激光原理與技術(shù)

前言

　　本書(shū)是為電子科學(xué)與技術(shù)、光信息科學(xué)與技術(shù)本科專業(yè)以及電子信息類、電子信息科學(xué)類其他相關(guān)專業(yè)編寫(xiě)的“激光原理”、“激光原理與技術(shù)”課程教材。　　激光器發(fā)明雖然已將近半個(gè)世紀(jì)，但人們對(duì)激光的物理認(rèn)識(shí)仍在不斷深化。作者有幸講授“激光原理與技術(shù)”課程30余年，本書(shū)是在作者歷年講稿基礎(chǔ)上整理編著而成的。理應(yīng)感謝的是，作者組織講稿時(shí)所用的主要參考教材是周炳琨等編著的《激光原理》一書(shū)?！　”緯?shū)力求達(dá)到普通高校本科教學(xué)的普適性：第一，以經(jīng)典理論和速率方程理論相結(jié)合的處理方法，講授“激光原理與技術(shù)”，不涉及半經(jīng)典理論；第二，突出愛(ài)因斯坦關(guān)系的討論，以受激輻射為紅線，從電子學(xué)載波技術(shù)發(fā)展引出光頻載波技術(shù)（即單模激光器）的基本思想和光學(xué)實(shí)現(xiàn)方法，使教學(xué)師生對(duì)受激輻射的觀念建立和物理理解有所深入；第三，以三條主線和十二個(gè)問(wèn)題的形式歸納課程體系，既有樹(shù)木，又見(jiàn)森林，有助于教師根據(jù)情況組織教學(xué)，又有利于學(xué)生自學(xué)?！　”緯?shū)共分為5章，每章后附有習(xí)題與思考題。第1章主要介紹激光的基本原理和特性，并介紹本書(shū)編寫(xiě)的課程體系；第2章分別應(yīng)用幾何光學(xué)理論和物理光學(xué)理論詳細(xì)討論無(wú)源光學(xué)開(kāi)腔的損耗描述、穩(wěn)定條件和腔內(nèi)模式，并在此基礎(chǔ)上介紹高斯光束的傳輸和變換規(guī)律；第3章分別應(yīng)用經(jīng)典理論和速率方程理論討論激光工作物質(zhì)的增益線型、譜線加寬機(jī)制與增益飽和規(guī)律；第4章分析激光器穩(wěn)態(tài)工作特性，包括閾值特性、輸出功率、模式競(jìng)爭(zhēng)、頻率牽引以及線寬極限等問(wèn)題；第5章以激光工作物質(zhì)分類介紹幾種典型激光器，并結(jié)合激光器介紹改善和控制激光特性的調(diào)Q、鎖模、選模、穩(wěn)頻和放大等激光技術(shù)?！　”緯?shū)的參考學(xué)時(shí)為46學(xué)時(shí)。使用本書(shū)的先修課程是大學(xué)物理和電磁理論，具有物理光學(xué)和量子力學(xué)知識(shí)的人員，使用本書(shū)更加有利。本書(shū)既可作為電子科學(xué)與技術(shù)、光信息科學(xué)與技術(shù)的本科生專業(yè)基礎(chǔ)課程“激光原理與技術(shù)”的教材，也可供應(yīng)用物理、通信工程等相關(guān)專業(yè)課程選用?！　”緯?shū)第1章由安毓英編寫(xiě)，第2、3章由劉繼芳編寫(xiě)，第4、5章由曹長(zhǎng)慶編寫(xiě)，安毓英統(tǒng)編全稿。在編寫(xiě)過(guò)程中，得到了西安電子科技大學(xué)技術(shù)物理學(xué)院教師們的支持，西北大學(xué)張紀(jì)岳教授、西安電子科技大學(xué)石順祥教授審閱了全書(shū)書(shū)稿，并提出許多建設(shè)性意見(jiàn)，在此對(duì)他們表示衷心的感謝?！　∮捎谧髡咚接邢?，書(shū)中難免存在疏漏之處，希望廣大讀者批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　《激光原理與技術(shù)》以經(jīng)典理論和速率方程理論為基礎(chǔ)，系統(tǒng)地介紹激光的基本原理和基本技術(shù)。第1章闡述激光的基本原理，第2章討論開(kāi)放式光腔和高斯光束，第3章討論激光介質(zhì)的增益線型和增益系數(shù)，第4章介紹激光器穩(wěn)態(tài)振蕩特性，第5章較系統(tǒng)地介紹典型激光器和激光技術(shù)?！　　都す庠砼c技術(shù)》可作為電子科學(xué)與技術(shù)、光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)課教材，也可供高等院校相關(guān)專業(yè)師生和有關(guān)科技人員參考。

