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2020-03-30 17:35 |
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。 X
y`2ux+>/
Lb? q5_
[attachment=99403] uMpuS1
%O f w"W
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 OCJt5#e~A
SAj#+_d b
1.1光的波粒二象性 j Ko9y
iq?T&44&
1.1.1光波 Z_edNf }|
)MLbE-@
1.1.2光子 4mKH
|\g
*D XX*9 0
1.2原子的能级和辐射跃迁 BTYYp1
B/qN1D]U.
1.2.1原子能级和简并度 =
Ezg3$%-
|(2#KMEWa
1.2.2原子状态的标记 sDR Av%w
lkl y2|wA
1.2.3玻尔兹曼分布 -QR]BD%J*[
7[uN;B#V
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 ){z #Y#]dP
)db:jPkwd
1.3光的受激辐射 Oo-4WqRJ
u 8<[Q]5
1.3.1黑体热辐射 6 V ncr}
zUDXkG* Lv
1.3.2光和物质的作用 g kV`ZT9
N` $F>E,T%
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 Mw"[2PA
:VWN/ m
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 <;'{Tj-"
#H<}xC2
1.4光谱线增宽 .qKfhHJ
N 3O!8A_
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 |Kjfh};-C
'p\&Mc_Gu
1.4.2自然增宽 $T:;Kc W)
{O).!
1.4.3碰撞增宽 Y2tBFeW Y
yB/F 6/B~
1.4.4多普勒增宽 bA2[=6
{dP6fr1z
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 #G?#ot2o
z_ '!?K{
1.4.6综合增宽 KHx;r@ {<
v@ qDR|?^
1.5激光形成的条件 | oM`
` ~^ My~f
1.5.1介质中光的受激辐射放大 :f%kk atO
<HT z
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 ntB#2S
a IQC[ry
思考练习题1 !>ZBb\EyK
?azLaAG
第2章激光器的工作原理 \ CE+P5
{Y=k`t ,
2.1光学谐振腔结构与稳定性 d0|{/4IWw;
!FyO 5`v
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 {06ClI
n[qnrk*3
%
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 lKU{ jWA
8' '1H<f
2.1.3稳定图的应用 OC-d5P
\}9)`1D
2.2速率方程组与粒子数反转 F
Pjc;zNA
?/5<}W#7}
2.2.1三能级系统和四能级系统
I![/bwObG
^jdt p
2.2.2速率方程组 \I/"W#\SJo
vN@04a\h
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 VK u_ l
s?; V!t
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 bF*Kb"!CF
sh0x <_
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 O' ^A bO=,
_8-1wx
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 H8B.c%_|U
7@ y}J5,
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 X t:j~cVA
wv\"(e7(
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 Yt:%)&50}-
"?<`]WG\
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 Au/'|%2#(
-iW>T5f
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 fpjFO&ML
qz Hsqlof
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 k\/es1jOEh
|a /cw"
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 M&",7CPD(1
1r ue+GL
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 *!Gb_!98
X MF? y
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 [AD%8 H
,,I K}
2.5激光器的损耗与阈值条件 x
0vW9*&
'& gUAt
2.5.1激光器的损耗 FOPmvlA\-<
2JeEmG9
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 l +`CgYo
yTe25l{QaF
2.5.3阈值条件 = M4wP3V/
{+kWK;1
2.5.4对介质能级选取的讨论 4IM&#_6
:,/
\E
思考练习题2 sv "GX< +
3z#fFP@E
第3章激光器的输出特性 JE$ $6X
,s@S `KS0
3.1光学谐振腔的衍射理论 *_Pkb.3R
Nii5},
3.1.1数学预备知识 \tS|
N40
'=(yh{W
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 9~iDL|0'~
OQyZ'
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 iq 8Hq)I]
Pb@$RAU6 3
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 {gDoktC@M
: :/vDUDc
3.2对称共焦腔内外的光场分布 IY2f$YV
A j>
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 IUh)g1u41O
}k8&T\V!
