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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。 z:w7e0
P6MT[
[attachment=99403] fE(rDQI
j9Lc2'
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 j,~h:MT
TY? F s-
1.1光的波粒二象性 P%1s6fjU
O @l `D`
1.1.1光波 7&X^y+bMe6
/t816,i
1.1.2光子 >Zr`9$i
C&Rv) j
1.2原子的能级和辐射跃迁 !nTq"d%(W
O:1YG$uKa
1.2.1原子能级和简并度 o/Z?/alt4
c[4Z_5B
1.2.2原子状态的标记
hp)3@&T
]86U -`p
1.2.3玻尔兹曼分布 u|+O%s TQ
GSypdEBj+w
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 )s!x)< d;
+~7@K{6 q-
1.3光的受激辐射 f;QWlh"9
|W?x6]~.R
1.3.1黑体热辐射 R#oXQaBJ
myH#.$= A
1.3.2光和物质的作用 t/HE@xPxI5
BwbvZfV|
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 u{HB5QqK
&QvWT+]c'0
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 p 5P<3(
9Czc$fSS t
1.4光谱线增宽 cBU>/
zI p
q" )}vN
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 m,'u_yK
2nk}'HBe
1.4.2自然增宽 dqcfs/XhP
SFTThM]8M1
1.4.3碰撞增宽 p VLfZ?78
Ey ozhIV
1.4.4多普勒增宽 {eS!cZJ
7,Nd[
oL*7
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 rqifjsv
\T>f+0=4
1.4.6综合增宽 TTS }, `
gwNv ;g
1.5激光形成的条件 Z>'.+OW
{um~]
1.5.1介质中光的受激辐射放大 st~f} w@
7n5 bI\
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 #VtlXr>G
"QA!z\ 0\
思考练习题1 A fyEFn Y
0Bb am U
第2章激光器的工作原理 s <td n[d
>{V]q*[/;Q
2.1光学谐振腔结构与稳定性 n hS=t8H
ob-y {x,R
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 yPKeat H]
`G,\=c~{A
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 7\<#z|
[
q2 2?kT
2.1.3稳定图的应用 0OP6VZ\
5_#wOz0u$
2.2速率方程组与粒子数反转 LsoP >vJG
~}(}:#>T
2.2.1三能级系统和四能级系统 )FYz*:f>&
_= }Efy7
2.2.2速率方程组 )Yy`$`
U 8;k6WT|
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 Sm{idky)[
uv eTx
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 X*/j na"*
FlttqQQdf
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 %TP0i#J
['Hl$ 2 j
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 m6bAvy]3<t
z vL;.U
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 I5
"Z
b[%sKl
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 K]1A,Q
=bi:<%"
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 ?Bno?\
/q0[T{Wz$
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 ia?{]!7$
<}&n }|!
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 |L 11?{ K
KC[ql}JP
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 }.>( [\ q
R%=u<O
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布
qH1[Bs Ox
]6bh #N;.
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 !?,7Cu.5#6
ZEYT17g]
2.5激光器的损耗与阈值条件 tURjIt,I
9nN$%(EO5;
2.5.1激光器的损耗 _Ryt|# y
E_[|ZrIO&*
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 @GNNi?EY
&`Oj<UyJY
2.5.3阈值条件 |3<tDq@+
l 8qCg/ew
2.5.4对介质能级选取的讨论 d"`/P?n x
&@p _g8r#
思考练习题2 % put=I
?%-VSL>$w=
第3章激光器的输出特性 %
P
.(L
w\ 4;5.$
3.1光学谐振腔的衍射理论 ^yL6A 1
+m8CN(c
3.1.1数学预备知识 f3El9[
R9 @Dd
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 33IJbg
b&BkT%aA(G
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程
ieo Naq
ur7 sf$
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 5tfD*j n
Aj#bhv
3.2对称共焦腔内外的光场分布 Jmg<mjq/G
Yz7H@Y2i
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 @-ps[b`z
B?n
6o|8
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 gCfAy=-,V
]z3!hgTj
3.3高斯光束的传播特性 @{/GdB,}
k@:M#?(F
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 paCC'*bv
mW EaUi)Zz
3.3.2高斯光束的相位分布 R<(kiD\?]
