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cyqdesign 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。 ueD_<KjE=  
wz{]CQ7"  
[attachment=99403] "{F e  
Bc^ MZ~+ip  
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 @0{vA\  
8Z:T.Gc  
1.1光的波粒二象性 Sdn4y(&TP  
ltH?Ew<]  
1.1.1光波 "g=g' W#  
] 3UlF'{  
1.1.2光子 1o*eu&@  
[9U: :  
1.2原子的能级和辐射跃迁 "Smek#l  
|MQ_VZ{6  
1.2.1原子能级和简并度 e[)oT  
mv;;0xH  
1.2.2原子状态的标记 :G\X  
C0> Z<z  
1.2.3玻尔兹曼分布 O<KOsu1WW  
)J<VDO:_YA  
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 6< T@\E  
/+g9C(['  
1.3光的受激辐射 oFC]L1HN&  
7I0[Ii  
1.3.1黑体热辐射 nhZ^`mP  
PZjK6]N\  
1.3.2光和物质的作用 j{?ogFfi  
-m"9v%>Y  
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 )=]u]7p}  
zOfMKrRG  
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 2#hfBJg@  
e"@Ag:r@a  
1.4光谱线增宽 FT$Z8  
6myF!  H=  
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 dbG5Cf#K\  
+IkL=/';#  
1.4.2自然增宽 -Y=o  
@7j$$  
1.4.3碰撞增宽 lI*uF~ 'D  
z 7 s&7)a  
1.4.4多普勒增宽 (- QvlpZ  
&4R -5i2a  
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 )'3V4Z&  
 3 UX/  
1.4.6综合增宽 vkgAI<  
8EBy5X}US  
1.5激光形成的条件 X<*-d6?gD`  
4/J"}S  
1.5.1介质中光的受激辐射放大 pX LXkF?  
|[B JZ  
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 .s8u?1b  
76BA1x+G  
思考练习题1 .FWi$B';  
}VDJ  
第2章激光器的工作原理 .2v)x  
A/A; '9  
2.1光学谐振腔结构与稳定性 XKQ\Ts2<k  
La 9:qpj  
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件  aWTvowA  
PC55A1(T  
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 Y-fDYMm  
+F@ZVMp  
2.1.3稳定图的应用 :|PI_ $4H  
d"U'\ID2y  
2.2速率方程组与粒子数反转 RJ0:O   
L+N;mI8  
2.2.1三能级系统和四能级系统 g3Z"ri~!G  
,E3Ze*(U  
2.2.2速率方程组  57`*5X  
oa q!<lI  
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 $s,Az_bs  
l1uv]t <  
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 c)B <d#  
mVVL[z2+  
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 8d|#W  
o)r%4YOL  
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 R^+,D  
D wtvtglqV  
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 =OR "Bd:O  
+ X0db  
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 Z.E@aml\  
,/Usyb,`  
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 W>cHZ. _  
:vo#(  
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 xI( t!aYp  
2{oU5e  
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 ]GH_;  
U{?#W  
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 >4iVVs  
XZH\HK)K-]  
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 }Jm~b9j  
^\3r}kJ0Lp  
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 W0;MGBfb  
(>M? iB  
2.5激光器的损耗与阈值条件 nz_1Fu>g|  
G/y;o3/[Z  
2.5.1激光器的损耗 ?v@pB>NZ  
k@Mt8Ln  
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 'd |*n#Dqc  
=QJI_veUG`  
2.5.3阈值条件 W`gzMx  
6#up BF:  
2.5.4对介质能级选取的讨论 z( ^ r  
MCO`\"`l  
思考练习题2 >`o;hTS  
PCs`aVZ  
第3章激光器的输出特性 ;q&2$Mb  
cVuT|b^  
3.1光学谐振腔的衍射理论 "?r_A*U  
;:Q&Rf"@%  
3.1.1数学预备知识 r31)Ed$  
}zy h!  
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 =kDh:&u%  
@;`d\lQ  
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 )Nnrsa  
vV*i)`IXe  
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 HMl M!Xk?  
