激光原理與技術(shù)

前言

　　我國的教育改革正在不斷深入，拓寬學(xué)生的知識面是教改的重要內(nèi)容之一，為此，很多高等院校都在盡量壓縮專業(yè)課學(xué)時，給學(xué)生以更多的時間選修其他課程。包括北京理工大學(xué)在內(nèi)的一些理工科大學(xué)的電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)擬將原設(shè)專業(yè)課激光原理、激光器件與技術(shù)及光電子學(xué)基礎(chǔ)等課程合并為一門，正是為了實現(xiàn)這一目標而采取的措施。教育改革伴隨著課程改革，課程改革則離不開教材的改革與建設(shè)。本書即為實現(xiàn)上述課程改革而編寫，嘗試集原《激光原理》、《激光器件與技術(shù)》等教材之主要內(nèi)容于一書，刪除其中重復(fù)部分，力求使學(xué)生能在大體相當于原來一門課程的學(xué)時內(nèi)修完合并后的課程。本書由北京理工大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的幾名教師在多年講授相關(guān)課程的基礎(chǔ)上編寫而成。閻吉祥任主編并執(zhí)筆其中的緒論和第1、4章；第2章由王茜蓓編寫；第3、6章由崔小虹編寫；第7章由高春清編寫；第5章由于常青編寫。全書由閻吉祥統(tǒng)稿。本書屬“普通高等教育‘十五’國家級教材規(guī)劃”項目和“高等教育百門精品課程教材建設(shè)計劃”選題項目，立項過程中蒙相關(guān)部門和評選專家的熱情幫助；出版工作則得到教育部及高等教育出版社的支持；中國物理學(xué)會教學(xué)委員會主任、北京大學(xué)物理學(xué)院陸果教授在百忙中對全書進行了認真審閱；閻吉祥執(zhí)筆部分的錄入由其研究生王莉博士、王吉福碩士等完成。對所有這些支持與合作，作者謹致深切謝意。本書的編寫是一種改革和嘗試，更限于編著者的水平，錯誤與欠妥之處必定難免，懇請讀者給予指正。

內(nèi)容概要

　　《激光原理與技術(shù)》是“普通高等教育‘十五’國家級教材規(guī)劃”項目和“高等教育百門精品課程教材建設(shè)計劃”選題項目。內(nèi)容包括激光基本原理、諧振腔理論、激光器的振蕩特性、典型激光器、半導(dǎo)體激光器、激光調(diào)制技術(shù)、調(diào)Q與鎖模技術(shù)、頻率變換等八章?？勺鳛槔砉た拼髮W(xué)電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)高年級本科生的教材或教學(xué)參考書，也可供相關(guān)專業(yè)或研究領(lǐng)域的研究生及科研人員閱讀與參考。

