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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。 7]p>XAb h 7bPA W=(  y\^@p=e >F/XZ C 第1章辐射理论概要与激光产生的条件 xU@1!%l@ xLA~1ZSVJw 1.1光的波粒二象性 ?TIV2m^? L<bYRG z 1.1.1光波 j'3j}G%\T JT4wb]kdV 1.1.2光子 HwB {8S?sm t:\l&R& 1.2原子的能级和辐射跃迁 r)gCTV(kb uc 'p]WhQ 1.2.1原子能级和简并度 ID)^vwn `-4' /~G 1.2.2原子状态的标记 (jMtN?&0H- DH:J 1.2.3玻尔兹曼分布 dw~[9oh ypH8QfxLTr 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 h aCKv |) 9thIQ F 1.3光的受激辐射 #S%4? G@9u:\[l 1.3.1黑体热辐射 $50\" mo~z q7|:^#{av 1.3.2光和物质的作用 Vr 8:nP: Q8;#_HE 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 Hk@r5<{ ,I ZqLA 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 0x\2 #i 0mTEim 1.4光谱线增宽 )Nbc/nB$ )u0O_R 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 .l \r9I( [9OSpq 1.4.2自然增宽 h}h^L+4 BBxc*alG0 1.4.3碰撞增宽 #: #Dz.$L
r@k"4ce- 1.4.4多普勒增宽 cJ.
7Mt \ZMP_UU ( 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 -j&Vtr qbb6,DL7J
1.4.6综合增宽 |H
W(
vA sm 1.5激光形成的条件 fz3lR2~G KnJx{8@z 1.5.1介质中光的受激辐射放大 3htq[Ren fJy)STQ4 1.5.2光学谐振腔和阈值条件 wX0l?xdI pA.._8(t 思考练习题1 +< yhcSSTB p>q&&;fe 第2章激光器的工作原理 v5T`K=qC C',6%6P 2.1光学谐振腔结构与稳定性 3rNc1\a; qBYg[K> 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 mw4JQ\ 4z_n4= 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 IE;\7 r+h #dxvz^2V.3 2.1.3稳定图的应用 q jz3<`7- q>-R3HB 2.2速率方程组与粒子数反转 ZVL
gK}s {E51Kv&_ 2.2.1三能级系统和四能级系统 w{`Acu a8Uk[^5 2.2.2速率方程组 z]=8eV\ .x-J44i@/ 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 _R^y\1 Qu ^"x<)@X 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 qSTW b% zTY;8r+ 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 Ie@Jb{ x VI_+v[Hk/ 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 ? %(spV XA{F:% 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 Od{jt7 <j# NYB "jKMk 2.3.1均匀增宽介质的增益系数 ,h&a9:+i xS8 ,W 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 3 v1 7" ){ P^P!s$ 2.4非均匀增宽介质的增益饱和 RlRs}y F ~.oj.[ } 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 c)~h< =) 9S>g6}[E#0 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 >zng J$ " ^Rv# 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 g_aCHEFBv hw=GR_, 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 1nI^-aQ3 |m;L?)F< 2.5激光器的损耗与阈值条件 }y6q\#G y=Q!-~5|fF 2.5.1激光器的损耗 x2W#ROfg F!yV8XQ 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 "=A>}q@;H K_ke2{4Jm 2.5.3阈值条件 |V|+lx'sc N3%*7{X
9 2.5.4对介质能级选取的讨论 3FNT|QF %8r/ oS 思考练习题2 & mt)d 2K{6iw"h 第3章激光器的输出特性 lH2wG2 .=c<>/
0 3.1光学谐振腔的衍射理论 h`Tz5% n
u0
y 1 3.1.1数学预备知识 2SG$LIV 9Y sKL:p3r 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 A.En+-[\ S 6D^3n 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 `u
XQ z7 :a0zT#u 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 z|N3G E(.@ m3.sVI0I 3.2对称共焦腔内外的光场分布 -VT+O+9_A gfg n68k 3.2.1共焦腔镜面上的场分布 {whvTN1#dh Or 0O/\D) 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 '@=PGpRF QHlU|dR)Ry 3.3高斯光束的传播特性 s' \$t V diJ>d[ 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 GTl
xq%?b dl~|Izm 3.3.2高斯光束的相位分布 -e]7n*}H$ ",Cr,;] 3.3.3高斯光束的远场发散角 n<7q`tM# bt/ =Kq# 3.3.4高斯光束的高亮度 r ?m6$ @n+=vC.xO 3.4稳定球面腔的光束传播特性 _NZ@4+aW 3n;K!L%zMT 3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 pv,45z0 Jkt 4@h2Q} 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 s60
TxB Y.6SOu5$] 3.5其他几种常用的激光光束 ~bK9R 0|< {XCf-{a]~ 3.5.1厄米-高斯光束 >3.X? g(E"4M@t! 3.5.2拉盖尔-高斯光束 gm"#:< ) f 2YLk 3.5.3贝塞尔光束 R.9V,R5 YN/ }9. 3.6激光器的输出功率 5*-3?