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 f-}_
Y[ ;Z7p
3.3高斯光束的传播特性 :?#wWF .
A2fuNV _
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 eN<?rVZl
k.H4Mf(4
3.3.2高斯光束的相位分布 f{] W*!VV-
G)9`Qn
3.3.3高斯光束的远场发散角 gGbq XG^
Y3' dV)
3.3.4高斯光束的高亮度 +2 s][^-KV
6" . v6
3.4稳定球面腔的光束传播特性 9v}vCg
%B Rll
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 (*! 4O>]
j2%#xZ{33
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 ?T[K{t;~jo
@=l.J+lh
3.5其他几种常用的激光光束 6wyhL-{:
_#o75*42tT
3.5.1厄米-高斯光束 (G{2ec:?
NX<Q}3c C
3.5.2拉盖尔-高斯光束 Vvl8P|x.<
qNbg N{4
3.5.3贝塞尔光束 FOX 0
L0xh?B
3.6激光器的输出功率 d1d:5 b
LO ,k'g g<
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 5 |oi*b
Xm.["&
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 [\pp K C
I%ZSh]On
3.7激光器的线宽极限 x[YW 3nF
N*>&XJ#
3.8激光光束质量的品质因子M2 1f5;^T
I
\MmKz^tO
3.9模式激光的某些一阶统计性质 zLV k7u{e
+0n,>eDjg^
3.9.1单模激光的一阶统计性质 ;8<lgZ9H<
Csx??T_>r
3.9.2多模激光的一阶统计性质 [~ IFg~*,
)%(H'omvl
思考练习题3 3VmF1w
2
*
n>YS
第4章激光的基本技术 N< 7
14rX:z
4.1激光器输出的选模 17;qJ_T)
2lBfc
4.1.1激光单纵模的选取 a/p
/<
w<=-n ;2
4.1.2激光单横模的选取 NpxND0
V% ! my[b
4.2激光器的稳频 BYsQu .N
WzO [-csy
4.2.1影响频率稳定的因素 -VRKQNT
g 2&P
4.2.2稳频方法概述 hvU\l`m
Qx}hiv/
4.2.3兰姆凹陷法稳频 l(
0:CM
u1i
?L'
4.2.4饱和吸收法稳频 &$E. rgtg
BZWGXzOFh
4.3激光束的变换 1
gx(L*y,
5_Opx=
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 7e`h,e=
S?LU Sb
4.3.2高斯光束的聚焦 /s~&$(d59o
BpZ17"\z
4.3.3高斯光束的准直 wDS(zG
3k?|-j s
4.3.4激光的扩束 \{ M/Do:
]k.'~ Syz
4.4激光调制技术 >qjV(_?F -
e` D? x1-
4.4.1激光调制的基本概念 j+>&~
5X"WgR;
4.4.2电光强度调制 d<B=p&~
piKR*|F
4.4.3电光相位调制 07tSXl5!
W0>fu>
4.5激光偏转技术 ZpQ8KY$ 5
>^hy@m
4.5.1机械偏转 :#zv,U&OC
I &I
q
4.5.2电光偏转 @Tg +Kt
`SSUQ#@
4.5.3声光偏转 `h|>;u
P _3U4J
4.6激光调Q技术 vAp?Zl? g
v&*}O
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q JqmKD4p
i@ XFnt
4.6.2调Q原理 i(@<KH
"sU ~|
4.6.3电光调Q !u=,b fyH
0al8%z9e@
4.6.4声光调Q :Y ;\1J<b1
M,b^W:('4
4.6.5染料调Q [r5 k8TB1
rCa2$#Z
4.7激光锁模技术 -P3;7_}]:h
jB-)/8.qk
4.7.1锁模原理 X}gnO83
_{5t/^w&!
