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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。 V< ]l=JOd
L(Ffa (i
[attachment=99403] ejID5NqG
7G^`'oZ
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 _#2AdhCu
fQ@k$W\
1.1光的波粒二象性 D-GI rw{>5
4Em$L]7
1.1.1光波 @}Y,A~
"N|gU;~W
1.1.2光子 7j
<:hF~
6,D )o/_
1.2原子的能级和辐射跃迁 Ba]J3Yp,z
q_sQC5:s
1.2.1原子能级和简并度 V6.w=6:`X
~SWR|[
1.2.2原子状态的标记 |D
?}6z
n%"0%A
1.2.3玻尔兹曼分布 sdWu6?B_
)w.\xA~|
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 2d`:lk%\
XKTX~:
1.3光的受激辐射 Ul41R Ny)
Gxj3/&]^Y
1.3.1黑体热辐射 gp/_# QVWC
0!^vQ
1.3.2光和物质的作用 #t^y$9^
PN$vBFjm
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 ~gjREl,+D#
f"8!uE*;
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 R p!R&U/
@ n- [bN
1.4光谱线增宽 Fa !6*K\
D)u 9Y
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 WrS| $: 0
b)5z'zQu
1.4.2自然增宽 `9+>2*k
\8 I>^4t'/
1.4.3碰撞增宽 8\85Wk{b
7xmyjy% c
1.4.4多普勒增宽 gx* rxid
(($"XOU
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 J:{$\m'
cvf@B_iN9
1.4.6综合增宽 u)DhkF|
QzzV+YG$(4
1.5激光形成的条件 e2SU)Tr%b
5K~kzR L$r
1.5.1介质中光的受激辐射放大 6 +:Tv2
gD[Fkq$]
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 e@-"B9~
'}`|QJ
思考练习题1 }WN0L?h.E
Q}?yj,D D
第2章激光器的工作原理 =s2dD3Fr|
7*7Z&1*3
2.1光学谐振腔结构与稳定性 =-ky%3:`@
[I`r [u
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 ,@_$acm
09f:%!^u
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 7VF^&6
!Cm<K*c"&E
2.1.3稳定图的应用 /ry# q% ?
P(_wT:8C?
2.2速率方程组与粒子数反转 kp4*|$]
q<YteuZJ,
2.2.1三能级系统和四能级系统 Yfk){1
0 L3 4)W
2.2.2速率方程组 O};U3=^0f
*cdr,AD?lH
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 +f gF &.
|P_ \l,f8`
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 T K )K q
\iQD\=o
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 d9zI
A6y
^y?7B_%:B#
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 &S}i)Nu 6J
hcw)qB,s
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 @j%r6N
`"0#lZ`n
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 E^.y$d~ dS
*t;'I -1w^
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 Kilq Jg1%C
AsRS7V
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 {emO&#=@CP
^A8'YTl
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 G>?hojvi
f-9& n4=H
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 ?_e2)+q8YG
S~\i"A)4
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 /znW$yh o
Zho d %n3
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 7qB}Hvh
_y}]j;e8>{
2.5激光器的损耗与阈值条件 oYN P,8r^
0`=#1u8
2.5.1激光器的损耗 aU ] A#g
e RC
/Pr
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 J4qFU^
