激光原理與技術 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

內容簡介

　　《激光原理與技術》係統地介紹瞭用於研究激光産生機理、光場與物質相互作用、激光光場模式分布特性和激光器輸齣特性的基本理論，並詳細描述瞭用於實現激光光束傳輸、激光特徵參數控製與變換的技術手段。書中概述瞭激光産生的基本原理，並介紹瞭激光的相關特點；分析瞭高斯光束的産生和傳輸規律，並在此基礎上，介紹開放式光學諧振腔的腔模理論，重點介紹光學諧振腔的波動理論；介紹瞭激光振蕩和放大理論，以速率方程理論為基礎分析瞭光場與物質相互作用的過程，並以此為基礎分析瞭激光的工作特性；介紹瞭用於控製、改善激光器輸齣特性的各種技術的基本原理和實現方法，包括産生短脈衝的調Q、鎖模技術，改變激光輸齣強度、頻率等特性的調製、頻率變換技術等。
　　《激光原理與技術》注重於激光原理和激光技術中，一般原理同前沿技術的有機融閤，適閤作為高等院校光電子技術、光信息科學與技術、應用物理等本科專業教材，也可作為激光加工、製造等相關科技人員的參考書。

內頁插圖

目錄

第1章 激光的基本原理
1．1 激光概述
1．2 光的受激輻射
1．2．1 黑體輻射的普郎剋公式
1．2．2 光量子理論
1．2．3 玻爾的原子、量子理論
1．2．4 受激輻射和自發輻射的概念
1．3 光的受激輻射放大
1．2．5 相乾性的光子描述
1．3．2 光放大概念的産生
1．3．3 光放大的必要條件：粒子數反轉
1．3．4 工作物質的增益係數
1．4 光的自激振蕩
1．4 ，1自激振蕩的概念
1．4．2 振蕩條件
1．5 激光的特性
1．5．1 激光的空間相乾性和方嚮性
1．5．2 時間相乾性和單色性
1．5．3 激光的高強度（相乾光強）
習題一

第2章 光綫的傳播及高斯光束
2．1 光綫的傳播
2．1．1 光綫矩陣
2．1．2 雙周期性透鏡波導
2．1．3 相同周期性透鏡波導
2．1．4 光綫在反射鏡之間的傳播
2．2 光束在均勻介質中傳輸
2．2．1 均勻介質中的基本高斯光束
2．2．2 均勻介質中的高斯光束
2．2．3 均勻介質中的高階高斯光束
2．2．4 類透鏡介質中的高斯光束
2．2．5 高斯光束的特徵參數
2．2．6 高斯光束的變換：ABCD
2．3 高斯光束的傳輸與變換規律
2．3．1 高斯光束傳輸與q參數
2．3．2 高斯光束通過薄透鏡的傳輸
2．3．3 高斯光束的聚焦
2．3．4 高斯光束的準直
2．3．5 高斯光束的自再現變換
2．3．6 高斯光束的匹配
2．3．7 激光光束質量因子
習題二

第3章 光學諧振腔
3．1 光學諧振腔的穩定性
3．1．1 光學諧振腔的穩定性條件
3．1．2 光學諧振腔的構成與分類
3．1．3 光學諧振腔的作用
3．1．4 光學諧振腔的穩定性判彆方法
3．2 光學諧振腔的損耗
3．2．1 光腔的損耗
'3．2．2 光子壽命與無源腔的綫寬
3．2．3 無源腔的Q值
3．3 光學諧振腔的模式
3．3．1 光學諧振腔中的縱模
3．3．2 光學諧振腔中的橫模
3．4 平行平麵鏡腔模的迭代解法
3．4．1 Fox-Li迭代法
3．4．2 平行平麵鏡腔自再現模
3．5 穩定球麵腔中的模式
3．5．1 方形鏡共焦腔的自再現模
3．5．2 方形鏡共焦腔的行波場
3．5．3 圓形鏡共焦腔
3．5．4 一般穩定球麵腔與對稱共焦腔的等價性
3．5．5 一般穩定球麵腔的模式
3．6 非穩定球麵腔
3．6．1 非穩腔的一般特點和種類
3．6．2 非穩定腔的幾何自再現波形
3．6．3 非穩腔的幾何放大率和能量損耗
習題三
……
第4章 光場與物質的相互作用
第5章 連續激光器的增益和工作特性
第6章 脈衝激光器的工作特性
第7章 激光調製技術
第8章 調Q技術
第9章 鎖模技術
第10章 激光頻率變換技術

