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。
LeOP;#
3SttHu0X h^UKT`9vt IxZb$h[ 第1章辐射理论概要与激光产生的条件
C1kYl0zR[ GL$De,V 1.1光的波粒二象性
WJH\~<{mP QS[L~97m2M 1.1.1光波
w >; L{ CusF/> 1.1.2光子
58Xzup_" tBbOY}.VD 1.2原子的能级和辐射跃迁
]:M0Kj&h E
H:T 1.2.1原子能级和简并度
Zdc63fllM k <iTjI*N 1.2.2原子状态的标记
uo%P+om_} T;TA7{B 1.2.3玻尔兹曼分布
Z<[<n0o1 u$#Wv2| mk 1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁
@mP]*$00 x!LQxoNF 1.3光的受激辐射
a8k; (/ `{k"8#4:qA 1.3.1黑体热辐射
GPz(j'jU 'rp }G&m 1.3.2光和物质的作用
}o4N<%/+ ygJr=_iA9 1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系
@hQlrq5c ~c^>54 1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率
2WX7nK;I }D411228 1.4光谱线增宽
gxz-R?. M5nWVK7c 1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度
I-y#Ks1p+ f"7O "6 1.4.2自然增宽
>(uZtYM\j L37 Y+C// 1.4.3碰撞增宽
A1'hlAGF |8>3`w! 1.4.4多普勒增宽
1tTgP+ 4#x5MM 1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型
;c~cet4 uH/w\v_I 1.4.6综合增宽
:I -V_4b 3bk|<7tl 1.5激光形成的条件
ku$$ 1xq ,@1p$n 1.5.1介质中光的受激辐射放大
(" LQll9 1)
ta 1.5.2光学谐振腔和阈值条件
-F'b8:m "k]CW\H6z 思考练习题1
?]D"k4 yjfat&$ 第2章激光器的工作原理
~ P~ 'RRmIx2X 2.1光学谐振腔结构与稳定性
5N%93{L :RoBl3X= 2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件
"Rn3lj0 >e\9Bf_ 2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类
xX*H7# H*#s
}9=kZ 2.1.3稳定图的应用
zSo)k~&[3 'cY` w 2.2速率方程组与粒子数反转
n6s}ww) r.4LU 2.2.1三能级系统和四能级系统
XsnF~)YW ,%\o4Rc'o 2.2.2速率方程组
Neg,qOt x| yEtO& 2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布
FQ
g~l4WX `PY>Hgb 2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布
>3z5ww yAoe51h? 2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布
I\YV des# +$oF]OO 2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应
k0T?-iM =[F<7pvE 2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和
V<Z[ nq rn<PR* 2.3.1均匀增宽介质的增益系数
=Zi2jL?On gx%|Pgd 2.3.2均匀增宽介质的增益饱和
fk_o@
G!0 {&"N%;`Q 2.4非均匀增宽介质的增益饱和
v{}#?=I5 In`mtn q 2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值
(V4
~`i4V -jMJAYj V 2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数
c%=IL M4 =JJL[}a| 2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布