+OFq=M
2.5.3阈值条件 .*u, ! 1u
.6%-Il
2.5.4对介质能级选取的讨论 mie<jha
1F*gPhm
思考练习题2 uBLI!N-G
%eCbH`
第3章激光器的输出特性 w/r
wE
Cf`s:A5<J
3.1光学谐振腔的衍射理论 5qkG~ YO-
}EmNSs`$r
3.1.1数学预备知识 Vx@JP93|
xz g81sV7
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 i]8HzKuiW
D 8^wR{-;J
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 z'K&LH
@Otom'O
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 {J 2*6_
<6`_Xr7)
3.2对称共焦腔内外的光场分布 ^PI U A'
ahNpHTPa
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 !es?GJq`
G(F }o]
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 w,dDA2,
Jg=[!j0(
3.3高斯光束的传播特性 y^: !]-+
(J8 (_MF
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 'Z#8]YP`
/t`s.!k
3.3.2高斯光束的相位分布 E(Tvj\9
4S>A}rWz
3.3.3高斯光束的远场发散角 b: UTq
7^
o 5dPE{f
3.3.4高斯光束的高亮度 _,:gSD W|
;^nN!KDjR
3.4稳定球面腔的光束传播特性 W'x/Kg,w-
)%lPa|7s
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 ohqi4Y!j/~
:B?C~U k
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 aMQfg51W:
ca/AScL
3.5其他几种常用的激光光束 =n>&Bl-Bl
r9<OB`)3+
3.5.1厄米-高斯光束 <U(wLG'XS
H^{Eh
3.5.2拉盖尔-高斯光束 Q@gmtAp
.}Va~[0j
3.5.3贝塞尔光束 9fr LYJz"
T: &
3.6激光器的输出功率 hw/ :
- Te+ {
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 H1iewsfzH
+6 tj
w 6
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 z97RNT|Y7U
?5(Cwy ?
3.7激光器的线宽极限 K
TJm[44
9?$Qk0jc
3.8激光光束质量的品质因子M2 I;xrw?=\L
JgQ,,p_V?
3.9模式激光的某些一阶统计性质 fz'@ON
/<7'[x<
3.9.1单模激光的一阶统计性质 ' jAX&7G`
xwK{}==U
3.9.2多模激光的一阶统计性质 [w&B>z=g$
M4[( .8iE
思考练习题3 C;]}Ht:~I
J?VMQTa/+
第4章激光的基本技术 T%|{Qo<j
XS+2OutVo
4.1激光器输出的选模 y&;ytNG&<
/BEE.`6yI5
4.1.1激光单纵模的选取 <y4hK3wP
r6_g/7.-
4.1.2激光单横模的选取 g
i>`
WbF[4 x
4.2激光器的稳频 /G*]3=cSe
k# -u!G
4.2.1影响频率稳定的因素 FfEP@$
/j%(Z/RM
4.2.2稳频方法概述 ZSWKVTi
ux>wa+XFa
4.2.3兰姆凹陷法稳频 2>`m1q:
zsM3
[2E*
4.2.4饱和吸收法稳频 #6okd* ^
cX~J6vNy5
4.3激光束的变换 LC8&},iu
P _e9>t@
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 GnT Cq_\
n:dnBwY
4.3.2高斯光束的聚焦 'P'f`;'_DC
3Lg)237&j
4.3.3高斯光束的准直 jimWLF5Q5"
_m0 B6?KJ
4.3.4激光的扩束 dV/ ^@[
faTp|T`nY
4.4激光调制技术 ]*/%5ZOI&
Go;fQ yG
4.4.1激光调制的基本概念 c+a" sx\
<D}yqq@|
4.4.2电光强度调制 Uw!N;QsC
qnO>F^itF
4.4.3电光相位调制 UO~Xzx!e
=&8 Cg
4.5激光偏转技术 I
\Luw* :
C3k[ipCN
4.5.1机械偏转 NC @L,)F
%p; 'l
4.5.2电光偏转 f3;.+hJ])
I9VU,8~
4.5.3声光偏转 A
WS[e$Mt2
PS:"mP7n
4.6激光调Q技术 eVRPjVzQ'Q
ny l[d|pVa
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q vRI0fDu
UI]UxEJ
4.6.2调Q原理 7gnrLc$]O
aGz$A15#
4.6.3电光调Q *!5X!\e_
9YQYg@+R
4.6.4声光调Q r,8~qHbOT
lnQfpa8j
4.6.5染料调Q k=&UV!J
BJ*8mKi h
4.7激光锁模技术 g cI?)F
YJ m64H,[
4.7.1锁模原理 v$d^>+Y#
0wE)1w<C~
4.7.2主动锁模 1}/ 37\
p|0ZP6!|
4.7.3被动锁模 9er0Ww.d
^| r6>b
思考练习题4 z d 0 [f3~
Va-.