YLehY  
3.2对称共焦腔内外的光场分布 {2T;^+KE  
Ta NcnAY>9  
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 1^AG/w  
g\Akf  
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 I'e`?H t  
1;"DIsz@d  
3.3高斯光束的传播特性 v!6IH  
 kAnK1W>  
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 ]%eyrbU  
|h^]`= 3  
3.3.2高斯光束的相位分布 v]c+|nRs  
]CGH )4Pe  
3.3.3高斯光束的远场发散角 +V9<ug6 T  
:)DvZxHE@  
3.3.4高斯光束的高亮度 5\.w\  
/y[zOT6  
3.4稳定球面腔的光束传播特性 z#Db~  
q"$C)o  
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 nl+8C}=u  
82KWe=  
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 f(E[jwy  
5#B M  
3.5其他几种常用的激光光束 4gh` >  
@~C C$Y$  
3.5.1厄米-高斯光束 5nS}h76mZ  
 s4vj  
3.5.2拉盖尔-高斯光束 M%v 6NxN  
bA02)?L  
3.5.3贝塞尔光束 a+,zXJQYq  
a,eJO??  
3.6激光器的输出功率 5 Mz6/&`  
:@#6]W  
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 w" ,ab j  
1HBWOV7z.?  
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 Z7J4r TA  
pIl[)%F  
3.7激光器的线宽极限 rbc7CPq_^  
Ws;X;7tS  
3.8激光光束质量的品质因子M2 @j'GcN vs  
fR#W#n#m  
3.9模式激光的某些一阶统计性质 j5MUP&/g3  
.tA=5 QY,  
3.9.1单模激光的一阶统计性质 d5#z\E??  
&}!AjA)  
3.9.2多模激光的一阶统计性质 3T~DeqAyw  
3,)[Q?nKD  
思考练习题3 :Ny^-4-N  
9\!=i  
第4章激光的基本技术 ;"JgNad  
L3Ivm :  
4.1激光器输出的选模 ?eDZ-u9)  
z yrjb 8  
4.1.1激光单纵模的选取 EL(B XJrx{  
GsU.Lkf  
4.1.2激光单横模的选取 .s\_H,  
Dn:1Mtj-  
4.2激光器的稳频 R#4f_9e<Z  
`Ln1g@  
4.2.1影响频率稳定的因素 <{IeCir  
0y3C />a  
4.2.2稳频方法概述 ?\_vqW  
'tJxADK  
4.2.3兰姆凹陷法稳频 Xa_:B\ic  
?G 'sb}.  
4.2.4饱和吸收法稳频 T$1(6<:+.  
N9 TM  
4.3激光束的变换 h(p c GE  
wQ?Z y;/S  
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 -q&7q  
vDCbD#.6  
4.3.2高斯光束的聚焦 ,:% h`P_  
CPcB17!  
4.3.3高斯光束的准直 lm|s%  
]T._TZ"  
4.3.4激光的扩束 1pP q)}=+  
?KG4Z  
4.4激光调制技术 Q} |0  
g=jB'h?  
4.4.1激光调制的基本概念 OmZK~$K_  
eN0lJ~  
4.4.2电光强度调制 ?N]G;%3/  
YM#J_sy@J.  
4.4.3电光相位调制 CEJqo8ds  
y\Wp} }  
4.5激光偏转技术 )i[K1$x2  
o.wXaS8  
4.5.1机械偏转 \_MWZRMc5  
# blh9.V&F  
4.5.2电光偏转 q+ka}@  
F]cc?r312  
4.5.3声光偏转 kH?PEA! \  
FpZ5@  
4.6激光调Q技术 wlpcuz@  
BirnCfj/2  
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q lL&p?MUp  
Y4N)yMSl"  
4.6.2调Q原理 e#@u&+K/f  
?ZYj5[op,H  
4.6.3电光调Q 0%qM`KZC  
F41gMg  
4.6.4声光调Q .}Hs'co  
p1s|JI  
4.6.5染料调Q KN~Repcz@  
0aGAF ]  
4.7激光锁模技术 U["IXR#  
([]\7}+8  
4.7.1锁模原理 40$9./fe)  
wrVR[v>E<  
4.7.2主动锁模 +1Pu29B0  
\wV ?QH  
4.7.3被动锁模 $E^*^({  
Ryn@">sVI  
思考练习题4 k[\JT[Mp  
SDO~g~NTp  
第5章典型激光器介绍 BJjxy0+  
R^rA.7T  
5.1固体激光器 n +dRAIqB  
*}Rd%'  
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质  (Kj>Ao  
,.V=y%  
5.1.2固体激光器的泵浦系统 p7[&H/  
A/.z. K  
5.1.3固体激光器的输出特性 ~e=KBYDBu  
soqnr" 1  
5.1.4新型固体激光器 i|fkwV,5  
LP) IL~  
5.2气体激光器 q,]57s  
29NP!W /g  
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 uKo4nXVtp  
[yVcH3GcjI  
5.2.2二氧化碳激光器 E#n: d9WA:  
u HXb=U  
5.2.3Ar+离子激光器 3Z74&a$  
H}lbF0`  
5.3染料激光器 sVP2$?  