4.7.2主动锁模 rv?d3QqIC
fCxF3m(O
4.7.3被动锁模 {b6g!sE
j,/t<@S>
思考练习题4 8f wM)DKS
3qc o2{nz
第5章典型激光器介绍 .wfN.Z
a:3f>0_t
5.1固体激光器 I^z$0
rX<gcntv
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 ]XH}G 9X^
wzRIv m{
5.1.2固体激光器的泵浦系统 cOr@dUSL
Z|kMoB
5.1.3固体激光器的输出特性 nE)|6
s *B-|
5.1.4新型固体激光器 @GiR~bKZ
4U*u H
5.2气体激光器 20t</lq.
5vs o%}c
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 zjrr*i w
q|A-h'
5.2.2二氧化碳激光器 d^w*!<8
|e@Bi#M[
5.2.3Ar＋离子激光器 G
Riu]
ymsqJ
5.3染料激光器 [,|Z<
\ O7?!i
5.3.1染料激光器的激发机理 E+&]96*Lby
^ 8V cm*
5.3.2染料激光器的泵浦 `f2m5qTP%
/e5Fx
5.3.3染料激光器的调谐 (qP !x 2j
'7<@(HO
5.4半导体激光器 DvuL1Me Ko
>)N}V'9
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 RhJL`>W`
W &>+~A
5.4.2PN结和粒子数反转 !!c.cv'
JAA P5ur
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 YJ5;a\QxN
Z6cG<,D Q
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 rr[9sk`^H
L?^C\g6u]
5.5其他激光器 Q#bFW?>y,
Z v=p0xH
5.5.1准分子激光器 tc{23Rf%
g"3h#SMb
5.5.2自由电子激光器 /Ki :6
~X;(m<f2
5.5.3化学激光器 Ej1 [ry
WPE@yI(
思考练习题5 u%O^hc fb
<C4^Ve m
第6章激光在精密测量中的应用 UY **3MK
Y5 4*mn
6.1激光干涉测长 uF T\a=
e?G*q)l
6.1.1干涉测长的基本原理 [,5clR=F
RWBmQg^]X
6.1.2激光干涉测长系统的组成 q<JI!n1O
7$GP#V1r/
6.1.3激光外差干涉测长技术
xuelo0h,
,ASY
&J5)7
6.1.4激光干涉测长应用举例 }7$\F!R
YA^9, q6u?
6.2激光衍射测量 iA ZtV'VQ)
NUL~zb
6.2.1激光衍射测量原理 HIh oYSwB
v *:m|wl
6.2.2激光衍射测量的方法 McnP>n
*OF7 {^~&
6.2.3激光衍射测量的应用 nbpN+a%
q #\eL~k
6.3激光测距 l!i B
-?'u
((dG<
6.3.1激光脉冲测距 Fr%KO)s2
"E 2
g7n&
6.3.2激光相位测距 ~[9 ]M)=O0
&U
'Ds!
6.4激光准直及多自由度测量 v!`M =0k
Q|G[9HBI
6.4.1激光准直仪 >8NQ8i=]V1
w \t{'
6.4.2激光衍射准直仪 E/GI:}YUy_
# 3C A
6.4.3激光多自由度测量 0\Oeo8<7)~
&P {%C5?{
6.5激光多普勒测速 jEO;
*gT
TI;:
6.5.1运动微粒散射光的频率 FyS K&
9) YG)A~<
6.5.2差频法测速 xU rfH$$!`
rfPJBD{Ve
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 f CVSVn"o
Vk_L*lcN
6.6环形激光测量角度和角加速度 @/7Rp8Fr
.HtDcGp
6.6.1环形激光精密测角 \R#XSW,
=C:0 ='a
6.6.2光纤陀螺 v^E5 'M[A
Ahebr{u
6.7激光环境计量 OIWo*
%
a,tP.Xsl
6.8激光散射板干涉仪 "iydXV=Q
6a ,YxR\
思考练习题6 ]jYl:41yI
|F=^Cu,
第7章激光加工技术 (^Ln|3iz
'/p5tw8
7.1激光热加工原理 &`%C'KZ
=Tj0dfO|"
7.2激光表面改性技术
w\QpQ~OX
4v ?S` w:6
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 Yp;x
+ <|w|c
7.2.2激光表面熔凝技术 }ps6}_FE
} z*p2)v`
7.2.3激光熔覆技术 u@ |yw)
AUq?<Vg\
7.3激光去除材料技术 +*!!
