激光原理

前言

　　使用本書講授激光原理的參考學(xué)時為48學(xué)時，不包括研究性教學(xué)研討部分，實驗課程單獨開設(shè)。本書內(nèi)容共分5章。第l章激光概述，介紹激光的由來及產(chǎn)生激光的基本條件，重點在于闡明激光光子簡并度高的特性。第2章光和物質(zhì)近共振相互作用，介紹基于電子諧振子模型的經(jīng)典理論，并結(jié)合激光器中常見的譜線加寬介紹均勻、非均勻及綜合加寬的形成機(jī)制。第3章速率方程理論，首先結(jié)合典型激光器的具體工作能級，抽象出激光三、四能級系統(tǒng)，進(jìn)而建立速率方程組，然后結(jié)合速率方程組的穩(wěn)態(tài)解，對均勻、非均勻加寬介質(zhì)的增益飽和特性進(jìn)行了分析，并討論激光放大器的工作特性。第4章光學(xué)諧振腔理論，首先根據(jù)光線傳輸矩陣導(dǎo)出光學(xué)諧振腔穩(wěn)定性判據(jù)，然后介紹光學(xué)諧振腔的損耗描述和自再現(xiàn)模式思想，并基于光衍射理論導(dǎo)出光學(xué)諧振腔衍射積分本征方程，進(jìn)而介紹衍射積分本征方程的平行平面腔迭代數(shù)值解法和對稱共焦腔解析解法。在對稱共焦腔解析解的基礎(chǔ)上，本章還討論諧振腔內(nèi)高斯光束特性、球面鏡穩(wěn)定腔的等價對稱共焦腔，以及薄透鏡對高斯光束的變換和高斯光束變換的應(yīng)用技術(shù)。第5章連續(xù)激光器工作特性，在建立激光器速率方程組的基礎(chǔ)上，通過方程組的穩(wěn)態(tài)解，分析均勻加寬介質(zhì)激光器的縱模振蕩和競爭、非均勻加寬介質(zhì)激光器的多縱模振蕩和蘭姆凹陷現(xiàn)象，分析激光器振蕩閾值、激光極限線寬、最佳輸出耦合和激光器輸出功率。第1、3、4章及附錄由盛新志執(zhí)筆編寫，第2、5章由婁淑琴執(zhí)筆編寫。

內(nèi)容概要

本書主要闡述激光器的基本原理和相關(guān)理論。內(nèi)容主要包括光和物質(zhì)作用經(jīng)典理論、速率方程理論、光學(xué)諧振腔理論，以及對連續(xù)激光器工作特性的分析。對激光放大器、激光器性能改善技術(shù)也做了簡要介紹?！　”緯勺鳛楦咝＜す庠碚n程的教材，也可供從事激光工作的研究人員、技術(shù)人員以及高校有關(guān)專業(yè)的研究生參考