6`f2-f9%iq lsJnI| 2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和
Z)jw|T'X lT(oL|{#P 2.5激光器的损耗与阈值条件
lbpq_= } \ZaE~ 2.5.1激光器的损耗
F&&$Qn_+ \hB5@e4i2 2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程
9uGrk^<t jYe'V#5S# 2.5.3阈值条件
'nF2aD%A ~R(%D-k 2.5.4对介质能级选取的讨论
e o pD5 9(@\&>) 思考练习题2
=Q.^c.sw s0PrbL%_` 第3章激光器的输出特性
:s4p/*f v8y1b% 3.1光学谐振腔的衍射理论
]C) 4 {7)st
W 3.1.1数学预备知识
at)~]dG }mAa}{_ 3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式
|`cKD > ,lyb!k8 3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程
o_'p3nD C+TI]{t 3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模
VY3& XHK70: i 3.2对称共焦腔内外的光场分布
cJrmm2.0kD vvm0t"|\ 3.2.1共焦腔镜面上的场分布
yxH ( c 5F~'gLH/F- 3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布
7x@A%2J o#skR4lwe 3.3高斯光束的传播特性
:53)Nv 62Z#YQ}x 3.3.1高斯光束的振幅和强度分布
_A=$oVe R=|{n'n$0| 3.3.2高斯光束的相位分布
Xwhui4'w RRI"d~~F6 3.3.3高斯光束的远场发散角
C_7+a@?B hC\6-
0u 3.3.4高斯光束的高亮度
;dJ1 1~PV[2a 3.4稳定球面腔的光束传播特性
THS.GvT9[ LbkF
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔
^pYxKU_O ~x|F)~:0= 3.4.2稳定球面腔的光束传播特性
,]d,-)KX8 Wr( y)D<y} 3.5其他几种常用的激光光束
8@tPm$ bdc&1I$ 3.5.1厄米-高斯光束
C<P%CG&; q,+yqrt 3.5.2拉盖尔-高斯光束
\Rp-;.I@6 K2<9mDn& 3.5.3贝塞尔光束
aXoVy&x= 7eiV{ tYF 3.6激光器的输出功率
rsy'q(N[ 4B^ZnFJ%m 3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率
WUh$^5W {$wjO7Glp 3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率
o:_Xv.HRZo @9lUSk^9 3.7激光器的线宽极限
lQe%Yh
>rl ,=#F// 3.8激光光束质量的品质因子M2
d&+h}O #n#@fAY 3.9模式激光的某些一阶统计性质
MZT23[+ CL+}|7O( 3.9.1单模激光的一阶统计性质
6e[VgN-s egq67S 3.9.2多模激光的一阶统计性质
<kx&w(= sk=-M8;\ 思考练习题3
E<Q
f!2s$ l\@)y4
+ 第4章激光的基本技术
(G[
*|6m yc?a=6q'm 4.1激光器输出的选模
l=v4Fa0^jF D"a~#^ 4.1.1激光单纵模的选取
ZR(x%ews E( Z8 4.1.2激光单横模的选取
%@6}GmK^ 1q,{0s_kp 4.2激光器的稳频
[D<1CF /\4'ddGU 4.2.1影响频率稳定的因素
z}MP)|aH: ;e1ku|>$ 4.2.2稳频方法概述
DF*:_B) Bi
@2 4.2.3兰姆凹陷法稳频
A}3=561F?5 `1bv@yzq 4.2.4饱和吸收法稳频
Yi$vg 3ZXQoC ' 4.3激光束的变换
EV*IoE$W]= SUU !7Yd| 4.3.1高斯光束通过薄
透镜时的变换
Pc
NkAo {/
BT9|LI 4.3.2高斯光束的聚焦
5
4L\Jx !& z(:d 4.3.3高斯光束的准直
RsY3V=u !'cl"\h 4.3.4激光的扩束
Z2'Bk2 L @tZ&2RY1 4.4激光调制技术
(q(~de .O0+H+ 4.4.1激光调制的基本概念
4UW_Do MMx9(`t*. 4.4.2电光强度调制
H\0~#(z?.