書籍目錄

緒論第1章 激光的基本原理及其應(yīng)用1.1 激光的特性1.1.1 單色性與時間相干性1.1.2 方向性與空間相干性1.1.3 高亮度1.1.4 高階相關(guān)1.2 激光產(chǎn)生的必要條件1.2.1 二能級系統(tǒng)的三種躍遷1.2.2 激光產(chǎn)生的必要條件1.3 激光產(chǎn)生的充分條件1.3.1 飽和光強的概念1.3.2 飽和光強的簡單計算1.3.3 產(chǎn)生激光的充分條件1.4 譜線加寬1.4.1 概述1.4.2 均勻加寬1.4.3 非均勻加寬1.5 譜線加寬下的增益系數(shù)1.6 激光器的速率方程1.6.1 速率方程的建立1.6.2 速率方程的穩(wěn)態(tài)解1.6.3 反轉(zhuǎn)粒子數(shù)及增益飽和1.7 連續(xù)與脈沖工作1.7.1 固體三能級系統(tǒng)速率方程組1.7.2 速率方程的解1.7.3 激光器的工作狀態(tài)1.8 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布條件1.8.1 穩(wěn)態(tài)工作情況1.8.2 瞬態(tài)工作情況1.9 激光放大的閾值條件1.9.1 閾值增益系數(shù)和粒子數(shù)1.9.2 連續(xù)/長脈沖光泵閾值功率1.9.3 短脈沖工作1.1 0均勻加寬激光器的模競爭和頻率牽引1.1 0.1 均勻加寬激光器的模競爭1.1 0.2 頻率牽引1.1 1激光器的輸出特性1.1 1.1 均勻加寬連續(xù)激光器的輸出功率1.1 1.2 脈沖激光器的輸出能量1.1 2激光器的泵浦技術(shù)1.1 2.1 直接泵浦1.1 2.2 間接泵浦第2章 光學(xué)諧振腔理論2.1 光學(xué)諧振腔的基本知識2.1.1 光學(xué)諧振腔的構(gòu)成和分類2.1.2 光學(xué)諧振腔的作用2.1.3 腔模2.2 光學(xué)諧振腔的損耗2.2.1 光腔的損耗及其描述2.2.2 光子在腔內(nèi)的平均壽命2.2.3 無源腔的品質(zhì)因數(shù)——Q值2.2.4 無源腔的單模線寬2.3 光學(xué)諧振腔的穩(wěn)定性條件2.3.1 光線傳播的矩陣表示2.3.2 共軸球面腔的穩(wěn)定性條件2.3.3 穩(wěn)區(qū)圖2.4 諧振腔的衍射積分理論2.4.1 菲涅耳－基爾霍夫衍射積分2.4.2 自再現(xiàn)模所應(yīng)滿足的積分方程式2.4.3 積分方程解的物理意義2.5 平行平面腔的自再現(xiàn)模2.5.1 平行平面腔的模式積分方程2.5.2 平行平面腔模的數(shù)值迭代解法2.6 對稱共焦腔的自再現(xiàn)模2.6.1 方形球面鏡共焦腔模式積分方程及其解2.6.2 方形球面鏡共焦腔自再現(xiàn)模的特征2.6.3 方形球面鏡共焦腔的行波場2.6.4 圓形球面鏡共焦腔2.7 一般穩(wěn)定球面腔的模式理論2.7.1 等價共焦腔2.7.2 一般穩(wěn)定球面腔的模式特征2.8 高斯光束2.8.1 高斯光束的基本性質(zhì)2.8.2 高斯光束的q參數(shù)2.8.3 高斯光束q參數(shù)的變換規(guī)律2.8.4 ABCD定律在諧振腔中的應(yīng)用2.9 非穩(wěn)腔的模式理論2.9.1 非穩(wěn)腔的幾何自再現(xiàn)波型2.9.2 非穩(wěn)腔的幾何放大率2.9.3 非穩(wěn)腔的能量損耗率第3章 典型激光器3.1 概述3.1.1 激光器的基本結(jié)構(gòu)3.1.2 激光器的分類及其主要輸出特性3.2 氣體激光器3.2.1 氣體放電激勵基礎(chǔ)3.2.2 He—Ne激光器3.2.3 CO激光器3.3 固體激光器3.3.1 固體工作物質(zhì)3.3.2 光泵浦系統(tǒng)3.3.3 工作物質(zhì)的熱效應(yīng)及其散熱3.3.4 摻鈦藍寶石激光器3.4 染料激光器3.4.1 染料激光器的工作原理3.4.2 染料激光器的泵浦方式與典型器件結(jié)構(gòu)第4章 半導(dǎo)體激光器4.1 半導(dǎo)體的能帶結(jié)構(gòu)和電子狀態(tài)4.1.1 能帶概念的引入4.1.2 半導(dǎo)體中的電子狀態(tài)4.2 激發(fā)與復(fù)合輻射4.2.1 直接躍遷和半導(dǎo)體激光材料4.2.2 態(tài)密度和電子的激發(fā)4.2.3 非本征半導(dǎo)體材料——pn結(jié)4.3 激光振蕩條件_4.3.1 半導(dǎo)體中的光增益4.3.2 損耗和閾值振蕩條件4.4 異質(zhì)結(jié)半導(dǎo)體激光器4.4.1 異質(zhì)結(jié)4.4.2 激光器的結(jié)構(gòu)4.5 半導(dǎo)體激光的波長與線寬4.5.1 半導(dǎo)體激光的波長4.5.2 線寬與頻率控制4.6 半導(dǎo)體激光器當前發(fā)展趨勢4.6.1 大功率半導(dǎo)體激光器4.6.2 表面發(fā)射激光器4.7 半導(dǎo)體激光的應(yīng)用4.7.1 概述4.7.2 半導(dǎo)體激光器在各種CD盤中的應(yīng)用4.7.3 半導(dǎo)體激光器在光纖通信中的應(yīng)用第5章 激光調(diào)制技術(shù)5.1 調(diào)制的基本概念5.1.1 振幅調(diào)制5.1.2 頻率調(diào)制和相位調(diào)制5.1.3 強度調(diào)制5.1.4 脈沖調(diào)制5.1.5 脈沖編碼調(diào)制5.2 電光調(diào)制5.2.1 電光調(diào)制的物理基礎(chǔ)5.2.2 電光強度調(diào)制5.2.3 電光相位調(diào)制5.2.4 電光調(diào)制器的電學(xué)性能5.2.5 設(shè)計電光調(diào)制器應(yīng)考慮的問題5.3 聲光調(diào)制第6章 調(diào)Q技術(shù)與鎖模技術(shù)第7章 激光頻率變換技術(shù)參考文獻