C/$IF M<
7.3.1激光打孔 I'j? T.
w])Sz*J
7.3.2激光切割 2-6-kS) c
X3>(K1
7.4激光焊接 D;E&;vP6%
3A9|{Vaz+6
7.4.1激光热导焊 SW=p5@Hy{
[ +1
i$d
7.4.2激光深熔焊 MWuVV=rd8a
8;5/_BwMu
7.4.3激光复合焊 Yl f4q/-
WV% KoM,%
7.5激光快速成型技术 Xgm7>= l
, s)H%
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 )2A4vU-IR.
_`(g?
7.5.2激光快速成型技术 - /</7I
*!Dzst-J3
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 0Nfj}sXCWE
h
Na<LZ
7.6其他激光加工技术 'ZD clz9}
G1l(
7.6.1激光清洗技术 Zry>s0
kmS8>O
7.6.2激光弯曲 QJ /SP
6IX!9I\sT
思考练习题7 We ->d |=
Dn[1BWM/7
第8章激光在医学中的应用 7~16letQ
TQou .'+v
8.1激光与生物体的相互作用 g DhwJks
9NT;^K^ I
8.1.1生物体的光学特性 jBC9Vt;B
=~h54/#[I
8.1.2激光对生物体的作用 @FTi*$Ix
1mX*0>
8.1.3激光对生物体应用的优点 |h 7v}Y
y AWDk0bx
8.2激光在临床治疗中的应用 a PC!M4#
E;qwoTmul
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 w.8~A,5}Dh
nqBu C
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 _(hwU>.
82X.
8.2.3激光在眼科中的应用 +@Y[i." ^J
{OOt+U!
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 ueR42J%s
@I&"P:E0F;
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 .*j+?
ZYA (Bg^
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 "7HB3?2>W
asg> TO W
8.2.7光动力学治疗 US4Um>j
HhL% iy1
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 +2SX4Kxu
>-P0wowL
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 q}5A^QX
qj&)w9RLJE
8.3.2激光断层摄影 mV,R0olF
z (3"\ ^T
8.3.3激光显微镜 &wN
2l-
vNC0M:p,
8.4医用激光设备 MbfzGYA2~
Wv"tAseu
8.4.1医用激光光源 [fp"MPP3
`dP+5 u!
8.4.2医用激光传播用光纤 Z +"&{g
CWp1)% 0=
8.5激光应用于医学的未来 ~8*oGG~s
^{:jY, ?]
8.5.1医用激光新技术 $hS Z@w|IF
`Vtw Kt*
8.5.2光动力学治疗的前景 $]kg _l)
KIo}G d&
思考练习题8 &._!)al
_m],(J=,z
第9章激光在信息技术中的应用 m]\zt
pGY]Vw Y
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 @@IA35'tc
2HXKz7da
9.1.1半导体激光器 (:QQ7xc{}
Net)l@IB]
9.1.2光纤激光器 #OWs3$9
t1jlxK
9.1.3光放大器 y.p 6%E_`
LUck>l\l
9.2激光全息三维显示 S |>$0P4W(
-j _I_
9.2.1全息术的历史回顾 NRi sr
rxj@NwAno
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 nKB&|!
