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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。 #3O$B*gV6
v5I5tzt*%H
[attachment=99403] ?y@;=x!'
oore:`m;
第1章辐射理论概要与激光产生的条件 #'m#Q6`
g2vt(Gf ;
1.1光的波粒二象性 cpH *!*S
K<k\A@rv8H
1.1.1光波 uG/b Cb+V
" ;o, D
1.1.2光子 <J]N E|:
!-7<x"avm
1.2原子的能级和辐射跃迁 .B! L+M< [
u$
vLwJ| o
1.2.1原子能级和简并度 #%]?e
N
%+dRjG ~TB
1.2.2原子状态的标记 eH 9-GGr
J=H8^4M
1.2.3玻尔兹曼分布 AY]rQ:I
>` n)-8
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 _AiGD
[C3wjYi
1.3光的受激辐射 }]pO R&o
cr!s q.) s
1.3.1黑体热辐射 $wcV~'fM
r3YfY \
1.3.2光和物质的作用 2bf#L?5g/
"9RW<+
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 V^\b"1X7N
|vj!,b88n#
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 s
~i,R
=I $:-[(
1.4光谱线增宽 ?`B6I!S0[
n* z;%'0
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 &qV_|f;
3UcOpq2i\
1.4.2自然增宽 VKr
oikz@]
2!a~YT
1.4.3碰撞增宽 tY?evsVgz
s3)T}52
1.4.4多普勒增宽 0[s<!k9=
!_:|mu'
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 ."j*4
C 2?p>S/q
1.4.6综合增宽 peU1
t:k?
(X Ql2C
1.5激光形成的条件 -vS7 %Fbr
68!=`49r>
1.5.1介质中光的受激辐射放大 3
J\&t4q
t<qXXQ&5
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 KkZ o|\V
%[m%QP1;p
思考练习题1 BeM|1pe.
":^cb =
第2章激光器的工作原理 jhE3@c@pT
ACH!Gw~
2.1光学谐振腔结构与稳定性 -KC Q!0\F
D ?cE$P
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 W.<I:q`eO
oFS)3.
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 n Iqmora
: ;Wh!8+j
2.1.3稳定图的应用 ;gW?Fnry;
y7#vH<
2.2速率方程组与粒子数反转 ^ `Y1
(2%z9W
2.2.1三能级系统和四能级系统 xw rleB
-cWxS{vO
2.2.2速率方程组 qgs Kbsl
2<+9lk
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 2d-C}&}L\
T8J[B( )L
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 w24@KaKFo
24/ ^_Td
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 .JL?RH2@8
0t}&32 lL&
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 }Gm/9@oKc
2a O. t
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 J9/}ZD^
Q u@T}Ci
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 NpY zN|W:
. vQCX1V(
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 5J<ghv>\P
b$'}IWNV
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 9 !oNyqQ
NX:i]t
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 q/yL={H?
[0mg\n ?
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 )k| _ CW~
~uz 4
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 Sj<WiQ%<
B@2VI
1%
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 }W k!):=y
+ %07J6
2.5激光器的损耗与阈值条件 2N:|B O>
}Q m : g
2.5.1激光器的损耗 P ||:?3IH
JA~v:e c
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 ')>&:~
8z
h{?0
2.5.3阈值条件 T#e ;$\
qA6;Q$
2.5.4对介质能级选取的讨论 pT` oC&
aM|^t:
思考练习题2 YCd[ s[
v5;V$EGD&
第3章激光器的输出特性 qKg*/)sD(
"?UBW5nM#
3.1光学谐振腔的衍射理论 o MV<Yn_<
&%Lps_+fJ
3.1.1数学预备知识 '{?7\+o.x
t\$P*_
3.1.2菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 usR: -1{
9c@. "O`
3.1.3光学谐振腔的自再现模积分方程 09S LQVo
@Js^=G2
3.1.4激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 r#%z1u
KK%R3{
3.2对称共焦腔内外的光场分布 r2]KP(T8|
E9IU ,P6a
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 S3iXG
@
%cl=n!T
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 M_wj>NXZ
(93 +b%^[
3.3高斯光束的传播特性 0//?,'.