SpZmwa #\  
5.3.1染料激光器的激发机理 94.M 8  
BF U#FE)s  
5.3.2染料激光器的泵浦 >k(AQW5?  
D66!C{  
5.3.3染料激光器的调谐 P> ~Lx  
I2C1mV  
5.4半导体激光器 #M92=IH  
[bd?$q i  
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 O9Yk5b;  
Og kb N`  
5.4.2PN结和粒子数反转 K_V$ktL  
T7Yg^ -"  
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 ,@t#)HV  
y |Tv;v1L  
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 ,tuZ_"?M  
'Y5=A!*@tf  
5.5其他激光器 RueL~$*6.~  
UbSD?Ew@35  
5.5.1准分子激光器 G_?qY#"(  
IeBb#Qedz  
5.5.2自由电子激光器 Xj21:IMR  
 U66oe3W  
5.5.3化学激光器 92L{be; SY  
XPcx"zv\  
思考练习题5 m`8tHHF  
=eG:Scoug?  
第6章激光在精密测量中的应用 <nn!9V\C   
'8fL)Zk  
6.1激光干涉测长 9wv 7 HD|  
i%9xt1c_  
6.1.1干涉测长的基本原理 ">S.~'ds  
vC5y]1QDd  
6.1.2激光干涉测长系统的组成 +IfU 5&5<  
mKBPIQ+ZS  
6.1.3激光外差干涉测长技术 `d:cq.OO  
D~%h3HM  
6.1.4激光干涉测长应用举例 a5%IjgQ&z  
F% K}&3  
6.2激光衍射测量 >]WQ1E[=  
G-sA)WOF  
6.2.1激光衍射测量原理 )L:p.E  
pc<A ,?  
6.2.2激光衍射测量的方法 @0q*50  
pJ]i)$M  
6.2.3激光衍射测量的应用 ;923^*\:F{  
,]-A~^|  
6.3激光测距 9$P*fx&m  
~UV$(5&-  
6.3.1激光脉冲测距 nD;8)VI'I  
6B>H75S+H  
6.3.2激光相位测距 Tta+qjr  
p*(]8pDC  
6.4激光准直及多自由度测量 HCKj8-*  
kc70HrG  
6.4.1激光准直仪 7 {#^ zr  
5R7DD5c[  
6.4.2激光衍射准直仪 h^"OC$  
bO?Us  
6.4.3激光多自由度测量 # :3~I  
G=%SMl>[  
6.5激光多普勒测速 ~eHu +pv  
IEW[VU)  
6.5.1运动微粒散射光的频率 .[4Dv t|>6  
%QrpFE5 V5  
6.5.2差频法测速  6,;7iA]  
DnW*q/=w  
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 :0RfA%  
Acib<Mi2!-  
6.6环形激光测量角度和角加速度 )s4a<S c]  
VCUEzR0  
6.6.1环形激光精密测角 C| Vz `FY  
j -j,0!T~b  
6.6.2光纤陀螺 |v%xOl  
)S6"I  
6.7激光环境计量 z wJ Vi9sO  
",qJG]_ <  
6.8激光散射板干涉仪 _l;$<]re\k  
JgY#W1>  
思考练习题6 /DBldL7yi  
\z PcnDB  
第7章激光加工技术 BTu_$5F  
3fWL}]{<a  
7.1激光热加工原理 )mw&e}jRV  
c$HZvv  
7.2激光表面改性技术 Y^@Nvt$<K  
'+ cPx\4  
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 K-b'jP\  
sAz]8(Fi0  
7.2.2激光表面熔凝技术 @ "=wn:O+  
U}Aoz|  
7.2.3激光熔覆技术 k3wAbGp  
o7W1sD1O  
7.3激光去除材料技术 o|BEY3|  
tX#8 G09G+  
7.3.1激光打孔 bM"crRG"  
*N #{~  
7.3.2激光切割 x:O;Z~ |.  
