激光原理与技术 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

内容简介

　　《激光原理与技术》系统地介绍了用于研究激光产生机理、光场与物质相互作用、激光光场模式分布特性和激光器输出特性的基本理论，并详细描述了用于实现激光光束传输、激光特征参数控制与变换的技术手段。书中概述了激光产生的基本原理，并介绍了激光的相关特点；分析了高斯光束的产生和传输规律，并在此基础上，介绍开放式光学谐振腔的腔模理论，重点介绍光学谐振腔的波动理论；介绍了激光振荡和放大理论，以速率方程理论为基础分析了光场与物质相互作用的过程，并以此为基础分析了激光的工作特性；介绍了用于控制、改善激光器输出特性的各种技术的基本原理和实现方法，包括产生短脉冲的调Q、锁模技术，改变激光输出强度、频率等特性的调制、频率变换技术等。
　　《激光原理与技术》注重于激光原理和激光技术中，一般原理同前沿技术的有机融合，适合作为高等院校光电子技术、光信息科学与技术、应用物理等本科专业教材，也可作为激光加工、制造等相关科技人员的参考书。

内页插图

目录

第1章 激光的基本原理
1．1 激光概述
1．2 光的受激辐射
1．2．1 黑体辐射的普郎克公式
1．2．2 光量子理论
1．2．3 玻尔的原子、量子理论
1．2．4 受激辐射和自发辐射的概念
1．3 光的受激辐射放大
1．2．5 相干性的光子描述
1．3．2 光放大概念的产生
1．3．3 光放大的必要条件：粒子数反转
1．3．4 工作物质的增益系数
1．4 光的自激振荡
1．4 ，1自激振荡的概念
1．4．2 振荡条件
1．5 激光的特性
1．5．1 激光的空间相干性和方向性
1．5．2 时间相干性和单色性
1．5．3 激光的高强度（相干光强）
习题一

第2章 光线的传播及高斯光束
2．1 光线的传播
2．1．1 光线矩阵
2．1．2 双周期性透镜波导
2．1．3 相同周期性透镜波导
2．1．4 光线在反射镜之间的传播
2．2 光束在均匀介质中传输
2．2．1 均匀介质中的基本高斯光束
2．2．2 均匀介质中的高斯光束
2．2．3 均匀介质中的高阶高斯光束
2．2．4 类透镜介质中的高斯光束
2．2．5 高斯光束的特征参数
2．2．6 高斯光束的变换：ABCD
2．3 高斯光束的传输与变换规律
2．3．1 高斯光束传输与q参数
2．3．2 高斯光束通过薄透镜的传输
2．3．3 高斯光束的聚焦
2．3．4 高斯光束的准直
2．3．5 高斯光束的自再现变换
2．3．6 高斯光束的匹配
2．3．7 激光光束质量因子
习题二

第3章 光学谐振腔
3．1 光学谐振腔的稳定性
3．1．1 光学谐振腔的稳定性条件
3．1．2 光学谐振腔的构成与分类
3．1．3 光学谐振腔的作用
3．1．4 光学谐振腔的稳定性判别方法
3．2 光学谐振腔的损耗
3．2．1 光腔的损耗
'3．2．2 光子寿命与无源腔的线宽
3．2．3 无源腔的Q值
3．3 光学谐振腔的模式
3．3．1 光学谐振腔中的纵模
3．3．2 光学谐振腔中的横模
3．4 平行平面镜腔模的迭代解法
3．4．1 Fox-Li迭代法
3．4．2 平行平面镜腔自再现模
3．5 稳定球面腔中的模式
3．5．1 方形镜共焦腔的自再现模
3．5．2 方形镜共焦腔的行波场
3．5．3 圆形镜共焦腔
3．5．4 一般稳定球面腔与对称共焦腔的等价性
3．5．5 一般稳定球面腔的模式
3．6 非稳定球面腔
3．6．1 非稳腔的一般特点和种类
3．6．2 非稳定腔的几何自再现波形
3．6．3 非稳腔的几何放大率和能量损耗
习题三
……
第4章 光场与物质的相互作用
第5章 连续激光器的增益和工作特性
第6章 脉冲激光器的工作特性
第7章 激光调制技术
第8章 调Q技术
第9章 锁模技术
第10章 激光频率变换技术