第5章典型激光器介绍 -qs
R,H
9D`p2 cO
5.1固体激光器 ]!'}{[1}
J#) %{k_
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 ~ !7!Y~(+
D:=Q)Uh0I
5.1.2固体激光器的泵浦系统 :pw6#yi8`
X aw&41K
5.1.3固体激光器的输出特性 ., =\/ C<
g^)8a;/c
5.1.4新型固体激光器 c[zGWF#1 >
o?`^
UG-
5.2气体激光器 2]'cj
=u<jxV9
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 L)QAI5o:3
LB\+*P6QM
5.2.2二氧化碳激光器 %pUA$o Ut
&s~b1Va
5.2.3Ar＋离子激光器 n eBcS[
=2OLyZDI
5.3染料激光器 b{(= C
3
,7os3~Mk9
5.3.1染料激光器的激发机理 h
{ M=V
|y DaFv
5.3.2染料激光器的泵浦 Jq8:33s
%T,cR>lw
5.3.3染料激光器的调谐 r}M2t$nv
7OdJ&Gzd
5.4半导体激光器 /D,<2>o
$TY 1'#1U;
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 M-zqD8D
6QX2&[qWS
5.4.2PN结和粒子数反转 F-GrQd:O=
8c<OX!
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 >p>B -m
a+
s%9l
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 a~w l D.P
V*%Lc9<d
5.5其他激光器 I; UCKoFT
;dqu ld+q
5.5.1准分子激光器 n0vhc; d
,jJbQIu#
5.5.2自由电子激光器 .mvpF dn
@ WnW
@'*F
5.5.3化学激光器
4Ixu%
fDrjR6xV
思考练习题5 v@Bk)Z
4%>2 >5
第6章激光在精密测量中的应用 6fV;V:1 {
&w{:
qBa
6.1激光干涉测长 _E us7
6 \NBU,lY
6.1.1干涉测长的基本原理 6I-Qq?L[H
S&{#sl#e
6.1.2激光干涉测长系统的组成 LLd5Z44v
_KA g1Ww
6.1.3激光外差干涉测长技术 C7_nA:Rc
7 "p%c`*;
6.1.4激光干涉测长应用举例 0/fA>%&
Z> _F:1x
6.2激光衍射测量 R @lA5w
; {Tf:j'g
6.2.1激光衍射测量原理 vxl!`$Pi
`c' R42S A
6.2.2激光衍射测量的方法 n7iIY4gZ
Xr]<v%,C
6.2.3激光衍射测量的应用 gmdA1$c
, `U'q|b
6.3激光测距 r(p@{L18 5
?;ovh nY)
6.3.1激光脉冲测距 (dQsR sA
!H4C5wDu
6.3.2激光相位测距 =m/BH^|&W
6a4-V X5
6.4激光准直及多自由度测量 &m{vLw
:\IZ-
6.4.1激光准直仪 +.IncY8C$
^9
Pae)
6.4.2激光衍射准直仪 Zz^!QlF
6'ia^om
6.4.3激光多自由度测量 >m4HCs >
\KkA U 6
6.5激光多普勒测速 (T1d!v"~"
llRQxk
6.5.1运动微粒散射光的频率 9 $ Ud\
(laVm U?I7
6.5.2差频法测速 ' qN"!\
K%3{a=1
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 V[avV*;3i
-(l/.yE{X
6.6环形激光测量角度和角加速度 }J(o!2.