前言/序言

書名： 激光原理與技術 圖書簡介： 本書旨在為讀者提供一個全麵而深入的視角，探索光學領域最引人注目、應用最為廣泛的現象之一——激光。我們並非簡單地羅列激光器的類型或製造過程，而是緻力於揭示其背後深刻的物理原理，剖析其核心技術，並展望其在廣闊應用場景中的無限可能。本書的目標讀者涵蓋瞭對物理光學、量子力學、材料科學、工程技術以及前沿科學研究感興趣的本科生、研究生、科研人員、工程師以及任何渴望理解這一顛覆性技術背後科學精髓的愛好者。 核心內容概覽： 本書從激光現象的根源——光的本質與相互作用齣發，帶領讀者逐步構建對激光形成機製的認知。我們將首先迴顧經典電磁理論中關於光的傳播、衍射和乾涉等基本規律，為理解更復雜的量子光學現象打下基礎。隨後，深入到量子力學的範疇，重點講解原子、分子和固體的能級結構、躍遷過程（吸收、自發輻射、受激輻射）以及玻爾茲曼分布等概念。正是受激輻射這一核心機製，構成瞭激光增益的根本所在。我們將詳細闡述如何通過特定介質在特定能量激發下，實現粒子數反轉，從而使光信號在介質中得到放大，最終産生相乾性極強的激光束。 本書的另一核心在於激光器的構成與工作原理。我們將逐一拆解激光器這一精巧的裝置，詳細介紹其必不可少的三個組成部分：增益介質（工作物質）、激勵源（泵浦源）和光學諧振腔。對於增益介質，我們將廣泛探討不同類型的材料，包括氣體（如He-Ne、CO2）、固體（如Nd:YAG、Ti:Sapphire）、液體（染料激光）以及半導體（二極管激光），分析它們各自的能級結構、粒子數反轉條件、增益譜特性以及適閤的泵浦方式。對於激勵源，我們將深入分析各種泵浦技術，如光泵浦（包括閃光燈、激光二極管、氣體放電燈）、電泵浦（氣體放電、電注入）以及化學泵浦等，討論它們在效率、功率、光譜特性及成本方麵的權衡。而光學諧振腔作為激光器的“心髒”，其設計和功能至關重要。我們將詳細講解諧振腔的幾何結構（如平麵-平麵、共振器、混閤諧振器）、反射鏡的反射率、腔模（縱模、橫模）的産生、選擇和穩定性分析，以及高斯光束在諧振腔內的傳播特性。通過對這些元素的深入理解，讀者將能夠理解為何不同的激光器設計會産生具有不同特性（如波長、功率、帶寬、方嚮性、相乾性）的激光束。 關鍵技術與原理的深度挖掘： 本書不僅僅停留在基本原理的介紹，更將重點關注激光器實現高效、穩定、特定輸齣所需的關鍵技術。我們將深入探討閾值原理，解釋激光器産生激光所需的最低泵浦能量，以及增益與損耗的平衡如何決定其工作狀態。功率與效率是衡量激光器性能的重要指標，我們將分析影響激光器效率的各種因素，如量子效率、光束轉換效率、泵浦耦閤效率等，並介紹提高激光器功率的策略。 光學諧振腔的設計與優化是激光器性能的關鍵。我們將詳細講解腔長調諧對縱模選擇的影響，以及膜片、棱鏡、衍射光柵等腔內元件如何在特定波長輸齣、光譜展寬、增益調製等方麵發揮作用。增益開關技術，如聲光調製器、電光調製器等，對於産生短脈衝激光至關重要，本書將對其工作原理、調製深度和應用進行詳細闡述。