+7=K/[9p 4.4.3电光相位调制
NbU [l 6er-{.L= 4.5激光偏转技术
B(n{e53 9f f
(F)1 4.5.1机械偏转
e-"nB]n^/ <U!`J[n% 4.5.2电光偏转
^HqY9QT2 5a hVeY 4.5.3声光偏转
vJ-q*qM1 ,I%g|'2 4.6激光调Q技术
$D|e>U 3tZ]4ms} 4.6.1激光谐振腔的品质因数Q
Dk(1}%0U/ VrxQc qPr` 4.6.2调Q原理
>VN5`Zlw\C \v.C]{Gzc 4.6.3电光调Q
!3 f?:M iX2]VRNx l 4.6.4声光调Q
+ayos[<0# @AIaC-,~] 4.6.5染料调Q
c0;t4(
&8 enSXP~9w 4.7激光锁模技术
OeS\7 '~&9D:( 4.7.1锁模原理
LYaZ1* 7]||UuF< 4.7.2主动锁模
&iA?+kV |Y [wzDYV 4.7.3被动锁模
Od5JG .] s0k`p<q 思考练习题4
@M5#S7q"; nysUZB
第5章典型激光器介绍
N#DYJ-~* y6[If cN 5.1固体激光器
* Of4o bdF.qO9
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质
3
%|86:* t 0|!(3 5.1.2固体激光器的泵浦系统
9&` 2V O0pDd4)" 5.1.3固体激光器的输出特性
d[V;&U [5+}rwm&W 5.1.4新型固体激光器
j+["JXy Ux}(?Z 5.2气体激光器
\0vr>C
sSi6wO$ 5.2.1氦氖(HeNe)激光器
Z3&_ L&%s[ 5.2.2二氧化碳激光器
+E.GLn2/ qpE&go=k' 5.2.3Ar+离子激光器
V&\[)D'c lS'-xEv? 5.3染料激光器
HP3lz,d ,~OwLWi-|X 5.3.1染料激光器的激发机理
LkK~%tY twlk-2yT! 5.3.2染料激光器的泵浦
'zGo?a m|:_]/*qE 5.3.3染料激光器的调谐
&qr;IL7' _J?
Dq 5.4半导体激光器
vDxe/x% kMt 8/ E` 5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件
NwG= <U* R]btAu;Z 5.4.2PN结和粒子数反转
GP:77)b5 :"IE 5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件
yRfSJbzaf\ *UmI]E{g3( 5.4.4同质结和异质结
半导体激光器
[ zEUH:9D DFd%9*N 5.5其他激光器
~;&m*2
|V 5wh|=**/ 5.5.1准分子激光器
thvYL.U: i2&ed_h<? 5.5.2自由电子激光器
~tR~?b T [>1OJY.S}T 5.5.3化学激光器
*]VFvh [.S#rGYk 思考练习题5
(3#Cl
1]f fmiz,$O4? 第6章激光在精密测量中的应用
2m35R& YA
+E\ 6.1激光干涉测长
$[/&74#0HX Tp_L%F 6.1.1干涉测长的基本原理
S!3S4:]B^ D0#x
Lh 6.1.2激光干涉测长系统的组成
X~<(" v(-{=*': 6.1.3激光外差干涉测长技术
[h34d5'w /U"CO 8Da 6.1.4激光干涉测长应用举例
PV4(hj TT4./R: 6.2激光衍射测量
7qg{v9|, lobGj8uxq 6.2.1激光衍射测量原理
d\61;C NNE<L;u 6.2.2激光衍射测量的方法
5i1>I=N 3`ELKq 6.2.3激光衍射测量的应用
j
S?xk &xY^OCt 6.3激光测距
0DmMG weE/TW\e 6.3.1激光脉冲测距
wm$}Pch !2'jrJGc
6.3.2激光相位测距
$ n+w$CI) 5c^Z/
Jl$c 6.4激光准直及多自由度测量
:I:!BXQT$ hDcEGU_ 6.4.1激光准直仪
IuOgxm~Y %QKRFPYhS 6.4.2激光衍射准直仪
bX*Hi#J~A {
Q`QX`# 6.4.3激光多自由度测量
=}v}my3y"
mi)LP?q 6.5激光多普勒测速
c=L2%XPP }2uI?i8 6.5.1运动微粒散射光的频率
u9}1)9 t0nI ('LX, 6.5.2差频法测速
6C-/`>m E !a|Xp 6.5.3激光多普勒测速技术的应用
Fx
$Q;H!. @Q^P{ 6.6环形激光测量角度和角加速度
USVqB\# W0k0$\iX 6.6.1环形激光精密测角
/u0'
6V rfgI$eu
6.6.2光纤陀螺
|pmZ.r +H9 >A0JF 6.7激光环境计量
phn9:{TI eOXHQjuj 6.8激光散射板干涉仪
BVr0Gk dd\n8f 思考练习题6
VsN pHQG] VA9Gb9 第7章激光加工技术
<%Ostqj H'LD}\K l 7.1激光热加工原理
r; xLP ` bdZ/*E 7.2激光表面改性技术
Q<KvBgmT PC[c/CoD 7.2.1激光淬火技术的原理与应用