<)e 8V/L:h#7 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 >SbK.Q@ei 2f~($}+* 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 9pKGr@ & # ]Y>KX2HG 3.7激光器的线宽极限 \wvg,j= !ZXU PH 3.8激光光束质量的品质因子M2 ~FU@wV^ ""iaGH+Cxw 3.9模式激光的某些一阶统计性质 Fr2N[\ >s 0%`4px4J 3.9.1单模激光的一阶统计性质 Di.3113t f .
}c7 3.9.2多模激光的一阶统计性质 C~%
1w%nn nw: -J1kWR 思考练习题3 iA
}vKQ
t+uE 第4章激光的基本技术 -V.d?A4" {-/^QX]6 4.1激光器输出的选模 Dh 4
6o|P 2/
rt@{V( 4.1.1激光单纵模的选取 Z ~ t<iEj"5 4.1.2激光单横模的选取 tz Nl J~E fh8j2S9J 4.2激光器的稳频 bpAv1udX-W gY-5_Ab 4.2.1影响频率稳定的因素 #]WqM1u y[};J
vk 4.2.2稳频方法概述 "_UdB G 0pb '\lA 4.2.3兰姆凹陷法稳频 qy1F* kY +0wT!DZW\= 4.2.4饱和吸收法稳频 &
WOi ik am1[9g8L 4.3激光束的变换 Y*oDO$6 DE $q+j0P 4.3.1高斯光束通过薄 透镜时的变换 n{0Ld - zH CK+d! Eg 4.3.2高斯光束的聚焦 B;6]NCx D $lA
V 6I. 4.3.3高斯光束的准直 p/Sbt/R Cs3^9m6;d 4.3.4激光的扩束 ]va>ex$d /wShUR{ 4.4激光调制技术 .R* !aK h Ov={: 4.4.1激光调制的基本概念 qVqRf.-\ V gb *% I 4.4.2电光强度调制 (:V>Hjt $q?$]k|M` 4.4.3电光相位调制 e1myH6$W g:l.MJT 4.5激光偏转技术 p^kUs0$GS fc=Patg 4.5.1机械偏转 f"u *D,/sS `^JJ&)4iv 4.5.2电光偏转 Qp,DL@mp>8 Gl %3XdU 4.5.3声光偏转
'7Nr8D4L 5wao1sd # 4.6激光调Q技术 B5V_e!*5F* 7M_U2cd|TD 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q r~-.nb"P v44}%$ 4.6.2调Q原理 V"o7jsFH6n D-Vai#Cd 4.6.3电光调Q ]r! > { 3ya1'qUC 4.6.4声光调Q ,d+fDmm3 >7`<!YJkK 4.6.5染料调Q keW~ NM L TV{{Z+ 4.7激光锁模技术 1(Y7mM8\ iB0WEj[? 4.7.1锁模原理 aJL^AG \I- #1M 4.7.2主动锁模 87%*+n:?* .#u_#=g? 4.7.3被动锁模 L9Z;:` `p |{* }| 思考练习题4 X{n- N5 * w~_;yQ 第5章典型激光器介绍 R3)57OyV e~ aqaY~} 5.1固体激光器 ^,F;M`[ s](aNe2j 5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 \~d" ;~Y` EV #MQM 5.1.2固体激光器的泵浦系统 KTvzOI8 8zLY6@ 5.1.3固体激光器的输出特性 ""Zp:8o &1l=X]% 5.1.4新型固体激光器 9YsR~SM )15Z#` x 5.2气体激光器 f)c~cJz<q $@d9<83= 5.2.1氦氖(HeNe)激光器
; Sd\VR /( .6bv 5.2.2二氧化碳激光器 >{eCh $L }pk#!N 5.2.3Ar＋离子激光器 bWl5(S` Z >e2<!#er| 5.3染料激光器 +$xeoxU>; 6Ao%>;e* 5.3.1染料激光器的激发机理 ,*4p?|A