l$~3_3+
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 O:Ixy?b;Z
pp#xN /V#a
3.3.2高斯光束的相位分布 V9 dRn2- [
?B"k9+%5ej
3.3.3高斯光束的远场发散角 N%k6*FBp~
}9GD'N?4
3.3.4高斯光束的高亮度 *?a rEYc8
j[Y$)HF
3.4稳定球面腔的光束传播特性 VM1`:1Z:$
`EUu fTYi
3.4.1稳定球面腔的等价对称共焦腔 ueyz@{On~
qBKRm0< W
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 7 )`U%}R
]b"Oy}ARW
3.5其他几种常用的激光光束 ]{Ytf'bG
N<|_ tC+ct
3.5.1厄米-高斯光束 1gwnG&
I$Bu6x!
3.5.2拉盖尔-高斯光束 [zO:[i 7
_bi]Bpxf
3.5.3贝塞尔光束 McRAy%{z
[<+A?M=
3.6激光器的输出功率 (|<e4HfZL
3~I|KF7x
3.6.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 l$PSID
7S_rN!E1i*
3.6.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 7<<- \7`
ETw7/S${
3.7激光器的线宽极限 p5C:MA~*
yM *-e m
3.8激光光束质量的品质因子M2 !\
IgTt,
Df\~ ZWs!
3.9模式激光的某些一阶统计性质 ^u? # fLr
B^;P:S<yG
3.9.1单模激光的一阶统计性质 5/vfmDt3'G
N%hV +># Z
3.9.2多模激光的一阶统计性质 xpJ6M<O{8
yMU>v r
思考练习题3 9w^ lRbn
f4JmY1)@
第4章激光的基本技术 s#%$aQ|Fp
raWs6b4 Q
4.1激光器输出的选模 tl 0_ Sd
S_E-H.d"
4.1.1激光单纵模的选取 e;+6U"Jx*
l EcZ/
4.1.2激光单横模的选取 [g bYIwL.
toq/G,N Q
4.2激光器的稳频 _2eRH@ T
LW={| 3}
4.2.1影响频率稳定的因素 5` TbM
i `m&X6)\j
4.2.2稳频方法概述 {XHAQ9'
S(B$[)(
4.2.3兰姆凹陷法稳频 4pvT?s>68
-C]k YQ
4.2.4饱和吸收法稳频 {X8 5
R&>G6jZ?8
4.3激光束的变换 KASuSg+
))/NGa
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换
~ 4 v
e -!6m #0
4.3.2高斯光束的聚焦 YXJr eM 5
Z~g6C0
4.3.3高斯光束的准直 )\ S 3Q
Djy qQ yq~
4.3.4激光的扩束 ''bh{
.x
b W]7$?acv
4.4激光调制技术 b^*9m PP
8 #m,TOp
4.4.1激光调制的基本概念 ;P S V3Zh
oO0dN1/
4.4.2电光强度调制 9J3@8h p
M id v
4.4.3电光相位调制 ?z
hw0
)x!b{5'"7
4.5激光偏转技术 Oe)d|6=
b< dwf[
4.5.1机械偏转 Su]@~^ w
O'm5k l
4.5.2电光偏转 &$$o=Y g,
D*%? 0
4.5.3声光偏转 _#UiY
ffa*
Y3_C':r
4.6激光调Q技术 (#&-ld6
H*m3i;"4p\
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q UmR\2
cs
5 NR@<FE
4.6.2调Q原理 ?*zDsQ
u PT2ga ]
4.6.3电光调Q _Gu;= H,~&
|rgp(;iO
4.6.4声光调Q lZ'WFFWL E
5}3#l/
4.6.5染料调Q {\WRW}iO
J dM0f!3
4.7激光锁模技术 \,AE5hnO
kqH:H~sgD
4.7.1锁模原理 i _c'E;|
K7 J RCLA
4.7.2主动锁模 W? F Q
V&h{a8xa$
4.7.3被动锁模 h- f`as"d
tEN8S]X
思考练习题4 [.(,v n?6
y+aKk6(_W
第5章典型激光器介绍 UkTq0-N;2
S4_C8
5.1固体激光器 ` pY yr/
} Q?a6(4
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 kR+7JUq]
QZ m7
Q4
5.1.2固体激光器的泵浦系统 j* ZU}Ss
%/4_|.8u
5.1.3固体激光器的输出特性 h6Q~Di
'8yC wk
5.1.4新型固体激光器 k-N}tk/5
0clq}
5.2气体激光器
hm\UqIt
FN w0x6,~R
5.2.1氦氖(HeNe)激光器 E !9(6G4
P;G]qV %
5.2.2二氧化碳激光器 tb^/ jzC
j8G$ , ~v
5.2.3Ar＋离子激光器 N/!( `Z,
UQg_y3
#V
5.3染料激光器 A+MG?k>yg
|ms .
