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第1章 辐射理论概要与激光产生的条件1

1.1 光的波粒二象性1

1.1.1 光波1

目录1

1.1.2 光子5

1.2 原子的能级和辐射跃迁5

1.2.1 原子能级和简并度5

1.2.2 原子状态的标记6

1.2.3 玻耳兹曼分布8

1.2.4 辐射跃迁和非辐射跃迁8

1.3 光的受激辐射9

1.3.1 黑体热辐射9

1.3.2 光和物质的作用10

1.3.3 自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系13

1.4.1 光谱线、线型和光谱线宽度14

1.3.4 自发辐射光功率与受激辐射光功率14

1.4 光谱线增宽14

1.4.2 自然增宽17

1.4.3 碰撞增宽20

1.4.4 多普勒增宽21

1.4.5 均匀增宽和非均匀增宽线型23

1.4.6 综合增宽24

1.5 激光形成的条件24

1.5.1 介质中光的受激辐射放大24

1.5.2 光学谐振腔和阈值条件27

思考练习题128

第2章 激光器的工作原理29

2.1 光学谐振腔结构与稳定性29

2.1.1 共轴球面谐振腔的稳定性条件29

2.1.2 共轴球面腔的稳定图及其分类30

2.1.3 稳定图的应用31

2.2 速率方程组与粒子数反转32

2.2.1 三能级系统和四能级系统32

2.2.2 速率方程组32

2.2.3 稳态工作时的粒子数密度反转分布33

2.2.4 小信号工作时的粒子数密度反转分布34

2.2.5 均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布34

2.2.6 均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应35

2.3 均匀增宽介质的增益系数和增益饱和36

2.3.1 均匀增宽介质的增益系数36

2.3.2 均匀增宽介质的增益饱和37

2.4 非均匀增宽介质的增益饱和39

2.4.1 介质在小信号时的粒子数密度反转分布值39

2.4.2 非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数40

2.4.3 非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布41

2.4.4 非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和42

2.5 激光器的损耗与阈值条件43

2.5.1 激光器的损耗44

2.5.2 激光谐振腔内形成稳定光强的过程44

2.5.3 阈值条件45

2.5.4 对介质能级选取的讨论46

思考练习题248

第3章 激光器的输出特性49

3.1 光学谐振腔的衍射理论49

3.1.1 菲涅耳-基尔霍夫衍射公式49

3.1.2 光学谐振腔的自再现模积分方程50

3.1.3 激光谐振腔的谐振频率和激光纵模52

3.2 对称共焦腔内外的光场分布53

3.2.1 共焦腔镜面上的场分布53

3.3 高斯光束的传播特性56

3.2.2 共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布56

3.3.1 高斯光束的振幅和强度分布57

3.3.2 高斯光束的相位分布58

3.3.3 高斯光束的远场发散角59

3.3.4 高斯光束的高亮度60

3.4 稳定球面腔的光束传播特性61

3.4.1 稳定球面腔的等价共焦腔61

3.4.2 稳定球面腔的光束传播特性62

3.5 激光器的输出功率63

3.5.1 均匀增宽型介质激光器的输出功率63

3.5.2 非均匀增宽型介质激光器的输出功率65

3.6 激光器的线宽极限69

思考练习题370

4.1 激光器输出的选模72

4.1.1 激光单纵模的选取72

第4章 激光的基本技术72

4.1.2 激光单横模的选取75

4.2 激光器的稳频77

4.2.1 影响频率稳定的因素77

4.2.2 稳频方法概述78

4.2.3 兰姆凹陷法稳频79

4.2.4 饱和吸收法稳频81

4.3 激光束的变换82

4.3.1 高斯光束通过薄透镜时的变换82

4.3.2 高斯光束的聚焦84

4.3.3 高斯光束的准直86

4.3.4 激光的扩束87

4.4 激光调制技术88

4.4.1 激光调制的基本概念88

4.4.2 电光强度调制88

4.5 激光偏转技术90

4.4.3 电光相位调制90

4.5.1 机械偏转91

4.5.2 电光偏转91

4.5.3 声光偏转92

4.6 激光调Q技术92

4.6.1 激光谐振腔的品质因数Q93

4.6.2 调Q原理93

4.6.3 电光调Q94

4.6.4 声光调Q95

4.6.5 染料调Q95

4.7 激光锁模技术96

4.7.1 锁模原理96

4.7.2 主动锁模97

4.7.3 被动锁模98

思考练习题499

第5章 典型激光器介绍100

5.1 固体激光器100

5.1.1 固体激光器的基本结构与工作物质100

5.1.2 固体激光器的泵浦系统102

5.1.3 固体激光器的输出特性103

5.1.4 新型固体激光器103

5.2 气体激光器105

5.2.1 氦-氖（He-Ne）激光器105

5.2.2 二氧化碳激光器107

