临床治疗的种类与现状
TiG?r$6v% M`@AS L:u 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用
0@y`iZ]
1S ~_F;>N~ 8.2.3激光在眼科中的应用
NpKyrXDJv 8|L@-F 8.2.4激光在泌尿外科中的应用
R?2HnJh TXf60{:f 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用
x'OP0] ,# .c @Y ?..+ 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术
{{>,c}O / }QQ 7jE 8.2.7光动力学治疗
x(4"!# 3c(mZ 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用
=K|#5p` > LN*3&W 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断
0w< i lJ CF\wR;6k 8.3.2激光断层摄影
![fNlG!r o`7 Z<HF 8.3.3激光显微镜
oR,zr @3=q9f tm 8.4医用激光设备
Dsc0 ;7~6 rwio>4= 8.4.1医用激光
光源 1w7XM0SHcn ("}C& 6)cB 8.4.2医用激光传播用
光纤 B*Om\I ".N{v1 8.5激光应用于医学的未来
YK$[)x\S q bCU&G|) 8.5.1医用激光新技术
#a2Z.a<V >}2
,2 8.5.2光动力学治疗的前景
mO(Y>|mm j8PeO&n> 思考练习题8
9}Z;(,6/.\ f E&s 6w& 第9章激光在信息技术中的应用
,oSn<$%/q C+jXH)|iq 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器
HY?#r]Ryt KsK]y,^Z 9.1.1半导体激光器
nHQ *#&$ i_l{#*t 9.1.2光纤激光器
:F#^Q%-IS I&gd"F _v} 9.1.3光放大器
7/k7V) #Ufb 9.2激光全息三维显示
NXDkGO/* "!7Hu7 9.2.1全息术的历史回顾
U>bIQk"4 }$qrNbLJ 9.2.2激光全息术的基本原理和分类
JKO *bbj $>uUn3hSx\ 9.2.3白光再现的全息三维显示
,O:p`"3`0= \*qradgx$ 9.2.4计算全息图
}Qe(6'l_ $sg- P|Wo 9.2.5数字全息术
d# $Pf=} e6tU8`z 9.2.6全息三维显示的优点
I>vU;xV\m L:mE)Xq2 9.2.7全息三维显示的应用
:%j"l7=> H"k\(SPVS 9.2.8全息三维显示技术的展望
Ui9;rh$1eU !7Qj8YmS 9.3激光存储技术
8g-Z~~0W1 ,`!lZ|
U 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点
JC~ 4 B3! zSk`Ou8M 9.3.2激光光盘存储
* B{] e Y^zs0 9.3.3激光体全息光存储
NV?XZ[<*< f8qDmk5s 9.3.4激光存储技术的新进展
9=/4}!. ?p 4iXHE 9.4激光扫描和激光打印机
s' l|Ii llh
+r? 9.4.1激光扫描
:[f[- F %H&WihQ 9.4.2激光打印机
i O? f&u PNo:vRtsq 9.5量子光通信中的激光源
[q_62[- X qdKqc,R1{ 9.5.1量子光通信
Ie=gI+2 ahCwA} 9.5.2量子态发生器及应用
\v<S:cTf +oO7UWs>6 思考练习题9
JdUdl_D z >=:mtc ph 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用
m$(OQ,E QlR~rFs9t 10.1激光核聚变
8\:>;XG6f ?[>Y@we 10.1.1受控核聚变
matm>3n $F X$nY 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法
om y3 <6 <gH-`3 J6 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理
+opym!\ uR.pQo07y< 10.2激光冷却
YPq:z"`-y4 $3&XM 10.3激光操纵微粒
'NfsAE tSo F!@6 10.3.1光捕获
@"/H
er {%^4%Eco 10.3.2微粒操纵
5`U zx u $^czqA-& 10.4超越经典衍射极限的分辨率
QfPw50N; "-MB U 10.4.1解析延拓
BI*0JKQu Ly n{Uag 10.4.2综合孔径傅里叶全息术
N =T } T<Q a`|5 > 10.4.3傅里叶叠层算法
F6Q%<p a %Ny1H/@Q1+ 10.4.4相干谱复用
T3SF G]H GVn'p
Wg 10.4.5非相干结构光
照明成像
D0kz;X 8 *{jxN'M 10.4.6超分辨荧光显微镜
wmXI8'~F& QkHG `yW 10.5激光光谱学
i1KjQ1\a + gae=+@z 10.5.1拉曼光谱
h4hp5 M @]2aPs} }6 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱
;/ ?w-)n? F|.tn`j]U 10.5.3频率高分辨的双光子光谱
2|B@s3 a !Y n#3c 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱
h?B1Emlq .v'`TD).6 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术
0CXXCa7! <Uf`'X\e6 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究
R~[~(`/S ;YMg 4Cs 10.6.1电磁波的正常多普勒效应
wS&D-!8v :(yu t 10.6.2在负折射率材料中传播的电磁波的反常多普勒效应
[cznhIvyO \b!E"I_^ 10.6.3折射光子晶体棱镜的设计以及负折射性质的实验验证
`D=`xSEYl cwtlOg 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析
VSV]6$~H yuJ>xsM 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果
7w8 UnPuM _G.!^+)kEm 思考练习题10
NW3qs`$-( Y TY(Et1i 附录A随机变量
\*b
.f P7bb2"_9 A.1概率的定义和随机变量
>g~IP> zOFHdd ,"g A.2分布函数和密度函数
_j0xL{&& B3?rR-2mEE A.3推广到两个或多个联合随机变量
k4u/v n`&r ? K2}<H- A.4统计平均
% a.T@ E j)YX=r;xM 附录B随机过程
#9.%>1{6Y Dr=$ }Y B.1随机过程的定义和描述
wpi$-i` _FcTY5."S B.2平稳性和遍历性
x^p t^KR; e<a*@
P, 参考文献
@H~oOf :i0;jWc b 
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