zpqGh
9.2.3白光再现的全息三维显示 Cc)P5\j h
v Q"s
9.2.4计算全息图 -Zg @D(p F
l&*)r;9
9.2.5数字全息术 TE%#$q
EWIc|b:
9.2.6全息三维显示的优点 Eqbe$o`dd
-'[(Uzj
9.2.7全息三维显示的应用 $-P qs
^g
rAWl0y_m
9.2.8全息三维显示技术的展望 |90
+)/$4
1/ pA/UVO
9.3激光存储技术 ^}Qj}
K\+} q{
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 l (,;wAH
`E5"Pmg
9.3.2激光光盘存储 `%M-7n9Y
{R-82% X
9.3.3激光体全息光存储 X@qk > /
Zknewv*sS4
9.3.4激光存储技术的新进展 1@ ^Ek8C
c5E#QV0&v~
9.4激光扫描和激光打印机 $i:||L^8p
C`n9/[ ,#
9.4.1激光扫描 ~ sIGI?5f
z8/xGQn
9.4.2激光打印机 Y/,$Y]%g
4 su_;+]
9.5量子光通信中的激光源 {H H h.K
eKVALUw
9.5.1量子光通信 ?96-" l
qC1U&b#MVx
9.5.2量子态发生器及应用 U2V^T'Y[
) p<fL
思考练习题9 d"I28PIS"
:vK(LU0K
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 pSQCT
)W ]>\=@Y
10.1激光核聚变 9G#8 %[W
#_?TIY:h
10.1.1受控核聚变 +Cf0Y2*@hM
"65||[= 8
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 ?Z Rkn+;
/e|[SITe
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 SgpZ ;\_
^+*GbY$'
10.2激光冷却 wKk
3)@il
kz0I 2!bt
10.3激光操纵微粒 -4e) N*VVu
DhLr^Z!h3;
10.3.1光捕获 p9AZ9xr
> ;
&s['H
10.3.2微粒操纵 _k_>aG23
4L=$K2R2r
10.4超越经典衍射极限的分辨率 > 'aG /(
}UKgF.
10.4.1解析延拓 dU oWo3r=
4[TS4p
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 (@)2PO /
^n&]HzT`y
10.4.3傅里叶叠层算法 894r;UA7
=6c y E
10.4.4相干谱复用 _BG8/"h32
#%? FM>
10.4.5非相干结构光照明成像 (;0$i?3\
}+Rgx@XZ\
10.4.6超分辨荧光显微镜 =[]x\&@t
4l lD6&%
10.5激光光谱学 | } K
=oE_.ux\
10.5.1拉曼光谱 +`;+RDKY*
0 kf(g156
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 :7p9t.R<$h
x3 7/cu
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 o 'C~~Vg).
k""> 2#V
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 ;asm 0H(
)|y#O ZHR
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 >=if8t!
;>NP.pnA)
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 ,~(|p`
}@Xh xZu
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 S Q}S4r
/~40rXH2C
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 pw@`}cM=
m6b$Xyq[
10.6.3折射光子晶体棱镜的设计以及负折射性质的实验验证 %'N$l F"]
bb|}'
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 NW
z9C=y
B!e K! B
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 HHz;0V4w?
O!;H}{[dg
思考练习题10 jcE Msc
d 9O:,DKf
附录A随机变量 4~!Eje!
6\NvG,8
A.1概率的定义和随机变量 HmvsYP66
6N"m?g*Z
d
A.2分布函数和密度函数 _B)s =Snx
d$pYo)8o({
A.3推广到两个或多个联合随机变量 1\/{# c
OY: u',T
A.4统计平均 [ w!C*_V 9
DKX/W+#a
附录B随机过程 `|nH1sHFq
AcKU^T+
B.1随机过程的定义和描述 oz LH ]*
j_ p`Ng
B.2平稳性和遍历性 j !`B'{cH
t<Ot|E x
参考文献 :$NsR*Cq*9
Pb#P`L7OB
 `?l3Ct*
GMl"{ Oxo&
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