5.2.3 Ar+离子激光器109

5.3 染料激光器111

5.3.1 染料激光器的激发机理111

5.3.2 染料激光器的泵浦112

5.3.3 染料激光器的调谐113

5.4.1 半导体的能带和产生受激辐射的条件115

5.4 半导体激光器115

5.4.2 PN结和粒子数反转117

5.4.3 半导体激光器的工作原理和阈值条件118

5.4.4 同质结和异质结半导体激光器119

5.5 其他激光器121

5.5.1 准分子激光器121

5.5.2 自由电子激光器123

5.5.3 化学激光器123

思考练习题5124

第6章 激光在精密测量中的应用125

6.1 激光干涉测长125

6.1.1 干涉测长的基本原理125

6.1.2 激光干涉测长系统的组成126

6.1.3 激光外差干涉测长技术129

6.1.4 激光干涉测长应用举例130

6.2.1 激光衍射测量原理131

6.2 激光衍射测量131

6.2.2 激光衍射测量的方法133

6.2.3 激光衍射测量的应用136

6.3 激光测距138

6.3.1 激光脉冲测距138

6.3.2 激光相位测距140

6.4 激光准直及多自由度测量143

6.4.1 激光准直仪144

6.4.2 激光衍射准直仪146

6.4.3 激光多自由度测量147

6.5 激光多普勒测速149

6.5.1 运动微粒散射光的频率149

6.5.2 差频法测速150

6.5.3 激光多普勒测速技术的应用152

6.6.1 环形激光精密测角154

6.6 环形激光测量角度和角加速度154

6.6.2 光纤陀螺155

6.7 激光环境计量156

思考练习题6157

第7章 激光加工技术158

7.1 激光热加工原理158

7.2 激光表面改性技术162

7.2.1 激光淬火技术的原理与应用162

7.2.2 激光表面熔凝技术165

7.2.3 激光熔覆技术165

7.3 激光去除材料技术166

7.3.1 激光打孔167

7.3.2 激光切割169

7.4 激光焊接171

7.4.1 激光热导焊172

7.4.2 激光深熔焊174

7.4.3 激光焊的优点176

7.5 激光快速成型技术176

7.5.1 激光快速成型技术的原理及主要优点176

7.5.2 激光快速成型技术177

7.5.3 激光快速成型技术的重要应用181

7.6 其他激光加工技术182

7.6.1 激光清洗技术182

7.6.2 激光弯曲182

思考练习题7182

第8章 激光在医学中的应用184

8.1 激光与生物体的相互作用184

8.1.1 生物体的光学特性184

8.1.2 激光对生物体的作用186

8.2.1 激光临床治疗的种类与现状187

8.2 激光在临床治疗中的应用187

8.1.3 激光对生物体应用的优点187

8.2.2 激光在皮肤科及整形外科领域中的应用188

8.2.3 激光在眼科中的应用189

8.2.4 激光在泌尿外科中的应用191

8.2.5 激光在耳鼻喉科中的应用192

8.2.6 最新的技术——间质激光光凝术192

8.2.7 光动力学治疗193

8.3 激光在生物体检测及诊断中的应用195

8.3.1 利用激光的生物体光谱测量及诊断195

8.3.2 激光断层摄影196

8.3.3 激光显微镜198

8.4 医用激光设备200

8.4.1 医用激光光源200

8.4.2 医用激光传播用光纤201

8.5.1 医用激光新技术203

8.5 激光应用于医学的未来203

8.5.2 光动力学治疗的前景204

思考练习题8205

第9章 激光在信息技术中的应用206

9.1 光纤通信系统中的激光器和光放大器206

9.1.1 半导体激光器206

9.1.2 光纤激光器209

9.1.3 光放大器212

9.2 激光全息三维显示216

9.2.1 全息术的历史回顾217

9.2.2 激光全息术的基本原理和分类217

9.2.3 白光再现的全息三维显示218

9.2.4 计算全息图222

9.2.5 激光全息三维显示的优点223

9.2.6 激光全息三维显示的应用223

9.2.7 激光全息三维显示技术的展望227

9.3 激光存储技术228

9.3.1 激光存储的基本原理、分类及特点228

9.3.2 激光光盘存储229

9.3.3 激光体全息光存储231

9.3.4 激光存储技术的新进展233

9.4 激光扫描和激光打印机235

9.4.1 激光扫描235

9.4.2 激光打印机241

思考练习题9244

第10章 激光在科学技术前沿问题中的应用245

10.1 激光核聚变245

10.1.1 受控核聚变245

10.1.2 磁力约束和惯性约束控制方法246

10.1.3 激光压缩点燃核聚变的原理247

10.2 激光冷却248

10.3 激光操纵微粒250

10.3.1 光捕获250

10.3.2 微粒操纵251

10.4 激光诱导化学过程253

10.4.1 激光波长和离解能的关系253

10.4.2 激光切断分子253

10.4.3 液体、固体的光化学反应255

10.5 激光光谱学255

10.5.1 拉曼光谱256

10.5.2 空间高分辨的激光显微光谱257

10.5.3 频率高分辨的双光子光谱259

10.5.4 时间高分辨的激光闪光光谱259

10.5.5 各种特殊效能的激光光谱技术260

思考练习题10261

参考文献263