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。

　　彭润玲，上海理工大学光电信息与计算机工程学院，副教授，主讲"激光原理”等课程，参加编写普通高等教育"十一五”规划教材《激光原理及应用》。

第1章辐射理论概要与激光产生的条件

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11光的波粒二象性

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111光波

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112光子

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12原子的能级和辐射跃迁

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121原子能级和简并度

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122原子状态的标记

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123玻尔兹曼分布

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124辐射跃迁和非辐射跃迁

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13光的受激辐射

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131黑体热辐射

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132光和物质的作用

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133自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系

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134自发辐射光功率与受激辐射光功率

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14光谱线增宽

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141光谱线、线型和光谱线宽度

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142自然增宽

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143碰撞增宽

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144多普勒增宽

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145均匀增宽和非均匀增宽线型

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146综合增宽

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15激光形成的条件

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151介质中光的受激辐射放大

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152光学谐振腔和阈值条件

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思考练习题1

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第2章激光器的工作原理

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21光学谐振腔结构与稳定性

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211共轴球面谐振腔的稳定性条件

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212共轴球面腔的稳定图及其分类

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213稳定图的应用

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22速率方程组与粒子数反转

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221三能级系统和四能级系统

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222速率方程组

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223稳态工作时的粒子数密度反转分布

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224小信号工作时的粒子数密度反转分布

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225均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布

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226均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应

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23均匀增宽介质的增益系数和增益饱和

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231均匀增宽介质的增益系数

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232均匀增宽介质的增益饱和

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24非均匀增宽介质的增益饱和

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241介质在小信号时的粒子数密度反转分布值

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242非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数

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243非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布

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244非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和

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25激光器的损耗与阈值条件

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251激光器的损耗

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252激光谐振腔内形成稳定光强的过程

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253阈值条件

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254对介质能级选取的讨论

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思考练习题2

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第3章激光器的输出特性

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31光学谐振腔的衍射理论

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311数学预备知识

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312菲涅耳-基尔霍夫衍射公式

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313光学谐振腔的自再现模积分方程

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314激光谐振腔的谐振频率和激光纵模

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32对称共焦腔内外的光场分布

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321共焦腔镜面上的场分布

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322共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布