Hs~u&c  
7.4激光焊接 >C|i^4ppI  
gP?uLnzvi  
7.4.1激光热导焊 !:^lTvYWZH  
b];p/V# <  
7.4.2激光深熔焊 b:w {7  
otgU6S7F  
7.4.3激光复合焊 nwm1YPs%v]  
9AsK=/Buf  
7.5激光快速成型技术 1k8zAtuj  
?A4t &4  
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 E5J2=xVW#  
s;;"^5B.  
7.5.2激光快速成型技术 Uj[E_4h  
(yx9ox@rL  
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 _a 40lcP  
CF:s@Z+  
7.6其他激光加工技术 tM$w0Cj  
)Q%hd|R  
7.6.1激光清洗技术 WTcrfs)T  
, 9C~%c0Pw  
7.6.2激光弯曲 i;XkH4E:)  
d;$<K  
思考练习题7 `bdCom  
=R  <X!@  
第8章激光在医学中的应用 eaxp(VX?oy  
-3fzDxD  
8.1激光与生物体的相互作用 XJ`!d\WL/!  
kCu"G  
8.1.1生物体的光学特性 yLI)bn!"  
TvzqJ=  
8.1.2激光对生物体的作用 _8U 5mW  
/b)V=mcR  
8.1.3激光对生物体应用的优点 n!B*n(;!u  
1%nE  
8.2激光在临床治疗中的应用 )lo;y~ o  
d/k70Ybk  
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 DhAQ|SdCf  
tC,R^${#  
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 &ZRriqsQg  
,y+}0q-Ou  
8.2.3激光在眼科中的应用 9f ^c9@=  
Whd2mKwiO  
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 4[ 7) $  
"0(H! }D  
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 %`cP|k  
csPziH$wl  
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 s 9Y'MQo*  
BP6|^Q  
8.2.7光动力学治疗 #]iSh(|8  
'V=i;2mB*  
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 YjTRz.e{[7  
|Mj2lZS  
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 <R TAO2  
d%y)/5  
8.3.2激光断层摄影 B J0P1vh6M  
z)RJUmY3B  
8.3.3激光显微镜 V5MLzW\8  
]>33sb S6  
8.4医用激光设备 F.s*^}L[  
3q!hY  
8.4.1医用激光光源 UkE  fuH  
w$X"E*~>8  
8.4.2医用激光传播用光纤 0~(K@U>#  
< ] ~FX 25  
8.5激光应用于医学的未来 f(^? PGO  
[ p+]H?(A  
8.5.1医用激光新技术 |# _F  
J-6l<%962%  
8.5.2光动力学治疗的前景 5 (Lw-_y#  
56;^ NE4  
思考练习题8 (Q_J{[F  
H+ P&} 3  
第9章激光在信息技术中的应用 Y+,ii$Ce~  
H%LoI)w  
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 "~1{|lj|)  
l@ amAusE  
9.1.1半导体激光器 N-0kB vo  
v0D~zV"<y  
9.1.2光纤激光器 kq{PM-]l  
9; \a|8O  
9.1.3光放大器 1Mftq4nq  
D%=VhKq  
9.2激光全息三维显示 ma +iIt;  
EO&PabZWR  
9.2.1全息术的历史回顾 >TB"Ez09  
=bx;TV  
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 t",=]k  
9BZyCz  
9.2.3白光再现的全息三维显示 v%ldg833l  
>@g+%K]  
9.2.4计算全息图 BHNcE*U}@?  