{7!UQrm< 5.3.2染料激光器的泵浦 Am8x74? Eh-n 5.3.3染料激光器的调谐 c`lJu_ =ji1S}e~p 5.4半导体激光器 5Zmw} M N=:5eAza 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 e * ( b "dR |[a<#g 5.4.2PN结和粒子数反转 *Ype>x{ fgNU03jp^x 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 d!KsNkk ug{ R 3SS 5.4.4同质结和异质结 半导体激光器 y%sroI('y `X,yM-( 5.5其他激光器 D+ ~_TA 7iHK_\t n 5.5.1准分子激光器 Q^p |Ldj h YQ_45Z*? 5.5.2自由电子激光器 \ MxoZ Qn ^bVhG+ 5.5.3化学激光器
k OvDl!^ :16P.z1L 思考练习题5 #jAqra._b pLMRwgzr 第6章激光在精密测量中的应用 Lad sw tb :L\A^: 6.1激光干涉测长 }M1sksk5 fzjU<? } 6.1.1干涉测长的基本原理 7W6cM%_B 9}B`uJ 6.1.2激光干涉测长系统的组成 b 1&i# I?{ i,13b
e 6.1.3激光外差干涉测长技术 &a/__c/l [D5t{ [i 6.1.4激光干涉测长应用举例 "Jjs"7 sC[yI Up 6.2激光衍射测量 3E
f1bhi y=Mq(c:'UN 6.2.1激光衍射测量原理 bYz&P`o} CG'.:` t 6.2.2激光衍射测量的方法 $3Z-)m @!&}}"< 6.2.3激光衍射测量的应用 9 P w0m=4 j@Yi`a(sdm 6.3激光测距 E;21?`x5 4tSv{B/} 6.3.1激光脉冲测距 /ywD {* [~:-& 6.3.2激光相位测距 E~<`/s y~IuP c 6.4激光准直及多自由度测量 g%u&Zkevx RzhWD^b B 6.4.1激光准直仪 H3{GmV8 K78rg/` 6.4.2激光衍射准直仪 +n}$pM|NKU 9w9 jp e# 6.4.3激光多自由度测量 (M
=Y&M'f UD~p'^.m_ 6.5激光多普勒测速 TpA\9N#$ T32BnmB{ 6.5.1运动微粒散射光的频率 [FUjn I l"n{.aL 6.5.2差频法测速 kt4d; 4n S osj$9E 6.5.3激光多普勒测速技术的应用 !ZDzEP* EBt Lzbj 6.6环形激光测量角度和角加速度 uP\lCqK, 50dGBF 6.6.1环形激光精密测角 2iu_ pjj `Q+moX 6.6.2光纤陀螺 >:=|L%]s;\ ]d [ge6 6.7激光环境计量 ND<!4!R^ ,3I^?5 6.8激光散射板干涉仪 `V[!@b: "m{,~'x 思考练习题6 qH"G m -/ ]W+[ 第7章激光加工技术 nN$Y(2ZN XW Jw J 7.1激光热加工原理 Iqs+r? mj?16\|] 7.2激光表面改性技术 8+m H:O
s95vK7I 7.2.1激光淬火技术的原理与应用 ] 4+s$rG fAZiC+ 7.2.2激光表面熔凝技术 d2X[(3 TwyM\9l7 7.2.3激光熔覆技术 39 {{7(hh M.h`&8 7.3激光去除材料技术 @?C#r.vgp s08u @ 7.3.1激光打孔 gBu1QviU c62 =* ] , 7.3.2激光切割 tgL$"chj@x s=?aox7 7.4激光焊接 iAY!oZR(WT hP J4Oj1O 7.4.1激光热导焊 )o!XWh 0=w K:Ex 7.4.2激光深熔焊 RkF D*E$ P7 B:%HiAx 7.4.3激光复合焊 1
4 LI5T 9 *6]&:fm 7.5激光快速成型技术 pIW I UDf9FnG}L 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 iE0ab,OF n(~\l#o@ 7.5.2激光快速成型技术 G0n' K B