~C M%WvS
3.3.3高斯光束的远场发散角 Uao8#<CkvJ
3kqO5+,C
3.3.4高斯光束的高亮度 "}ibH{$lM
v 3\
|
3.4稳定球面腔的光束传播特性 u*}[fQ`aF
r:N =?X`N
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 ^i+ d 3
7 6 nrDE
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 (dvsGYT|.
fL$U%I3
3.5其他几种常用的激光光束 V Ioqn$
w1 ;:B%!H
3.5.1厄米-高斯光束 J)o.@+Q}
:)JIKP%$\)
3.5.2拉盖尔-高斯光束 _EHz>DJ9
k|u W~ I)
3.5.3贝塞尔光束 \iL{q^Im
B|I9Ex~L
3.6激光器的输出功率 X 8/9x-E_
y-#{v.|L
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 K<3,=gL9[
R;d)I^@
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 4C:-1gu7
fl@=h[g#t
3.7激光器的线宽极限 }^Ymg7wA
mM#[XKOC<
3.8激光光束质量的品质因子M2 7l%]O}!d)
{^8->V
3.9模式激光的某些一阶统计性质 ;r8<
Ed
xxy
(#j$
3.9.1单模激光的一阶统计性质 ^+ J3E4
*C~$<VYI
3.9.2多模激光的一阶统计性质 SH ow~wxw
%m/W4Nk
思考练习题3 wn 1` 9
U3 t$h
第4章激光的基本技术 s2Rg-:7
4
* n4P
4.1激光器输出的选模 ]&b>P ;j:
0%(.$c>: f
4.1.1激光单纵模的选取 h4,g pV>t
{D{'
\]+
4.1.2激光单横模的选取 *DDqa?gQb
)swu~Wb}U@
4.2激光器的稳频 e'l@M$^
y 1 qJ
4.2.1影响频率稳定的因素 1Zo"Xb
0PP5qeqN2n
4.2.2稳频方法概述 Dve+ #H6N
$-w&<U$E
4.2.3兰姆凹陷法稳频 Hd_ W5R
S"<"e\\}"_
4.2.4饱和吸收法稳频 O3JBS^;V2
"/k TEp
4.3激光束的变换 t,]E5,1
EP'I
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 1F,>siuh ,
K@<%Vc>L(
4.3.2高斯光束的聚焦 q)f-z\
2kSN<jMr
4.3.3高斯光束的准直 ^'G,sZ6'Nh
BcaX:C?f
4.3.4激光的扩束 6%A_PP3Z
w,x'FZD
4.4激光调制技术 <=Z`]8
SJ8CBxA
4.4.1激光调制的基本概念 ExxD
w_VGT
al1Nmc #
4.4.2电光强度调制 zL@FN sYVM
"6t#
4.4.3电光相位调制
Q!R eA{
Q<O(Ix
4.5激光偏转技术 /%{Qf
FoKAF
&h7
4.5.1机械偏转 "CTK%be{q/
[bh8Nj\E
4.5.2电光偏转 G ~X93 J
i"RBk%
4.5.3声光偏转 yt[vd8O'c
,! >1A;~wT
4.6激光调Q技术
#V-0-n,`
!v\ _<8
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q MO%kUq|pg
0[In5I I
4.6.2调Q原理 P*:9u >
De`p@`+<#~
4.6.3电光调Q GX#SCZ&}C
_j sJS<2 1
4.6.4声光调Q YwaWhBCIF
~cH3RFV
4.6.5染料调Q Q:^.Qs"IK
Vo`,|3 ^
4.7激光锁模技术 J e"~/ +
U'p-Ko#
4.7.1锁模原理 kNk$[Yfs
COc
t d
4.7.2主动锁模 ]9PQKC2&
]AB'POa
4.7.3被动锁模 "pMx(
zPc kM)