C0[ Z>$
6.6.1环形激光精密测角 mE"},ksg
;Ff5ooL{
6.6.2光纤陀螺 qTrb)95
DW0UcLO
6.7激光环境计量 G\/7V L
'-vzQ d@y
6.8激光散射板干涉仪 {O (@}
0)E`6s#M
思考练习题6 i3U_G^8
&ngG_y8}&
第7章激光加工技术 nYts[f9e
TY]-L1$
7.1激光热加工原理 ILMXW w
5<mGG;F
7.2激光表面改性技术 ~.&2N Ur
\4"01: u'
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 T Y* uK
fSw6nEXn
7.2.2激光表面熔凝技术 ~v^ I*/uY
D5jZ; z }
7.2.3激光熔覆技术
g:
,*Y^T
Y(Q!OeC
7.3激光去除材料技术 zj UT:#(k
&]P1IQ
7.3.1激光打孔 CyV(+KBe_
W
B7gY\Y&M
7.3.2激光切割 =`fz#Mfd
2qe]1B;
7.4激光焊接 0mY KzJi
{5J: ]{p
7.4.1激光热导焊 }8)iFP&"
K Xb D7N.
7.4.2激光深熔焊 pPnJf{
o.x<h";
7.4.3激光复合焊 #xe-Yw1 !
V;%DS)-
7.5激光快速成型技术 dXewS _7
m5KAKpCR,
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 _~a5;[~
hH*/[ |z
7.5.2激光快速成型技术 jgd^{!
Yo a|.2f
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 U7le> d;L
0="U'|J_
7.6其他激光加工技术 e O?@K$I
u Zkh. 0yB
7.6.1激光清洗技术 $R_RKyXzo
GZk{tTv
7.6.2激光弯曲
Z
Vj
0VwmV_6'<W
思考练习题7 2:tO "
_1U7@v:<@
第8章激光在医学中的应用 =b[q<p\
J~(M%]
&k^
8.1激光与生物体的相互作用 $ITh)#Nj
L"ob ))GF
8.1.1生物体的光学特性 . Q$/\E
i\94e{uty[
8.1.2激光对生物体的作用 %MUh_63bB
a?5R ; I B
8.1.3激光对生物体应用的优点 5"o)^8!>
EL+P,q/b
8.2激光在临床治疗中的应用 hB 36o9|9
@l^BW*BCo
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 ';.n#
8@Hl0{q
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 \o2cztl =
;JAb8dyS2
8.2.3激光在眼科中的应用 sV5S>*A[
g _2EH
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 |*[#Iii'
cBz_L"5vr[
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 |T;NoWO+
zv[pf D7a
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 [G>U>[u|
3,4m|Z2)
8.2.7光动力学治疗 dp'xd>m
&R~)/y0]
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 wrmbO T
? > 7SZiC`
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 ,a1
1&"xl
(TQhO$,
8.3.2激光断层摄影 UYW{A G2C
;0 No@G;z
8.3.3激光显微镜 8
DE%ot
cW*p}hD
8.4医用激光设备 9]^ CDL
#V:28[
8.4.1医用激光光源 wjnQK
gHe%N? '
8.4.2医用激光传播用光纤 0 CFON2I
w=MiJr#3^
8.5激光应用于医学的未来 }8,[B50
~w9.}
8.5.1医用激光新技术 i$b Het
01 ;
8.5.2光动力学治疗的前景 \y Ne5
1e(Q I)
~
思考练习题8 w +~,Mv \
sn6:\X<[
第9章激光在信息技术中的应用 ^KO=8m( )J
C. rLog#
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 8R;A 5o,
O!=ae|
9.1.1半导体激光器 ;4]
s P^+
~ |t 7
9.1.2光纤激光器 NL76 jF
nm.~~h+8M
9.1.3光放大器 G<f "_NT
SC 6cFyp2
9.2激光全息三维显示 tbr1mw'G
Rz_fNlA
9.2.1全息术的历史回顾 `*`@r o
6)B6c. 5o
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 ^Cm9[ 1p
& &\HE7*
9.2.3白光再现的全息三维显示 RO?%0-6O&
/ y.+N`_
9.2.4计算全息图 7Y>17=|
1dg y-$H~
9.2.5数字全息术 |9X $@R
jZX2)# a!