前言/序言

书名： 激光原理与技术 图书简介： 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，探索光学领域最引人注目、应用最为广泛的现象之一——激光。我们并非简单地罗列激光器的类型或制造过程，而是致力于揭示其背后深刻的物理原理，剖析其核心技术，并展望其在广阔应用场景中的无限可能。本书的目标读者涵盖了对物理光学、量子力学、材料科学、工程技术以及前沿科学研究感兴趣的本科生、研究生、科研人员、工程师以及任何渴望理解这一颠覆性技术背后科学精髓的爱好者。 核心内容概览： 本书从激光现象的根源——光的本质与相互作用出发，带领读者逐步构建对激光形成机制的认知。我们将首先回顾经典电磁理论中关于光的传播、衍射和干涉等基本规律，为理解更复杂的量子光学现象打下基础。随后，深入到量子力学的范畴，重点讲解原子、分子和固体的能级结构、跃迁过程（吸收、自发辐射、受激辐射）以及玻尔兹曼分布等概念。正是受激辐射这一核心机制，构成了激光增益的根本所在。我们将详细阐述如何通过特定介质在特定能量激发下，实现粒子数反转，从而使光信号在介质中得到放大，最终产生相干性极强的激光束。 本书的另一核心在于激光器的构成与工作原理。我们将逐一拆解激光器这一精巧的装置，详细介绍其必不可少的三个组成部分：增益介质（工作物质）、激励源（泵浦源）和光学谐振腔。对于增益介质，我们将广泛探讨不同类型的材料，包括气体（如He-Ne、CO2）、固体（如Nd:YAG、Ti:Sapphire）、液体（染料激光）以及半导体（二极管激光），分析它们各自的能级结构、粒子数反转条件、增益谱特性以及适合的泵浦方式。对于激励源，我们将深入分析各种泵浦技术，如光泵浦（包括闪光灯、激光二极管、气体放电灯）、电泵浦（气体放电、电注入）以及化学泵浦等，讨论它们在效率、功率、光谱特性及成本方面的权衡。而光学谐振腔作为激光器的“心脏”，其设计和功能至关重要。我们将详细讲解谐振腔的几何结构（如平面-平面、共振器、混合谐振器）、反射镜的反射率、腔模（纵模、横模）的产生、选择和稳定性分析，以及高斯光束在谐振腔内的传播特性。通过对这些元素的深入理解，读者将能够理解为何不同的激光器设计会产生具有不同特性（如波长、功率、带宽、方向性、相干性）的激光束。 关键技术与原理的深度挖掘： 本书不仅仅停留在基本原理的介绍，更将重点关注激光器实现高效、稳定、特定输出所需的关键技术。我们将深入探讨阈值原理，解释激光器产生激光所需的最低泵浦能量，以及增益与损耗的平衡如何决定其工作状态。功率与效率是衡量激光器性能的重要指标，我们将分析影响激光器效率的各种因素，如量子效率、光束转换效率、泵浦耦合效率等，并介绍提高激光器功率的策略。 光学谐振腔的设计与优化是激光器性能的关键。我们将详细讲解腔长调谐对纵模选择的影响，以及膜片、棱镜、衍射光栅等腔内元件如何在特定波长输出、光谱展宽、增益调制等方面发挥作用。增益开关技术，如声光调制器、电光调制器等，对于产生短脉冲激光至关重要，本书将对其工作原理、调制深度和应用进行详细阐述。模式锁定技术，包括同步泵浦、主动模式锁定和被动模式锁定（如增益开关、可饱和吸收体），是实现超短脉冲（飞秒、皮秒）激光器的核心，我们将深入剖析这些技术的物理基础和实现方法。 激光束的特性与表征： 理解激光束的空间特性（如光束质量、高斯光束参数、远场分布）和时间特性（如相干性、单色性、脉冲宽度、重复频率）对于其应用至关重要。本书将详细介绍这些特性的测量方法，例如光束质量因子M²,相干长度的测量，以及用于脉冲测量的自相关函数法等。我们将深入分析激光的谱线展宽机制，包括自然展宽、多普勒展宽、碰撞展宽以及增益介质本身的特性对谱线的影响。 激光技术的应用拓展： 本书将激光技术的广泛应用视为对所学原理的最终检验与升华。我们并非简单列举，而是从物理原理和技术实现的角度，深入分析激光在不同领域的应用。 在科学研究方面，我们将探讨激光在光谱学（如拉曼光谱、荧光光谱、相干拉曼光谱）中如何作为高灵敏度的探测和激发工具，在精密测量（如干涉测量、激光测距、激光雷达）中如何实现超高精度，以及在基础物理研究（如原子冷却、光学镊子、非线性光学）中扮演的关键角色。 在工业生产领域，本书将重点介绍激光在材料加工（如切割、焊接、打标、钻孔、表面处理）中的卓越性能，分析不同激光器类型（如CO2激光器、Nd:YAG激光器、光纤激光器、紫外激光器）在不同材料和加工任务上的优劣。同时，我们将探讨激光在精密制造（如微纳加工、3D打印）中的应用，以及其在检测与测量（如尺寸测量、表面缺陷检测）中的优势。 在医疗健康领域，本书将深入分析激光在眼科手术（如LASIK）、皮肤治疗（如光动力疗法、祛斑）、外科手术（如内窥镜辅助手术、肿瘤治疗）、诊断成像（如OCT、共聚焦显微镜）以及生物医学研究（如荧光标记、细胞分选）中的广泛应用，并探讨不同激光波长、功率和脉冲特性对生物组织作用的机制。 在信息与通信领域，本书将阐述激光在光纤通信中的核心地位，包括激光器的调制、解调原理以及其对通信速率和传输距离的影响。我们还将简要探讨激光在信息存储（如光盘）、全息技术以及量子通信等前沿领域的潜在应用。 前沿进展与未来展望： 本书的最后部分将聚焦于激光技术的前沿进展，例如超强超短激光的最新发展及其在高能物理、材料改性等领域的突破；新型增益介质（如二维材料、金属有机框架）的探索；光纤激光器和半导体激光器的性能持续提升；量子点激光器等微纳激光器件的研究；以及自由电子激光器等特殊激光器的发展。 我们将展望激光技术在人工智能、生物技术、能源科学等新兴交叉领域的应用前景，例如在激光诱导分解、激光驱动的聚变能、生物打印等方面的潜力。本书旨在通过提供扎实的理论基础、深入的技术分析以及广泛的应用视野，激发读者对激光科学与技术的进一步探索热情，并为相关领域的创新与发展贡献力量。 本书力求语言清晰、条理分明，辅以适量的图表和公式，以期帮助读者建立一个完整而深刻的激光科学知识体系。通过阅读本书，读者将能够不仅理解“激光是什么”，更能深刻理解“激光为何能”，以及“激光如何改变世界”。