思考练习题4 rv <_'yj
fWs @ZCt
第5章典型激光器介绍 kK~, ? l
N 9cCfB\`
5.1固体激光器 |))O3]-
_ K Ix7
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 jxqKPMf>@%
B>UF dj]-
5.1.2固体激光器的泵浦系统 .I %`yhCW
AM re(lgh
5.1.3固体激光器的输出特性 >m+Fm=
9/#?]LJ
5.1.4新型固体激光器 )%wNVW 0C
8)bqN$*h
5.2气体激光器 ]114\JE
u :w
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 Xj5oHH wn
QW I)Y:<K/
5.2.2二氧化碳激光器 -*[:3%
^`?M~e2FZ8
5.2.3Ar＋离子激光器 d#1yVdqRl
Ox%p"xuP,
5.3染料激光器 F[)5A5+:Y
>/.w80<'
5.3.1染料激光器的激发机理 0b(x@>
8/s?Gz
5.3.2染料激光器的泵浦 O)$Pvll
y$y!{R@
5.3.3染料激光器的调谐 .R] DT5
enT[#f[{
5.4半导体激光器 3 =-V!E
!2F X l;
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 ZxB7H{
b?K`DUju{0
5.4.2PN结和粒子数反转 jSMxb a]
xG WA5[YV
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 A)_HSI Vi
8Z!Mad
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 J%FF@.) k
i:60|ngK
5.5其他激光器 UY (\T8
{I8C&GS
5.5.1准分子激光器 Y / I32@
B!1h"K5.($
5.5.2自由电子激光器 K05U>151
Z(I=K BI
5.5.3化学激光器 b\S~uFq6
+_1sFH`
思考练习题5 2ElZ&(RZJF
]
@:x< >
第6章激光在精密测量中的应用 s#H_ QOE
an2 Yluc;
6.1激光干涉测长 )&j@ ={0
$wC'qV
*
6.1.1干涉测长的基本原理 ..7 " <"uH
|:]} u|O
6.1.2激光干涉测长系统的组成 H[R X~Xk2E
$!$,cK Pl5
6.1.3激光外差干涉测长技术 : %>)S
o Vpq*"
6.1.4激光干涉测长应用举例 A(*c |Aj9
F :og :[
6.2激光衍射测量 `|2g &Vn
c 2gi 3
6.2.1激光衍射测量原理 x~Dj2 F ]
Ab6R ?mUM
6.2.2激光衍射测量的方法 jyB
Ys& v
sYbmL`{
6.2.3激光衍射测量的应用 Mc&Fj1h5
x\oSD1t,
6.3激光测距 zpjE_|
-3u ;U, }
6.3.1激光脉冲测距 03c8VKp'p
Lg~ll$
U
6.3.2激光相位测距
C TKeY
6Yl+IP];i
6.4激光准直及多自由度测量 \ CX 6~
XZ@ |(_Z
6.4.1激光准直仪 &M: o(T
zdm2`D;~p
6.4.2激光衍射准直仪 |`xM45
JvK]EwR
;
6.4.3激光多自由度测量 L5'?.9 ]
p| ?FA@ 3
6.5激光多普勒测速 n(`|:h"
,q;?zcC7
6.5.1运动微粒散射光的频率 7pou(U
fW[ .Q0
6.5.2差频法测速 `FEa(Q+s
lQd7 p+ 21
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 _N=f&~T
Y::O*I 2
6.6环形激光测量角度和角加速度 0U~*u DU
>7PNl\=gG
6.6.1环形激光精密测角 80ox$ U
OJd/#KFm
6.6.2光纤陀螺 f !#+cM
l))Q/8H
6.7激光环境计量 yO}5.