書(shū)籍目錄

叢書(shū)序前言第1章 激光基礎(chǔ)——愛(ài)因斯坦系數(shù)關(guān)系1.1.2 光子態(tài)1.1.3 光波模與光子態(tài)的相干性1.1.4 光子簡(jiǎn)并度n1.2 電子學(xué)載波技術(shù)的迷茫1.2.1 載波和噪聲波1.2.2 電磁載波技術(shù)1.2.3 太赫茲波鴻溝1.2.4 光頻載波的迷茫1.3 愛(ài)因斯坦關(guān)系——自發(fā)輻射和受激輻射1.3.1 普朗克黑體輻射公式1.3.2 自發(fā)輻射、受激輻射與輻射的受激吸收1.3.3 愛(ài)因斯坦關(guān)系1.3.4 愛(ài)因斯坦微分關(guān)系1.4 光的受激輻射放大與振蕩——激光器運(yùn)轉(zhuǎn)的閾值和穩(wěn)定條件1.4.1 愛(ài)因斯坦關(guān)系的意義1.4.2 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和光的受激放大1.4.3 增益飽和與自激振蕩1.4.4 激光器的構(gòu)成及閾值條件1.5 激光特性和課程體系1.5.1 激光特性1.5.2 課程體系習(xí)題與思考題1第2章 激光諧振腔和高斯光束2.1 光腔的損耗及損耗描述2.1.1 光腔損耗2.1.2 光腔損耗計(jì)算舉例2.2 共軸球面腔的光線傳輸矩陣?yán)碚?.2.1 光線傳輸矩陣2.2.2 光腔穩(wěn)定條件2.2.3 本征光束2.3 對(duì)稱共焦腔的自再現(xiàn)模行波場(chǎng)2.3.1 開(kāi)腔模概念2.3.2 Fox和Li的開(kāi)腔模迭代求解方法2.3.3 自再現(xiàn)模本征積分方程2.3.4 對(duì)稱共焦腔鏡面上自再現(xiàn)模光場(chǎng)分布2.3.5 行波場(chǎng)——高斯光束2.4 一般穩(wěn)定腔的高斯光束2.4.1 對(duì)稱共焦腔完整的行波高斯光束小結(jié)2.4.2 一般穩(wěn)定腔與對(duì)稱共焦腔的等效性2.4.3 一般穩(wěn)定腔高斯光束參量（行波場(chǎng)）2.5 高斯光束的傳輸與變換2.5.1 高斯光束的傳輸規(guī)律（TEM00）2.5.2 高斯光束的透鏡變換、會(huì)聚和準(zhǔn)直2.5.3 高斯光束的衍射倍率因子M2習(xí)題與思考題2第3章 激光工作物質(zhì)的增益3.1 經(jīng)典理論3.1.1 電偶極子近似模型3.1.2 受激吸收和色散現(xiàn)象的麥克斯韋理論3.2 譜線加寬機(jī)制及加寬線型3.2.1 均勻加寬3.2.2 非均勻加寬3.2.3 綜合加寬3.3 激光器速率方程3.3.1 單模速率方程3.3.2 多模振蕩速率方程3.4 激光介質(zhì)增益及增益飽和（模式競(jìng)爭(zhēng)）3.4.1 均勻加寬介質(zhì)3.4.2 非均勻加寬介質(zhì)3.4.3 綜合加寬介質(zhì)3.5 光放大概念分析習(xí)題與思考題3第4章 激光器穩(wěn)態(tài)振蕩特性4.1 振蕩閾值條件4.2 閾值特性4.3 激光器穩(wěn)態(tài)輸出特性4.3.1 均勻加寬激光器的模式競(jìng)爭(zhēng)4.3.2 空間燒孔4.3.3 非均勻加寬激光器的多縱模振蕩4.3.4 輸出功率及最佳耦合4.4 定態(tài)激光器頻率特性4.5 定態(tài)激光器極限線寬習(xí)題與思考題4第5章 典型激光器與技術(shù)5.1 氣體激光器5.1.1 He-Ne激光器5.1.2 CO2激光器5.2 半導(dǎo)體激光器5.2.1 反轉(zhuǎn)原理5.2.2 典型半導(dǎo)體激光器5.3 固體激光器5.3.1 紅寶石激光器、釹激光器5.3.2 可調(diào)諧固體激光器5.3.3 激光二極管泵浦的固體激光器（DPSSL）5.3.4 光纖激光器5.4 調(diào)Q激光器5.4.1 Q調(diào)制原理5.4.2 調(diào)Q技術(shù)5.4.3 腔倒空技術(shù)5.4.4 調(diào)Q激光器特性5.5 鎖模激光器5.5.1 鎖模原理5.5.2 鎖模技術(shù)5.6 穩(wěn)頻激光器5.6.1 穩(wěn)頻原理5.6.2 穩(wěn)頻的主要方法5.7 激光放大器5.7.1 激光放大理論5.7.2 激光放大的主要方法5.7.3 光纖放大器5.8 單模激光器5.8.1 單縱模激光器5.8.2 基橫模激光器習(xí)題與思考題5附錄A 激光參數(shù)的定義和測(cè)試方法A.1 激光光斑寬度和光斑直徑A.2 激光光束發(fā)散角測(cè)量A.3 激光光束質(zhì)量測(cè)量附錄B 常用物理常數(shù)、常量和常用符號(hào)表參考文獻(xiàn)

編輯推薦

　　《激光原理與技術(shù)》特點(diǎn)　　★從教學(xué)的普適性出發(fā)。以經(jīng)典理論和速率方程理論相結(jié)合的處理方法闡述課程內(nèi)容　　★清晰的物理概念與循序漸進(jìn)的內(nèi)容，以受激輻射為紅線，從電子學(xué)載波技術(shù)發(fā)展引出光頻載波技術(shù)的基本思想和光學(xué)實(shí)現(xiàn)方法　　★以三條主線和十二個(gè)問(wèn)題的形式構(gòu)成凝練的課程體系，既有樹(shù)木，又見(jiàn)森林，有助于教師組織教學(xué)和學(xué)生自學(xué)　　★豐富而緊扣課程內(nèi)容的習(xí)題，幫助學(xué)生鞏固激光原理與技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)

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