5.3.1染料激光器的激发机理 iYf)FPET
@__m>8 wn
5.3.2染料激光器的泵浦 kz/"5gX:
x*sDp3f[*
5.3.3染料激光器的调谐 X<D fzd oI
n) j0h-
5.4半导体激光器 8B(=Y;w
&P,uK+C4
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 Yr*! T= z
=)s~t|@v
5.4.2PN结和粒子数反转 z1^3~U$}
o%,?v
9
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 wmA TV/
t#VX#dJ
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 25Ro
)5
FHSFH >
5.5其他激光器 .Y0O.
-<ome~|
5.5.1准分子激光器 Q r_0
L
Ncr Bp(
5.5.2自由电子激光器 O ^!Bc}$
N^M6*,F,J
5.5.3化学激光器 #+N_wIP4
{;|pcx\L6~
思考练习题5 '1rGsfp6In
2acT w#
第6章激光在精密测量中的应用 C+t0Ze n
ORM3o ucP
6.1激光干涉测长 2 +/r~LwbK
J (K/z,4h
6.1.1干涉测长的基本原理 .^ 2.h
RU=\eD
6.1.2激光干涉测长系统的组成 <5"&]!
.
BNF*1JO
6.1.3激光外差干涉测长技术 PJ4 / E
%gQUog
6.1.4激光干涉测长应用举例 j
sD]v)LB
o:&8H>(hn]
6.2激光衍射测量 &uF~t
|!c
$)nPj_h
6.2.1激光衍射测量原理 <CB%e!~.9
Ir-QD !!<
6.2.2激光衍射测量的方法 *p=enflU
q7r b3d
6.2.3激光衍射测量的应用 5} Id[%.x
*~YdL 7f)J
6.3激光测距 }30Sb &"
T*gG <8
6.3.1激光脉冲测距 o>nw~_ H\
eXD~L &s[
6.3.2激光相位测距 ]l C2YD}
7M
_
mR Vh
6.4激光准直及多自由度测量 .zl[nx[9"D
*];QPi~
6.4.1激光准直仪 " dG N0i
'&hd^9]Lo
6.4.2激光衍射准直仪 A'rd1"K
kI9I{ &J&
6.4.3激光多自由度测量 zc=G4F01
by0K:*C
6.5激光多普勒测速 :4-, Ru1C"
.%)uCLZr $
6.5.1运动微粒散射光的频率 k \qFWFR
3[y$$ qXI
6.5.2差频法测速 =.CiKV$E
c-5AI{%bl6
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 %gs?~Xl)]
[|YvVA
6.6环形激光测量角度和角加速度 M]p-<R\
i-w$-2w
6.6.1环形激光精密测角 NiWAJ]Z
9od*N$
6.6.2光纤陀螺 Xp9I3nd|
|U;O HS
6.7激光环境计量 :hs~;vn)
+or<(%o @
6.8激光散射板干涉仪 I hf)gfHj
37kVJQcA1
思考练习题6 9unRMvE u
= c Z24I
第7章激光加工技术 nIr`T^c9c
q4Wr$T$gs=
7.1激光热加工原理 hrq% { !Z
.{c7 I!8
7.2激光表面改性技术 [520!JhZY
i0$*):b
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 O1c:X7lHc
1P[x.t#
7.2.2激光表面熔凝技术 zG<<MR/<
yc~<h/}#
7.2.3激光熔覆技术 P{UV3ZA%
$l"%o9ICG
7.3激光去除材料技术 xSd&xwP
z `t~N
7.3.1激光打孔 {pH# zs4Y
YPI,u7-
7.3.2激光切割 fn,hP_
C0/^ 6Lu"o
7.4激光焊接 ZSK_Lux>
OqIXFX"
7.4.1激光热导焊 mi<Q3;m
m{=Q88k!@.