章節(jié)摘錄

　　緒論激光的英文名稱“Laser”是“Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”的縮寫，意為輻射通過受激發(fā)射的光放大。由此可以看出，受激輻射是產(chǎn)生激光的基礎(chǔ)。受激輻射概念是由A.Einstein在他1917年發(fā)表的論文“關(guān)于輻射的量子理論”中提出的；大約10年后，英國著名物理學(xué)家、劍橋大學(xué)教授P.A.M.Dimc：首次實驗證明受激輻射的存在。在20世紀50年代人們認識到，在非平衡態(tài)，電磁輻射可以通過受激輻射得到放大。1953年-1955年，J.Weber，N.G.Basov及A.M.Prokhorov分別發(fā)表了實現(xiàn)這種放大的方法。而1951年就曾與其在哥倫比亞大學(xué)的同事們討論過這種放大可行性的C.H.Townes，于1954年和I.P.(G0rdan，H.J.Zeiger一起造出氨分子振蕩器，使該項技術(shù)實現(xiàn)了突破。Townes的裝置稱為Maser(脈澤，它是Microwave Amplification by Stimulated Emission Of Radiation的縮寫)。氨脈澤非常小的線寬特別適合作為頻率標準，但用于微波放大器則有很大限制。科學(xué)之所以能不停地向前發(fā)展，就是因為科學(xué)家們有一種孜孜不倦的執(zhí)著追求精神。氣體脈澤剛剛研究成功，便立即向新的領(lǐng)域進軍。一方面努力研制固體量子振蕩器，并導(dǎo)致二能級和三能級固體脈澤于1957年相繼出現(xiàn)；另一方面則在考慮如何將工作頻率從微波段進一步提高到光波段。A.L.Schawlow和Townes于1958年公布了光波段脈澤原理的理論研究結(jié)果，并對多種能級系統(tǒng)估計了激發(fā)閾值。該項工作立即引起了人們極大的興趣，包括Townes在內(nèi)的很多科學(xué)家嘗試在實驗室制造這種裝置，不幸的是，這些努力當時均未能取得成功。于是，一些似乎很有道理的觀點力圖證明這種裝置根本無法實現(xiàn)。

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