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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

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 玻尔兹曼分布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

1.3.4 自发辐射光功率与受激辐射光功率14

1.4 光谱线增宽14

1.4.1 光谱线、线型和光谱线宽度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23

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26

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

3.2.2 共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布56

3.3 高斯光束的传播特性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 稳定球面腔的等价对称共焦腔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

3.7 激光光束质量的品质因子M270

思考练习题373

第4章 激光的基本技术74

4.1 激光器输出的选模74

4.1.1 激光单纵模的选取74

4.1.2 激光单横模的选取77

4.2 激光器的稳频79

4.2.1 影响频率稳定的因素79

4.2.2 稳频方法概述80

4.2.3 兰姆凹陷法稳频81

4.2.4 饱和吸收法稳频83

4.3 激光束的变换84

4.3.1 高斯光束通过薄透镜时的变换84

4.3.2 高斯光束的聚焦86

4.3.3 高斯光束的准直88

4.3.4 激光的扩束89

4.4 激光调制技术90

4.4.1 激光调制的基本概念90

4.4.2 电光强度调制90

4.4.3 电光相位调制92

4.5 激光偏转技术92

4.5.1 机械偏转93

4.5.2 电光偏转93

4.5.3 声光偏转94

4.6 激光调Q技术94

4.6.1 激光谐振腔的品质因数Q95

4.6.2 调Q原理95

4.6.3 电光调Q96

4.6.4 声光调Q97

4.6.5 染料调Q97

4.7 激光锁模技术98

4.7.1 锁模原理98

4.7.2 主动锁模99

4.7.3 被动锁模100

思考练习题4101

第5章 典型激光器介绍102

5.1 固体激光器102

5.1.1 固体激光器的基本结构与工作物质102

5.1.2 固体激光器的泵浦系统104

5.1.3 固体激光器的输出特性105

5.1.4 新型固体激光器105

5.2 气体激光器107

5.2.1 氦氖（He-Ne）激光器107

5.2.2 二氧化碳激光器109

5.2.3 Ar＋离子激光器111

5.3 染料激光器113

5.3.1 染料激光器的激发机理113

5.3.2 染料激光器的泵浦114

5.3.3 染料激光器的调谐115

5.4 半导体激光器116

5.4.1 半导体的能带和产生受激辐射的条件117

5.4.2 PN结和粒子数反转118

5.4.3 半导体激光器的工作原理和阈值条件120

5.4.4 同质结和异质结半导体激光器121

5.5 其他激光器123

5.5.1 准分子激光器123

5.5.2 自由电子激光器124

5.5.3 化学激光器125

思考练习题5126

第6章 激光在精密测量中的应用127

6.1 激光干涉测长127

6.1.1 干涉测长的基本原理127

6.1.2 激光干涉测长系统的组成128

6.1.3 激光外差干涉测长技术130

6.1.4 激光干涉测长应用举例132

6.2 激光衍射测量133

6.2.1 激光衍射测量原理133

6.2.2 激光衍射测量的方法135

6.2.3 激光衍射测量的应用138

6.3 激光测距140

6.3.1 激光脉冲测距140

6.3.2 激光相位测距142

6.4 激光准直及多自由度测量145

6.4.1 激光准直仪146

6.4.2 激光衍射准直仪148

6.4.3 激光多自由度测量149

6.5 激光多普勒测速151

6.5.1 运动微粒散射光的频率151

6.5.2 差频法测速152

6.5.3 激光多普勒测速技术的应用154

6.6 环形激光测量角度和角加速度156

6.6.1 环形激光精密测角156

6.6.2 光纤陀螺157

6.7 激光环境计量158

6.8 激光散射板干涉仪159

思考练习题6161

第7章 激光加工技术163

7.1 激光热加工原理163

7.2 激光表面改性技术167

7.2.1 激光淬火技术的原理与应用167

7.2.2 激光表面熔凝技术170

7.2.3 激光熔覆技术170

7.3 激光去除材料技术171

7.3.1 激光打孔172

7.3.2 激光切割174

7.4 激光焊接176

7.4.1 激光热导焊178

7.4.2 激光深熔焊179

7.4.3 激光复合焊181

7.5 激光快速成型技术186

7.5.1 激光快速成型技术的原理及主要优点186

7.5.2 激光快速成型技术187

7.5.3 激光快速成型技术的重要应用190

7.6 其他激光加工技术191

7.6.1 激光清洗技术191

7.6.2 激光弯曲192

思考练习题7192

第8章 激光在医学中的应用193

8.1 激光与生物体的相互作用193

8.1.1 生物体的光学特性193

8.1.2 激光对生物体的作用195

8.1.3 激光对生物体应用的优点196

8.2 激光在临床治疗中的应用196

8.2.1 激光临床治疗的种类与现状196

8.2.2 激光在皮肤科及整形外科领域中的应用197

8.2.3 激光在眼科中的应用198

8.2.4 激光在泌尿外科中的应用200

8.2.5 激光在耳鼻喉科中的应用201

8.2.6 最新的技术——间质激光光凝术201

8.2.7 光动力学治疗202

8.3 激光在生物体检测及诊断中的应用204

8.3.1 利用激光的生物体光谱测量及诊断204

8.3.2 激光断层摄影205

8.3.3 激光显微镜207

8.4 医用激光设备209

8.4.1 医用激光光源209

8.4.2 医用激光传播用光纤211

8.5 激光应用于医学的未来212

8.5.1 医用激光新技术212

8.5.2 光动力学治疗的前景213

思考练习题8214

第9章 激光在信息技术中的应用215

9.1 光纤通信系统中的激光器和光放大器215

9.1.1 半导体激光器215

9.1.2 光纤激光器219

9.1.3 光放大器222

9.2 激光全息三维显示227

9.2.1 全息术的历史回顾227

9.2.2 激光全息术的基本原理和分类227

9.2.3 白光再现的全息三维显示229

9.2.4 计算全息图233

9.2.5 数字全息术233

9.2.6 全息三维显示的优点235

9.2.7 全息三维显示的应用235

9.2.8 全息三维显示技术的展望240

9.3 激光存储技术241

9.3.1 激光存储的基本原理、分类及特点241

9.3.2 激光光盘存储242

9.3.3 激光体全息光存储244

9.3.4 激光存储技术的新进展［77,85,90,91,92］246

9.4 激光扫描和激光打印机249

9.4.1 激光扫描249

9.4.2 激光打印机255

9.5 量子光通信中的激光源257

9.5.1 量子光通信257

9.5.2 量子态发生器及应用260

思考练习题9264

第10章 激光在科学技术前沿问题中的应用265

10.1 激光核聚变265

10.1.1 受控核聚变265

10.1.2 磁力约束和惯性约束控制方法266

10.1.3 激光压缩点燃核聚变的原理267

10.2 激光冷却268

10.3 激光操纵微粒270

10.3.1 光捕获270

10.3.2 微粒操纵271

10.4 激光诱导化学过程273

10.4.1 激光波长和离解能的关系273

10.4.2 激光切断分子273

10.4.3 液体、固体的光化学反应275

10.5 激光光谱学275

10.5.1 拉曼光谱276

10.5.2 空间高分辨的激光显微光谱277

10.5.3 频率高分辨的双光子光谱279

10.5.4 时间高分辨的激光闪光光谱279

10.5.5 各种特殊效能的激光光谱技术280

10.6 激光用于反常多普勒效应的基础物理研究281

10.6.1 电磁波的正常多普勒效应282

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282

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283

10.6.4 反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析286

10.6.5 反常多普勒效应的测量实验结果289

思考练习题10290

参考文献292