7.4.2激光深熔焊 iLZY6?_^
{eI '0==
7.4.3激光复合焊 64mEZ_kG,
r9&m^ ,U
7.5激光快速成型技术 I/tMFg
vs=q< Uw)
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 ur8+k4] \"
qjhV/fsfb
7.5.2激光快速成型技术 hBpa"0F
|xcI~ X7Q
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 GW;%~qH[,
PjEJ C@n
7.6其他激光加工技术 G2kU _
/Yp#` }Ii
7.6.1激光清洗技术 S Dil\x
=/46;844T
7.6.2激光弯曲 F ""9O6u
Rv9jLH
思考练习题7 NT*r7_e
9;U?_
第8章激光在医学中的应用 ;\2Z?Kq
ap}p ?r
8.1激光与生物体的相互作用 B F<u3p??
A_oZSUrR
8.1.1生物体的光学特性 \(P?=] -
B ?? 07j
8.1.2激光对生物体的作用 f;
|fS~
{:u v}4 Z
8.1.3激光对生物体应用的优点 \OV tvJV]
D;V[9E=g/
8.2激光在临床治疗中的应用 D1xGUz2r
Z)W8Of_
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 X>o9mW
rvd $4l^
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 V z/w.%_g
j
%gd:-tA
8.2.3激光在眼科中的应用 (~^fx\-S
]q%r2 (y,k
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 W[O]Aal{
6K pq~o
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 > Dr(%z6CN
&su'znLV
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 &[-(=43@
6^] |
8.2.7光动力学治疗 VjM3M<!g>M
.
|T=T0^
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 f?sm~PwC-
~Xxmj!nOf
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 t
Y
1^WGJ"1
8.3.2激光断层摄影 =WY'n
l'
kKSGC?d
8.3.3激光显微镜 _K~h?
\u
AYA{_^#+3
8.4医用激光设备 $5&%X'jk
Ocx"s\q (
8.4.1医用激光光源 %MjoY_<:_
yv[j
Pbe
8.4.2医用激光传播用光纤 0!|d .jZI
!RmVb} m
8.5激光应用于医学的未来 /IUu-/ D
OT])t<TF6
8.5.1医用激光新技术 /YvXyi>^"%
2H|:/y
8.5.2光动力学治疗的前景 :G1ddb&0+
'V:Q :
思考练习题8 y d 97ys
-XV,r<''
第9章激光在信息技术中的应用 4!Js="
^&eF916H
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 -&8( MT*
o{s2T)2
9.1.1半导体激光器 +NPL. b|
Lj1l ]OD
9.1.2光纤激光器 S 5S\zTPIf
Ht
Fr(g\"$
9.1.3光放大器 ~$ HB}/
m+Y e`]
9.2激光全息三维显示 "<ZV'z
gpV4qDX V
9.2.1全息术的历史回顾 \ 3 SY2g8+
>H;i#!9,
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 K |P0nJT
H`JFXMa<
9.2.3白光再现的全息三维显示 >
{*cW
~R!1{8HP
9.2.4计算全息图 XNYA\%:5S
r6m^~Wq!}
9.2.5数字全息术 F(G..XJQ
Bs~~C 8+
9.2.6全息三维显示的优点 }
!m43x/&
*d 1Bp R%
9.2.7全息三维显示的应用 ;'"'|} xn
w+b r)
9.2.8全息三维显示技术的展望 (g##wa) L
RaJTya^
9.3激光存储技术 "Oxr}^% i
%~LY'cfPse
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 ;.>*O
oe&
|#TU"$;
9.3.2激光光盘存储 9p{ 4- ]
/7AHd ;
9.3.3激光体全息光存储 > G\0Z[<v,
pHeG {<^
9.3.4激光存储技术的新进展 E'QAsU8pP
Y6jyU1 >
9.4激光扫描和激光打印机 s6`E.Eevm
.hT>a<
9.4.1激光扫描 " <CM 'R
w 3t,S3!