書籍目錄

第1章　激光概論　1.1　激光誕生的歷史　1.2　激光的本質(zhì)特征　1.3　光子簡并度　1.4　激光產(chǎn)生的基本條件　思考和練習(xí)題第2章　光和物質(zhì)的近共振相互作用　2.1　電磁波吸收和發(fā)射的經(jīng)典解釋　　2.1.1　電介質(zhì)極化　　2.1.2　電偶極振子模型　　2.1.3　吸收對介質(zhì)的影響　2.2　電磁波吸收和發(fā)射的唯象理論　　2.2.1　自發(fā)輻射　　2.2.2　受激吸收　　2.2.3　受激輻射　　2.2.4　實現(xiàn)光放大的問題　2.3　光譜線加寬　　2.3.1　吸收和發(fā)射光譜技術(shù)　　2.3.2　譜線加寬和線型函數(shù)　　2.3.3　譜線加寬對躍遷速率的影響　2.4　激光器中常見的譜線加寬　　2.4.1　光譜線加寬的類型　　2.4.2　均勻加寬的典型機(jī)制　　2.4.3　非均勻加寬的典型機(jī)制　　2.4.4　激光介質(zhì)中的實際加寬　2.5　光和物質(zhì)相互作用的近代理論簡介　　2.5.1　量子理論簡介　　2.5.2　半經(jīng)典理論簡介　　2.5.3　速率方程理論簡介　思考和練習(xí)題第3章　速率方程理論　3.1　典型激光器的工作能級　　3.1.1　紅寶石激光器工作介質(zhì)　　3.1.2　氬離子激光器工作介質(zhì)　　3.1.3　N2分子激光器　　3.1.4　He-Ne激光器工作介質(zhì)　　3.1.5　摻Nd3+激光器工作介質(zhì)　　3.1.6　摻鈦藍(lán)寶石激光器工作介質(zhì)　　3.1.7　CO2激光器工作介質(zhì)　3.2　三能級系統(tǒng)速率方程組　　3.2.1　激光三能級系統(tǒng)　　3.2.2　速率方程組　3.3　四能級系統(tǒng)速率方程組　　3.3.1　激光四能級系統(tǒng)　　3.3.2　速率方程組　3.4　小信號光的介質(zhì)增益　　3.4.1　反轉(zhuǎn)粒子數(shù)與小信號增益系數(shù)　　3.4.2　四能級系統(tǒng)的小信號增益系數(shù)　　3.4.3　三能級系統(tǒng)的小信號增益系數(shù)　3.5　均勻加寬介質(zhì)的增益飽和　　3.5.1　大信號的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)　　3.5.2　大信號增益系數(shù)　　3.5.3　增益曲線的均勻飽和　　3.5.4　增益介質(zhì)的色散　3.6　非均勻加寬介質(zhì)的增益飽和　　3.6.1　大信號增益系數(shù)　　3.6.2　增益曲線的燒孔現(xiàn)象　　3.6.3　氣體激光器中的燒孔現(xiàn)象　　3.6.4　綜合加寬工作物質(zhì)的增益系數(shù)　3.7　光放大　　3.7.1　自發(fā)輻射放大　　3.7.2　超輻射的強(qiáng)度和方向性　　3.7.3　ASE線寬　　3.7.4　激光放大器　思考和練習(xí)題第4章　光學(xué)諧振腔理論第5章　連續(xù)激光器的工作特性附錄A　常用物理常數(shù)表附錄B　激光大事記及在國內(nèi)發(fā)展足跡參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　早在1969年人類第一次登月的時候，阿姆斯特朗在月球上安置了一個朝向地球的小型發(fā)射器陣列。一束紅寶石激光直刺長天，當(dāng)光束旅行38.6萬公里照射到宇航員們設(shè)置的發(fā)射器時直徑也只有910米寬，為測量地月距離提供了誤差小于2.54厘米的測量精度.后來，宇宙飛船在月球上架設(shè)了攝像機(jī)，攝影圖像清晰地顯示出那只有1瓦強(qiáng)度的紅寶石激光，而功率到達(dá)千兆瓦的洛杉磯盆地?zé)艄鈪s了無蹤跡。　　測量地月間距只是激光應(yīng)用展現(xiàn)優(yōu)異品質(zhì)的一個例證，今天，除日常生活中常見的激光打印、排版、印刷，以及激光光盤等之外，激光應(yīng)用已深入到各個領(lǐng)域。在通信的應(yīng)用中，有光纖通信、大氣激光通信、衛(wèi)星激光通信、水下激光通信等；在基礎(chǔ)科學(xué)研究中，有激光熒光光譜、激光冷卻原子、激光光化學(xué)反應(yīng)、激光分離同位素、激光飛秒光學(xué)、激光測定年代、重力波天線激光干涉儀等；在軍事技術(shù)的應(yīng)用中，有激光測距、雷達(dá)、激光制導(dǎo)、激光導(dǎo)航、激光武器、戰(zhàn)術(shù)模擬、光電對抗等；在生物及醫(yī)學(xué)的應(yīng)用中，有斷層攝影、生物體檢測、生物體光譜診斷、共焦點顯微鏡、激光美容等應(yīng)用，有眼科、皮膚科及整形外科診斷、治療及理療的應(yīng)用；在材料加工領(lǐng)域中，有激光打孔、切割、焊接，有激光3D掃描及快速成型和納米粉材料制備等應(yīng)用；在測量技術(shù)領(lǐng)域中，有激光干涉計量、激光陀螺計量、激光全息照相計量、激光衍射計量、激光準(zhǔn)直及多自由度測量等應(yīng)用；在能源、環(huán)境領(lǐng)域中的應(yīng)用，有核聚變、大氣檢測、激光引雷、激光驅(qū)霧等；在建筑領(lǐng)域中，有激光表面處理及剝離，激光切斷及解體，以及激光挖掘等應(yīng)用。　　隨著激光器性價比的提高，使用費用的降低，激光應(yīng)用將會進(jìn)一步擴(kuò)展。掌握激光器工作原理和其輸出特異性質(zhì)的產(chǎn)生機(jī)制，將是一個新時代科技人員基本素養(yǎng)的重要組成部分。

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