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33高斯光束的传播特性

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331高斯光束的振幅和强度分布

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332高斯光束的相位分布

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333高斯光束的远场发散角

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334高斯光束的高亮度

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34稳定球面腔的光束传播特性

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341稳定球面腔的等价对称共焦腔

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342稳定球面腔的光束传播特性

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35其他几种常用的激光光束

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351厄米-高斯光束

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352拉盖尔-高斯光束

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353贝塞尔光束

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36激光器的输出功率

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361均匀增宽型介质激光器的输出功率

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362非均匀增宽型介质激光器的输出功率

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37激光器的线宽极限

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38激光光束质量的品质因子M2

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39模式激光的某些一阶统计性质

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391单模激光的一阶统计性质

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392多模激光的一阶统计性质

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思考练习题3

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第4章激光的基本技术

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41激光器输出的选模

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411激光单纵模的选取

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412激光单横模的选取

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42激光器的稳频

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421影响频率稳定的因素

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422稳频方法概述

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423兰姆凹陷法稳频

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424饱和吸收法稳频

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43激光束的变换

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431高斯光束通过薄透镜时的变换

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432高斯光束的聚焦

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433高斯光束的准直

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434激光的扩束    

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44激光调制技术

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441激光调制的基本概念

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442电光强度调制

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443电光相位调制

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45激光偏转技术

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451机械偏转

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452电光偏转

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453声光偏转

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46激光调Q技术

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461激光谐振腔的品质因数Q

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462调Q原理

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463电光调Q

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464声光调Q

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465染料调Q

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47激光锁模技术

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471锁模原理

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472主动锁模

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473被动锁模

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思考练习题4

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第5章典型激光器介绍

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51固体激光器

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511固体激光器的基本结构与工作物质

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512固体激光器的泵浦系统

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513固体激光器的输出特性

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514新型固体激光器

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52气体激光器

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521氦氖(HeNe)激光器

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522二氧化碳激光器

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523Ar＋离子激光器

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53染料激光器

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531染料激光器的激发机理

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532染料激光器的泵浦

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533染料激光器的调谐

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54半导体激光器

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541半导体的能带和产生受激辐射的条件

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542PN结和粒子数反转

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543半导体激光器的工作原理和阈值条件    

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544同质结和异质结半导体激光器

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55其他激光器

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551准分子激光器

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552自由电子激光器

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553化学激光器

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思考练习题5

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第6章激光在精密测量中的应用

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61激光干涉测长

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611干涉测长的基本原理

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612激光干涉测长系统的组成

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613激光外差干涉测长技术

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614激光干涉测长应用举例

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62激光衍射测量

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621激光衍射测量原理

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622激光衍射测量的方法

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623激光衍射测量的应用

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63激光测距

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631激光脉冲测距

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632激光相位测距

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64激光准直及多自由度测量

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641激光准直仪

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642激光衍射准直仪

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643激光多自由度测量

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65激光多普勒测速

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651运动微粒散射光的频率

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652差频法测速

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653激光多普勒测速技术的应用

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66环形激光测量角度和角加速度

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661环形激光精密测角

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662光纤陀螺

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67激光环境计量

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68激光散射板干涉仪

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思考练习题6

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第7章激光加工技术

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71激光热加工原理

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72激光表面改性技术

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721激光淬火技术的原理与应用

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722激光表面熔凝技术

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723激光熔覆技术

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73激光去除材料技术

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731激光打孔

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732激光切割

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74激光焊接

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741激光热导焊

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742激光深熔焊

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743激光复合焊

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75激光快速成型技术

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751激光快速成型技术的原理及主要优点

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752激光快速成型技术

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753激光快速成型技术的重要应用

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76其他激光加工技术

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761激光清洗技术

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762激光弯曲

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思考练习题7

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第8章激光在医学中的应用

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81激光与生物体的相互作用

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811生物体的光学特性

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812激光对生物体的作用

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813激光对生物体应用的优点

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82激光在临床治疗中的应用

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821激光临床治疗的种类与现状

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822激光在皮肤科及整形外科领域中的应用

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823激光在眼科中的应用

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824激光在泌尿外科中的应用

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825激光在耳鼻喉科中的应用

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826最新的技术——间质激光光凝术

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827光动力学治疗

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83激光在生物体检测及诊断中的应用

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831利用激光的生物体光谱测量及诊断

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832激光断层摄影

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833激光显微镜

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84医用激光设备

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841医用激光光源

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842医用激光传播用光纤

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85激光应用于医学的未来

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851医用激光新技术

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852光动力学治疗的前景

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思考练习题8

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第9章激光在信息技术中的应用

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91光纤通信系统中的激光器和光放大器

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911半导体激光器

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912光纤激光器

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913光放大器

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92激光全息三维显示

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921全息术的历史回顾

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922激光全息术的基本原理和分类

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923白光再现的全息三维显示

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924计算全息图

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925数字全息术

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926全息三维显示的优点

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927全息三维显示的应用

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928全息三维显示技术的展望

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93激光存储技术

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931激光存储的基本原理、分类及特点

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932激光光盘存储

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933激光体全息光存储

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934激光存储技术的新进展

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94激光扫描和激光打印机

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941激光扫描

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942激光打印机

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95量子光通信中的激光源

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951量子光通信

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952量子态发生器及应用

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思考练习题9

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第10章激光在科学技术前沿问题中的应用

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101激光核聚变

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1011受控核聚变

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1012磁力约束和惯性约束控制方法

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1013激光压缩点燃核聚变的原理

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102激光冷却

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103激光操纵微粒

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1031光捕获

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1032微粒操纵

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104超越经典衍射极限的分辨率

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1041解析延拓

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1042综合孔径傅里叶全息术

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1043傅里叶叠层算法

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1044相干谱复用

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1045非相干结构光照明成像

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1046超分辨荧光显微镜

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105激光光谱学

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1051拉曼光谱

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1052空间高分辨的激光显微光谱

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1053频率高分辨的双光子光谱

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1054时间高分辨的激光闪光光谱

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1055各种特殊效能的激光光谱技术

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106激光用于反常多普勒效应的基础物理研究

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1061电磁波的正常多普勒效应

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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

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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

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1064反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析

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1065反常多普勒效应的测量实验结果

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思考练习题10

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附录A随机变量

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A1概率的定义和随机变量

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A2分布函数和密度函数 

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A3推广到两个或多个联合随机变量

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A4统计平均

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附录B随机过程

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B1随机过程的定义和描述

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B2平稳性和遍历性

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参考文献

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