9.4.2激光打印机 m%HT)`>bg
2f,8Jnia
9.5量子光通信中的激光源 dN{A t-
;wv[';J
9.5.1量子光通信 ? x%s
j
|9E:S
9.5.2量子态发生器及应用 BlVHP8/b
72<9xNcB!}
思考练习题9 q)q 3p
}a]`"_i;[
第10章激光在科学技术前沿问题中的应用 VE\L&d2S
%_!/4^smE
10.1激光核聚变 |+cz\+
k6tCfq;
10.1.1受控核聚变 @c DB 7w\
S <mZs;
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 0Wr< l%M)+
2q?/aw ;Z
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 S^QEc tXU
H= /1d.p
10.2激光冷却 W{,fpm
a5a
;Fp
10.3激光操纵微粒 `G\
qGllX
}+,Q&]>~
10.3.1光捕获 i$Y#7^l%k
e@'x7Z zh
10.3.2微粒操纵 |IAx!Z -P
,ri &zbB
10.4超越经典衍射极限的分辨率 UF9={ fN1
6uRE9h|
10.4.1解析延拓 yFE0a"0y
$(1t~u<17
10.4.2综合孔径傅里叶全息术 $Itmm/ M
Tu vs}
10.4.3傅里叶叠层算法 7K"3[.
}e 7Rpgu
10.4.4相干谱复用 ` m 5\
?eJ' $
10.4.5非相干结构光照明成像 2[lP ,;!
?$pNd uE
10.4.6超分辨荧光显微镜 +)c<s3OCE
Xu{y5 N
10.5激光光谱学 pMU\ f
_S_,rTf&
10.5.1拉曼光谱 a~2Jf @I3
A}(xH`A
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 O"\4[HE^
o$ @/@r
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 l+;S$evY
<@J$hs9s
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 5<Kt"5Z%7
w,1N ;R&
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 )!(gS,
I
Fw7 ?G,
10.6激光用于反常多普勒效应的基础物理研究 AbNr]w&pXC
$1=7^v[U
10.6.1电磁波的正常多普勒效应 9/"&6,
eC/{c1C
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 Sct
pj %]t
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 SFg4}*"C /
?>7\L'n=5I
10.6.4反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析 ;adZ*'6u
$HwF:L)*
10.6.5反常多普勒效应的测量实验结果 d.}65{F,x
9fp"r,aHN&
思考练习题10 -zECxHj x
&>-'|(m+2
附录A随机变量 1c,#`\Iikd
/l `zZ>
A.1概率的定义和随机变量 #X] *kxQ<
]Z b9F[
A.2分布函数和密度函数 1F.. _5_"]
kR+}7G+
A.3推广到两个或多个联合随机变量 z ,;X Wv?
B1X&O d
A.4统计平均 %:C 6\4
,u@:(G
附录B随机过程 J_F\cM
1n8y4k)
B.1随机过程的定义和描述 PE{<' K\g
C.4(8~Y=~
B.2平稳性和遍历性 wQW` Er3w
jP+{2)z "W
参考文献 Gd!_9S`68
G=qlE?j`j
 9#[,{2pJr
$ `OyGeq"T
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