K:^0*5Y-k
6.8激光散射板干涉仪 RD46 @Q`
k?$I4&|5Nt
思考练习题6 k< 5g
T2 S fB s
第7章激光加工技术 |-;VnC&UY
]x{.qTtw
7.1激光热加工原理 LM+d3|gSV
P8Wv&5A
7.2激光表面改性技术 [Ky3WppR
~d].<Be
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 ]jYFrOMy4S
l&}}Io$?@
7.2.2激光表面熔凝技术 N/ f7"~+`
{VKFw=$8
7.2.3激光熔覆技术 T@Y, 7ccpd
AL.psw-Il
7.3激光去除材料技术 V$sY3,J7A%
@Ns[qn;9
7.3.1激光打孔 8XG';K_
^5.XQ 0n
7.3.2激光切割 L SP p
R|v'+ bv
7.4激光焊接
g `%in
/isalOT
7.4.1激光热导焊 'E+"N'M|
iaCV8`&q%
7.4.2激光深熔焊 x M(H4.<
Dnl<w<}ZU:
7.4.3激光复合焊 !?(7g2NP)
TS#[[ ^!S
7.5激光快速成型技术 _'LZf=V0
m3TR}=n
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 ZZ7qSyB s?
__2<v?\
7.5.2激光快速成型技术 h%krA<G9
IHYLM;@L
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 6,a H[ >W
@p
L9a1PJv
7.6其他激光加工技术 s4~[GO6>
\ l#eW
x
7.6.1激光清洗技术 X!p`|i
PO`p.("h
7.6.2激光弯曲 }:Gs ,
pK@=]K~l0
思考练习题7 qD4]7"9
qyv=ot0"~F
第8章激光在医学中的应用 ca{MJz'
$[ A\i<#
8.1激光与生物体的相互作用 1^4:l!0D
EU %,tp
8.1.1生物体的光学特性 Ic9L@2m
BG+i tyH
8.1.2激光对生物体的作用 ?B1Zfu0
iCE!Tm DT
8.1.3激光对生物体应用的优点 Y @p<f5[c
M'PZ{6;
8.2激光在临床治疗中的应用 b,E ?{uG
RZ zHlZ
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 { aUnOyX_
+ cfEyiub
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 `8ac;b
N) H "'#-
8.2.3激光在眼科中的应用 >ESVHPj]
P [ 2!D)A
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 7C|!Wno[;
5e /YEDP
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 q(6.VU@
TI4Hu,rc
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 @ph!3<(In,
OT%E|) 6'
8.2.7光动力学治疗 LE\=Y;%
Uj):}xgi'
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 P.'.KZJ:WD
STp9Gh-
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 OG/b5U
+;?mg(:
8.3.2激光断层摄影 uiVN z8H
USV DDqZ
8.3.3激光显微镜 5To@d|{
eQuu\/z*H
8.4医用激光设备 @-
STo/
*n CA6i
8.4.1医用激光光源 An{>39 {
X
zJ#)}f
8.4.2医用激光传播用光纤 \c<
oVF'
Qt>K{ >9Cf
8.5激光应用于医学的未来 _MBhwNBxZ
eV[{c %wN:
8.5.1医用激光新技术 b=,B Le\
#i bwD:{
8.5.2光动力学治疗的前景 wJy]Vyd
b/M/) o!C
思考练习题8 3~~X,ZL
7q ?ZieR
第9章激光在信息技术中的应用 E^1yU
] pn
U"
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 !l (Vk
s bW+vc
9.1.1半导体激光器 r#sg5aS7O|
^ kKL i
9.1.2光纤激光器 ;@wa\H[3v2
WH:dcU
9.1.3光放大器 1 l,fK)z
;m]V12
9.2激光全息三维显示 AY AU
>Xn,jMUW
9.2.1全息术的历史回顾 ,:?ibE=
@t%da^-HS"
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 >C0B!MT?3%
=Z\q``RBy
9.2.3白光再现的全息三维显示 Dvg'
w2s`9
9.2.4计算全息图 yu;EL>G_AY
!j6 k]BgZ
9.2.5数字全息术 TO6F
`<YMk p[
9.2.6全息三维显示的优点 . >"xp6