L w1T 4n 7.5.3激光快速成型技术的重要应用 v+6@ cC uhN%Aj\iu( 7.6其他激光加工技术 4^6.~6a 4 !`bZ`_Bw 7.6.1激光清洗技术 ()PKw,pD +@X5!S6 7.6.2激光弯曲 G; gJNK"e /R
X1UQ.s 思考练习题7 Q5S,{ ZeT CeT~p6= 第8章激光在医学中的应用 }4c o)B" 9ykM3 8.1激光与生物体的相互作用 9^P2I)aD +.[\g|G 8.1.1生物体的 光学特性 3*DXE9gA9 g|P C$p-z+ 8.1.2激光对生物体的作用 Y^$HrI(vq P+e KZo 8.1.3激光对生物体应用的优点 % u?HF4S' N p)3+!^1" 8.2激光在临床治疗中的应用 HOt>}x U7&x rif 8.2.1激光临床治疗的种类与现状 OH<?DcfeL mxrG)n6Y 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 (y Q
5` 'f?.R& sCA 8.2.3激光在眼科中的应用 >5~7u\# 9 s( ROgCO 8.2.4激光在泌尿外科中的应用 iNcZ)m/ wh 0<Uv 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 HU
B|bKy lD ;'tqaC 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 "
oy\_1| kL@Wb/K JP 8.2.7光动力学治疗 cu#e38M&eE Z\X'd_1! 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 hJ%1 tP
~zKU 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 ?4 PQQd jRkC/Lw 8.3.2激光断层摄影 q5 &Ci` jSt mS2n 8.3.3激光显微镜 ']51jabm #?} 6t~ 8.4医用激光设备 g =]& A E|Bd>G 8.4.1医用激光 光源 c $;\i vfvlB[ 8.4.2医用激光传播用 光纤 lH BI SVP:D3) 8.5激光应用于医学的未来 [_DPxM=V s B}]yw 8.5.1医用激光新技术 ' | K.k6 K6\` __mLf 8.5.2光动力学治疗的前景 2V#6q,2 _45cH{$sA 思考练习题8 g%J./F=@3 A-E+s~U8 第9章激光在信息技术中的应用 mE $dO3 N} />r D 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 gzfb zt}? J2Et-Cz 1 9.1.1半导体激光器 QrjDF> (*^DN{5 9.1.2光纤激光器 +Tak de%~ m Pt)pn!rA 9.1.3光放大器 '% 4P;HO w[fDk1H) 9.2激光全息三维显示 y]qsyR18i P;foK)AM 9.2.1全息术的历史回顾 .Oo/y0E^ @ h-T:$ 9.2.2激光全息术的基本原理和分类 =:$) Z _,; %mK 9.2.3白光再现的全息三维显示 _\AUQ{ Ygj6(2 9.2.4计算全息图 f'/ KMe%< }0eg{{g8 9.2.5数字全息术 D nyYMe!r {Bs+G/?o/ 9.2.6全息三维显示的优点 K^ D82tP )LFD6\z1pl 9.2.7全息三维显示的应用 XI}I.M $4j^1U`~)K 9.2.8全息三维显示技术的展望 ZxSsR{ d.}}s$ Q 9.3激光存储技术 mUwUs~PjA X\A]"su 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 JieU9lA^&B b~w KF0vq 9.3.2激光光盘存储 E2:D(7(;l i &F~=Q` 9.3.3激光体全息光存储 ,?