模式鎖定技術，包括同步泵浦、主動模式鎖定和被動模式鎖定（如增益開關、可飽和吸收體），是實現超短脈衝（飛秒、皮秒）激光器的核心，我們將深入剖析這些技術的物理基礎和實現方法。 激光束的特性與錶徵： 理解激光束的空間特性（如光束質量、高斯光束參數、遠場分布）和時間特性（如相乾性、單色性、脈衝寬度、重復頻率）對於其應用至關重要。本書將詳細介紹這些特性的測量方法，例如光束質量因子M²,相乾長度的測量，以及用於脈衝測量的自相關函數法等。我們將深入分析激光的譜綫展寬機製，包括自然展寬、多普勒展寬、碰撞展寬以及增益介質本身的特性對譜綫的影響。 激光技術的應用拓展： 本書將激光技術的廣泛應用視為對所學原理的最終檢驗與升華。我們並非簡單列舉，而是從物理原理和技術實現的角度，深入分析激光在不同領域的應用。 在科學研究方麵，我們將探討激光在光譜學（如拉曼光譜、熒光光譜、相乾拉曼光譜）中如何作為高靈敏度的探測和激發工具，在精密測量（如乾涉測量、激光測距、激光雷達）中如何實現超高精度，以及在基礎物理研究（如原子冷卻、光學鑷子、非綫性光學）中扮演的關鍵角色。 在工業生産領域，本書將重點介紹激光在材料加工（如切割、焊接、打標、鑽孔、錶麵處理）中的卓越性能，分析不同激光器類型（如CO2激光器、Nd:YAG激光器、光縴激光器、紫外激光器）在不同材料和加工任務上的優劣。同時，我們將探討激光在精密製造（如微納加工、3D打印）中的應用，以及其在檢測與測量（如尺寸測量、錶麵缺陷檢測）中的優勢。 在醫療健康領域，本書將深入分析激光在眼科手術（如LASIK）、皮膚治療（如光動力療法、祛斑）、外科手術（如內窺鏡輔助手術、腫瘤治療）、診斷成像（如OCT、共聚焦顯微鏡）以及生物醫學研究（如熒光標記、細胞分選）中的廣泛應用，並探討不同激光波長、功率和脈衝特性對生物組織作用的機製。 在信息與通信領域，本書將闡述激光在光縴通信中的核心地位，包括激光器的調製、解調原理以及其對通信速率和傳輸距離的影響。我們還將簡要探討激光在信息存儲（如光盤）、全息技術以及量子通信等前沿領域的潛在應用。 前沿進展與未來展望： 本書的最後部分將聚焦於激光技術的前沿進展，例如超強超短激光的最新發展及其在高能物理、材料改性等領域的突破；新型增益介質（如二維材料、金屬有機框架）的探索；光縴激光器和半導體激光器的性能持續提升；量子點激光器等微納激光器件的研究；以及自由電子激光器等特殊激光器的發展。 我們將展望激光技術在人工智能、生物技術、能源科學等新興交叉領域的應用前景，例如在激光誘導分解、激光驅動的聚變能、生物打印等方麵的潛力。本書旨在通過提供紮實的理論基礎、深入的技術分析以及廣泛的應用視野，激發讀者對激光科學與技術的進一步探索熱情，並為相關領域的創新與發展貢獻力量。 本書力求語言清晰、條理分明，輔以適量的圖錶和公式，以期幫助讀者建立一個完整而深刻的激光科學知識體係。通過閱讀本書，讀者將能夠不僅理解“激光是什麼”，更能深刻理解“激光為何能”，以及“激光如何改變世界”。