+\|Iu;w wQiX<)O 7.2.2激光表面熔凝技术
e][B7wZ `X`2:@gQ 7.2.3激光熔覆技术
e89Xb;;w ]6{*^4kX 7.3激光去除材料技术
,daKC |{@8m9JR 7.3.1激光打孔
uFLx FI<q@HF 7.3.2激光切割
TP"1\O >9f%@uSM$3 7.4激光焊接
s7l;\XBy sPps q 7.4.1激光热导焊
13+<Q \ Vg>( Y, 7.4.2激光深熔焊
y /BJIQ 5i-Rglo 7.4.3激光复合焊
GN0`rEh ~>:Z6Le@ 7.5激光快速成型技术
IR- dU<<9O T<L^N+<,{N 7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点
ylB7* >[ sk
2-5S 7.5.2激光快速成型技术
GHHav12][ +]|Z%;im 7.5.3激光快速成型技术的重要应用
$YXMI",tt< MzP7Py
8. 7.6其他激光加工技术
%uoQ9lD' 0k'e:AjP 7.6.1激光清洗技术
oh
KCdT~ cI=r+OGk* 7.6.2激光弯曲
N,f4*PQ 6}(J6T46M[ 思考练习题7
581e+iC~<H `c69?/5 第8章激光在医学中的应用
yY&3p1AxW] qBQ`~4s 8.1激光与生物体的相互作用
tBm_YP[ NO0"* c ; 8.1.1生物体的
光学特性
Z{
u a=0 tU^kQR! 8.1.2激光对生物体的作用
M#4QQ} F. U|5nNiJM 8.1.3激光对生物体应用的优点
$rhgzpZ!X_ u- o--q 8.2激光在临床治疗中的应用
I0'[!kBF| [ G
e=kFB 8.2.1激光临床治疗的种类与现状
78Aa|AJU s%!`kWVJ. 8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用
%&Fk4Z}M "&/]@)TPz 8.2.3激光在眼科中的应用
)m&U#S _; eVR5Xar 8.2.4激光在泌尿外科中的应用
+hRmO YqV8D&I 8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用
Y(+^;Y3U x%< 8.2.6最新的技术——间质激光光凝术
.p ls! ?hR7<02 8.2.7光动力学治疗
p:OPw D+ K YkS9_yF 8.3激光在生物体检测及诊断中的应用
HJC(\\~ \NGC$p n 8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断
ph}j[Co ;ml
3 8.3.2激光断层摄影
CAU0)=M e2+BWKaU 8.3.3激光显微镜
W{5:'9, bpkwn<7- 8.4医用激光设备
}%-t+Tf, ycJg%]F*5 8.4.1医用激光
光源 gUAxyV ~aXqU#8 8.4.2医用激光传播用
光纤 G\;}w $3d}"D 8.5激光应用于医学的未来
s 1ge0~p3 $2MAZGJV 8.5.1医用激光新技术
|3{&@7 fRvAKz|rL 8.5.2光动力学治疗的前景
*<'M!iRC QJW`}`R 思考练习题8
SMf+qiM-E vZ#!uU^a: 第9章激光在信息技术中的应用
,SScf98,j +y#T?!jQYj 9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器
I<=Df5M 9]>iSG^H 9.1.1半导体激光器
.la&P,j_L AY SSa 1} 9.1.2光纤激光器
+zkm( qUo-Dq> 9.1.3光放大器
dp5f7>]:( zTD@ 9.2激光全息三维显示
)2Hff. `*\{.;,]# 9.2.1全息术的历史回顾
up%Z$"Y %gcc
y| 9.2.2激光全息术的基本原理和分类
(X6sSO 2uk x (Z
9.2.3白光再现的全息三维显示
1j\aH&)GH Sg]
J7;] 9.2.4计算全息图
gcJF`H/iNK DP7C?}( 9.2.5数字全息术
fA! 6sB Iia.k'N 9.2.6全息三维显示的优点
h7;bclU o0pT6N) 9.2.7全息三维显示的应用
AaN"7.Z/ S^cH}-+ 9.2.8全息三维显示技术的展望
NNa1EXZ[ 4Z)DDz-}V 9.3激光存储技术
{BO|u{C 1Qh`6Ya f 9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点
K`nJVc qd!#t] 9.3.2激光光盘存储
m]IysyFFK fw{,bJ(U 9.3.3激光体全息光存储
C;a@Jjor' "L3Xd][ 9.3.4激光存储技术的新进展
hN(L@0) aEx(rLd+ 9.4激光扫描和激光打印机
L"rcv:QWZa WwW^[k (X 9.4.1激光扫描
~F#A
Pt qSQ@p\O~ 9.4.2激光打印机
djT.