b~gq8,Fatb
9.2.7全息三维显示的应用 |]&3*%b@
Z",0 $Gxu
9.2.8全息三维显示技术的展望 REh"/d
* ~P B
9.3激光存储技术 2*cNd}qr
-wn-PB@r
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 bpY*;o$~
V %R]jbHZ#
9.3.2激光光盘存储 6 tH}&#K
[<@L`ki
9.3.3激光体全息光存储 OxJ HhF
EXSH{P O+
9.3.4激光存储技术的新进展 &lzY"Y*hA0
If&))$7u
9.4激光扫描和激光打印机 zA#pgX[#
$O |Xq7dp
9.4.1激光扫描 *d8
%FQ
4Wl`hF
9.4.2激光打印机 -RP{viG WK
Z\0wQ ;}
9.5量子光通信中的激光源 3o rSk
#VhdYDbW
9.5.1量子光通信 4rhHvp
4-bM90&1t
9.5.2量子态发生器及应用 l"J#Pvi
nAQ[
-NbW,
思考练习题9
]! ZZRe
g0 Q,]\~
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 `Am|9LOT
-c>3| bo
10.1激光核聚变 4zs0+d +
9 "[,9HN
10.1.1受控核聚变 Dc xT6 [
O]I AIM
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 gYt=_+-
m+M^we*R
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 |21V OPBS
+P))*0(c_
10.2激光冷却 @0@WklAJA
Eq_@ xT0>
10.3激光操纵微粒 N !7?D'y
U/Cc!WXV]
10.3.1光捕获 );HhV,$n
3=wcA/"!
10.3.2微粒操纵 )7NK+k
V'b4wO1RV
10.4超越经典衍射极限的分辨率 m2m
;|rr
hGKQK
^bn
10.4.1解析延拓 %Ja0:e
c{kpg N
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 uB G!R#T
[#!Y7Ede
10.4.3傅里叶叠层算法 z$ QoMq]
8A 0a/
7Lj
10.4.4相干谱复用 P :Q&lnC
}se3y
10.4.5非相干结构光照明成像 $mT)<N ;w
3B]E2
10.4.6超分辨荧光显微镜 \E c*Gq?.
zZd.U\"2
10.5激光光谱学 oHfr
glGX
`j3 OFC{7E
10.5.1拉曼光谱 {*;K>%r\o
+L=Xc^
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 R o{xprE1
H{*rV>%
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 jcC"vr'u|
%V1j M
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 Kf?:dF
C`ZU.|R
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 K:13t|
jc3Q3Th/zn
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 ^$`mS&3/q
;mI^J=V3
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 ?}KD<R
\R9 izuc9
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 bp" @ p:
g3Q;] 8 Y&
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 s3sD 7 @
@ [v,q_^8
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 +mft
/)RH-_63
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 e1b?TF@lz
0i5S=L`j
思考练习题10 /j3",N+I
B&7:=t,m(
附录A随机变量 : ^p aI
-G7)Y:
A.1概率的定义和随机变量 ;Y8>?
+tt!x fy
A.2分布函数和密度函数 r# oJ ch=
h=6D=6c
A.3推广到两个或多个联合随机变量 # bjK]+
| aU8 WRq
A.4统计平均 mcid A%
y5KeUMcu
附录B随机过程 RnC+]J+?4
V$FZVG/@#
B.1随机过程的定义和描述 s1sn, ?
,o0Kev z
B.2平稳性和遍历性 0t(c84o5
qnQ".
参考文献 LPs5LE[Pm
<_k A+&T
 K }
T=j+
db_}][;.c
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