x1@`\r#0  
9.2.5数字全息术 gMGX)Y ,=/  
Oc Gg'R7  
9.2.6全息三维显示的优点 LpQ=Y]{j  
wWVLwp4-  
9.2.7全息三维显示的应用 *%3%Zj,{  
jkVX>*.|oy  
9.2.8全息三维显示技术的展望 \ah.@s  
TFQX}kr]  
9.3激光存储技术 \>DMN #  
(bX77 Xr  
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 pie,^-_.g  
CeZ+!-lG  
9.3.2激光光盘存储 ujLz<5gKuO  
j3Sz+kOf,  
9.3.3激光体全息光存储 m0}1P]dc  
JO3x#1~;_  
9.3.4激光存储技术的新进展 e5s=@-[  
m,Fug1+N  
9.4激光扫描和激光打印机 <>Nq ]WqA  
pV^(8!+  
9.4.1激光扫描 .|VWYN  
,\DSi&T  
9.4.2激光打印机 Vx~N`|yY  
/c&;WlE/n  
9.5量子光通信中的激光源 +o4W8f=Ga  
'yw7|i2  
9.5.1量子光通信 Ag82tDL[u  
yP~O C|Z  
9.5.2量子态发生器及应用 b9%G"?~Zz  
% >mB"Y,  
思考练习题9 (6Y.|u]bq  
,&q Q[i  
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 e8Y;~OAj[  
3G.-JLhs  
10.1激光核聚变 oIJ.Tv@N(  
(2l?~CaK  
10.1.1受控核聚变 C-TATH%f^  
\7d T]VV  
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 sN8)p%'Lg  
'",+2=JJ  
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 |EjMpRNE  
rIhe}1  
10.2激光冷却 !8Mi+ZV  
~stG2^"[  
10.3激光操纵微粒 %8]~+ #]p  
Lc?q0x^s  
10.3.1光捕获 K]Rb~+a<  
DOa%|H'P  
10.3.2微粒操纵 )/Mk\``j  
~snYf7  
10.4超越经典衍射极限的分辨率 ,QZNH?Cp/  
AB0>|.  
10.4.1解析延拓 fhp+Ep!0Y  
AnD#k ]  
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 |{j\7G*5  
+ak<yV1=  
10.4.3傅里叶叠层算法 Es^=&2 ''  
=*\(Y (0  
10.4.4相干谱复用 \:pd+8  
#FwTV@  
10.4.5非相干结构光照明成像 $;Nw_S@  
+DR,&;  
10.4.6超分辨荧光显微镜 =kiDW6 JJU  
KrzIL[;2o  
10.5激光光谱学 ~1g)4g~  
:%2uZ/cG(  
10.5.1拉曼光谱 'X(Sn3  
4^u wZ:  
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 l2ww3)Z  
|j w{7\+  
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 +j!$88%Z{  
` & {  
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 |k [hk  
0\DlzIO  
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 8HxtmFqG  
9'I$8Su  
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 BqG7E t  
U+7!Vpq  
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 Cz)/Bq  
FS^ie|8{D-  
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 KpF/g[m  
5y8ajae:  
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 O[|prk,  
u7G9 eN  
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 *;!p#qL  
'ngx\Lr  
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 $-l\&V++F  
K=Y{iHn  
思考练习题10 (|t)MnPfY  
skzTw66W.  
附录A随机变量 &|#z" E^-  
ki<4G  
A.1概率的定义和随机变量 w7"&\8a  
VcpN PU6  
A.2分布函数和密度函数 -l i71.M  
^^ +vt8|  
A.3推广到两个或多个联合随机变量 c8}jO=/5+  
.~Y% AI  
A.4统计平均 :(Uz`k7   
F2WMts  
附录B随机过程 RAY.]:}jr  
:!WKD@]  
B.1随机过程的定义和描述 snti*e4"V  
:j[a X7Sq2  
B.2平稳性和遍历性 v3Xt<I=4y  
%LZ-i?DL4Q  
参考文献 F ?.J1]  
OaCp3No  
Wt $q{g{C  
^/_1y[j  
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qqqoooppp 2021-01-08 09:32
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小康的天空 2021-04-11 19:57
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liaoxiangyu 2021-04-14 17:52
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brant 2021-10-08 09:48
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