1( |,}E0G. 9.5量子光通信中的激光源
g]`bnZ7 kd;'}x=5yP 9.5.1量子光通信
?An,-N-ezf H2Eb\v`# 9.5.2量子态发生器及应用
l_v*7d XKq@]=\F 思考练习题9
3:|-#F*k{ * Zd_
HJi 第10章激光在科学技术前沿问题中的应用
7nz!0I^ DMkhbo&+ 10.1激光核聚变
Qg0vG] >IR$e=5$ 10.1.1受控核聚变
B4O6>' 2q%K)h 10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法
}f}IA\8] )o8g=7Jm 10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理
;aK.%-s-Z VjTe4$ * 10.2激光冷却
-3mgza w3#`1T`N 10.3激光操纵微粒
B
<+K<,S X&\o{w9% 10.3.1光捕获
S!7g) 9bn2UiJk 10.3.2微粒操纵
ypA: P Lh 9S8EU 10.4超越经典衍射极限的分辨率
S?,_<GD)w Igjr~@# 10.4.1解析延拓
b%nkIPA vbKQ* 10.4.2综合孔径傅里叶全息术
)C}KR`" pGGV\zD^ 10.4.3傅里叶叠层算法
Dq`~XS* '\L0xw4 10.4.4相干谱复用
u)7
]1e{ aRKv+{K 10.4.5非相干结构光
照明成像
l.7d$8'\ sA\L7`2H 10.4.6超分辨荧光显微镜
8ath45G @ .&chdVcxyS 10.5激光光谱学
9-G b"hr E0`[G]*G 10.5.1拉曼光谱
PEy/k. y#bK,} 10.5.2空间高分辨的激光显微光谱
{{E jMBg{ 3G&0Ciet 10.5.3频率高分辨的双光子光谱
]-KV0H tE:X,Lt[ 10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱
tzNaw %\ RH=$h! 5 10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术
,F}r@ 4OEKx|:5n 10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究
yId;\o B >i`8R 10.6.1电磁波的正常多普勒效应
A^cU$V%?W &>V/X{>$`K 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
"<*nZ~nE) *]'qLL7d 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
`A"Q3sf% fD(7FN8 10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析
#|ddyCg2 QmHwn)Ly 10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果
:K;T Q ?k::tNv0 思考练习题10
T\cR2ZT~ 2R] XH
0 附录A随机变量
V*~423 a6qwL4 A.1概率的定义和随机变量
m8u=u4z(" |f3U%2@ A.2分布函数和密度函数
HNFhH0+^ _^b@>C>O A.3推广到两个或多个联合随机变量
W'V@ 7y;u} 1 A.4统计平均
WzlS^bZ K@*rVor{ 附录B随机过程
DH/L`$ *0-v!\{ B.1随机过程的定义和描述
W8x[3,gT IyT?-R B.2平稳性和遍历性
Y!;gQeC Fj,(_^ 参考文献
Li ij{ahm n3*UgNg%fK
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