9.2.6全息三维显示的优点 4 Sq[I
NW t `X!
9.2.7全息三维显示的应用 ~H)s>6>#v
\k69 S/O
9.2.8全息三维显示技术的展望 p[zKc2 TPk
{+&qC\YF
9.3激光存储技术 !&k}YF
^lp#j;Df
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 4%( \y "T
s$,gM,|cK
9.3.2激光光盘存储 \U F/_'=K
+mgmC_Q(0
9.3.3激光体全息光存储 \9%SR ~
!ibdw_H
9.3.4激光存储技术的新进展 yi*2^??`
1
0E5"}8
9.4激光扫描和激光打印机 )Uk!;b
~rN:4Q]/
9.4.1激光扫描 hPP,D\ #
!FqJP
OGm
9.4.2激光打印机 e;kH,fHUI3
%)|pUa&
9.5量子光通信中的激光源 8-2e4^
g(
I)B+h8l72<
9.5.1量子光通信 7l%]/`Y-
R.FC3<TTv
9.5.2量子态发生器及应用 `k 5'nnyP
sr=~U q{g
思考练习题9 l.
9
i `
:?*|D p1
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 -Dx_:k|k
m=hlim;P,
10.1激光核聚变 @&AUbxoj
N '8u}WO
10.1.1受控核聚变 8K]5fkC|
3( $ cBC
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 n I63Ns
#%;QcDXRe
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 6dCS Gb
#}8l9[Q|M
10.2激光冷却 v*.[O/,EBR
~`uEZ
10.3激光操纵微粒 S^Lu RF]F
,#u"$Hz8p
10.3.1光捕获 |[ RoR
a+U^mPe
10.3.2微粒操纵 j;GH|22
x'4q`xDa
10.4超越经典衍射极限的分辨率 iB]xYfQ&@V
@Nm; lZK
10.4.1解析延拓 TQ/EH~Sz
","O8'$OC
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 m ll-cp
?YeUA =[MC
10.4.3傅里叶叠层算法 p-6Y5$Y
&y7<h>z
10.4.4相干谱复用 al<;*n{/
[eWZ^Eh "I
10.4.5非相干结构光照明成像 ?F^$4:
wb#ZRmx}
10.4.6超分辨荧光显微镜 k3HPY}-
,R-T( <r
10.5激光光谱学 ,EE,W0/zzM
/#lqv)s'
10.5.1拉曼光谱 8(6(,WwP}
D <16m<b
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 hLv~ N}
Y#/mE!&
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 L < }0}y
H n^)Xw
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 XtJIaD|:3
vuNt +
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 u6B, V
>l0y
ss)I
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 /:+f5\"-b
-E$(<Pow~\
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 |g$n -t
1 +0-VRl
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 >!U oS
l\HLlwYO
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 @X|Mguq5
K1gZ>FEY|N
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 8JFns-5
b-`=^ny)K
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 )'+
tb\g
At0ahy+
思考练习题10 \[> Ob
wm'a)B?
附录A随机变量 _K4E6c_
MR?5p8S#g
A.1概率的定义和随机变量 AgBXB%).
1Z h4)6x
A.2分布函数和密度函数 `<"@ &N^d
Bp7`W:?# "
A.3推广到两个或多个联合随机变量 &(Yv&j X
xk#q_!(j
A.4统计平均 ]RvFn~E!s
Q| 6lp
附录B随机过程 PX} ~
k(]R;`f$W
B.1随机过程的定义和描述 $M0F~x
y37c&XYq
B.2平稳性和遍历性 j@Ta\a-,x
O-=~Bn
_
参考文献 Nueb xd
)Z=S'm
k4_
 t++
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