=KgG1i fEiJ~&{& 9.3.4激光存储技术的新进展 pcpxe&S HWtPLlNt 9.4激光扫描和激光打印机 "P dvmur 0/A-#'> 9.4.1激光扫描 & l^n4 D0%FELG05 9.4.2激光打印机 {CP o<lz NG-`ag`s 9.5量子光通信中的激光源 5ZsDgOeY pI^=B- 7 9.5.1量子光通信 +{vQS FW @,6ST0xT ( 9.5.2量子态发生器及应用 Y@:3 B:m# sFx$>:$ 思考练习题9 lZ a?Y@ qRUCnCZs 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 59MR|Jt ( -2R{! A 10.1激光核聚变 ,)uPGe"y .HD ebi 10.1.1受控核聚变 r%[1$mTOR ^Ezc y? 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 {{zua- F G- 8n 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 n2;(1qr W9jNUZVXE# 10.2激光冷却 P%jkKE?B4 /C7s vH
10.3激光操纵微粒 vK'9{q|g |0DP}
`~ 10.3.1光捕获 !G>(j -& 7=uRQk 10.3.2微粒操纵
u;(K34!) aKOf;^ @ 10.4超越经典衍射极限的分辨率 y3AL) <[FS%2,0mb 10.4.1解析延拓 u= l0f6W kI]=&Rw 10.4.2综合孔径傅里叶全息术 YiBOi?h9 * S{\#s 10.4.3傅里叶叠层算法 8tC + lc / (.'*biQ 10.4.4相干谱复用 !r2}59 J kFnUJM$r 10.4.5非相干结构光 照明成像 q"l>`KCG` M3PVixl i3 10.4.6超分辨荧光显微镜 |'@V<^ GR LNbx3W
oC 10.5激光光谱学 `^`9{@~ s|KfC># 10.5.1拉曼光谱 h
bdEw=r? ?^ eJ: 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 n<+~ zQ zo87^y5?G 10.5.3频率高分辨的双光子光谱 q>c+bo
6 p0?o<AA%O 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 krwf8!bI {MA@ A5 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 i"KL;t[1 pO5v*oONz+ 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 e$x4Ux7*" O} (E(v 10.6.1电磁波的正常多普勒效应 H2s*s[T
- ?F!W # 10.6.2在负折射率材料中传播的电磁波的反常多普勒效应 1.uU MW
c-v*4b/d 10.6.3折射光子晶体棱镜的设计以及负折射性质的实验验证 EOofa6f&l 9k*^\@\\x 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 :R{x]sv es{cn=\ s 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 55(J&q ]kzv8# 思考练习题10 54;l*}8Hl <[esA9.]t 附录A随机变量 .$n$ %|"H- sf<Q#ieTxY A.1概率的定义和随机变量 M P_ A<F |qQ{ 8T%) A.2分布函数和密度函数 ? hP<@L6K zK[
7:< A.3推广到两个或多个联合随机变量 QZ6[*_Z6 |C&%S"*+D A.4统计平均 Ks9FnDm8 'nC3:U 附录B随机过程
#_?426Wfs ^cfkP(Y3kx B.1随机过程的定义和描述 EY,;e\7O, 3(cU) B.2平稳性和遍历性 b EoB;] {d&X/ tT 参考文献 uEc0/ a :. /8 e2dw:
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