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杨玉玲 著 著

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• 光纤激光器
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店铺： 蓝墨水图书专营店

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122227423

商品编码：1638801436

开本：16

出版时间：2015-05-01

内容简介

《激光原理与应用》首先对激光产生的物理基础；光与物质相互作用及机理、谱线加宽机制、速率方程组理论以及介质对光的增益；光学谐振腔的几何理论、激光振荡的形成及输出特性；光学谐振腔的衍射理论等基础知识进行了介绍。然后对改善激光器特性的各种技术以及激光在各领域的应用等进行了论述。
《激光原理与应用》可供从事应用物理、光电子等研发的科研人员和技术人员参考，也可作为相关专业的本科生教材。

作者推荐

《激光原理与应用》以激光产生的基础理论知识为主，同时对其广阔的应用领域进行了展望。既有基础理论，又有具体的应用，可供从事光电子技术和光通信技术的科技人员参考，也可以作为高等院校电子科学与技术、光信息科学与技术、光电信息工程和应用物理等专业本科生的教材。

图书目录

第1章 激光产生的物理基础
1.1 光的本质及激光的发展
1.1.1 光的本质
1.1.2 激光的发展简史
1.2 产生激光的能级理论
1.2.1 原子能级和简并度
1.2.2 单个原子的原子态及能级结构
1.2.3 能级跃迁理论
1.2.4 多原子系统的粒子分布
1.3 量子态的基本假设
1.3.1 光子的基本性质
1.3.2 光子的相干性
1.3.3 光波模式和光子态
1.3.4 光子简并度
1.3.5 激光的模式
1.4 激光的产生及特性
1.4.1 激光产生过程
1.4.2 激光器基本组成及类型
1.4.3 激光的特性

第2章 光与物质相互作用及机理
2.1 黑体辐射与普朗克公式
2.2 光与物质相互作用及爱因斯坦关系式
2.2.1 自发辐射
2.2.2 受激吸收
2.2.3 受激辐射
2.2.4 爱因斯坦三系数的关系
2.2.5 自发辐射与受激辐射的光功率
2.3 谱线加宽机制
2.3.1 光谱线的线型和线宽
2.3.2 均匀加宽
2.3.3 非均匀加宽
2.3.4 均匀加宽与非均匀加宽线型比较
2.3.5 综合加宽
2.4 速率方程组理论
2.4.1 修正的爱因斯坦三系数
2.4.2 三能级系统的速率方程组
2.4.3 四能级系统的速率方程组
2.5 稳态条件下粒子数密度反转分布及增益系数
2.5.1 小信号条件下反转粒子数分布
2.5.2 均匀加宽介质小信号增益系数
2.5.3 非均匀加宽介质小信号增益系数
2.5.4 均匀加宽大信号反转粒子数密度分布
2.5.5 反转粒子数密度的饱和效应
2.5.6 均匀加宽大信号增益系数
2.5.7 非均匀加宽大信号反转粒子数密度分布
2.5.8 非均匀加宽大信号增益系数

第3章 光学谐振腔的几何理论及输出特性
3.1 光学谐振腔的几何理论——光学变换矩阵
3.1.1 光线在自由空间传播的光学变换矩阵
3.1.2 光线经球面镜反射的光学变换矩阵
3.1.3 共轴球面谐振腔的光学变换矩阵
3.2 光学谐振腔的稳定性条件及其分类
3.2.1 光学谐振腔的稳定性条件
3.2.2 稳区图及其应用
3.2.3 共轴球面腔分类
3.3 光学谐振腔的损耗
3.3.1 平均单程损耗因子δ
3.3.2 谐振腔的寿命τc
3.3.3 谐振腔的品质因数Q
3.4 激光形成的阈值条件
3.4.1 阈值增益系数
3.4.2 阈值反转粒子数密度
3.4.3 激光上能级阈值粒子数密度
3.4.4 连续或长脉冲激光器的阈值泵浦功率
3.4.5 短脉冲激光器的阈值泵浦功率
3.5 模式竞争
3.5.1 起振模式数计算
3.5.2 均匀加宽激光器中的模式竞争
3.5.3 非均匀加宽激光器中的模式竞争
3.6 激光器的输出特性
3.6.1 连续或长脉冲激光器的输出功率
3.6.2 单模激光器的线宽极限

第4章 光学谐振腔的衍射理论
4.1 光学谐振腔的衍射理论——菲涅耳衍射积分方程
4.1.1 菲涅耳�不�尔霍夫衍射公式
4.1.2 自再现模积分方程
4.2 对称共焦腔光场分布特性
4.2.1 方形镜共焦腔自再现模积分方程及其解
4.2.2 方形镜共焦腔自再现模的特征
4.2.3 方形镜共焦腔中的行波场
4.2.4 圆形镜共焦腔自再现模积分方程的解
4.2.5 圆形镜共焦腔自再现模的特征
4.2.6 圆形镜共焦腔的行波场
4.3 基模高斯光束的基本特点
4.3.1 高斯光束的振幅分布和光斑尺寸
4.3.2 高斯光束的相位分布
4.3.3 模体积
4.3.4 高斯光束的远场发散角
4.4 透镜对高斯光束的作用
4.4.1 薄透镜对高斯光束的变换
4.4.2 薄透镜对高斯光束q参数的变换
4.4.3 高斯光束的聚焦
4.4.4 高斯光束的准直

第5章 激光技术
5.1 光波的调制技术
5.1.1 激光调制的概念
5.1.2 激光调制方法
5.2 激光器选模技术
5.2.1 选模的基本概念
5.2.2 激光单横模的选取方法
5.2.3 激光单纵模的选取方法
5.3 激光器的稳频技术
5.3.1 影响频率稳定的因素
5.3.2 稳频方法
5.4 激光调Q技术
5.4.1 影响Q的因素及调Q原理
5.4.2 调Q方法

第6章 激光应用技术
6.1 激光应用技术的理论基础
6.1.1 激光与材料相互作用
6.1.2 激光的吸收过程
6.1.3 激光的热效应
6.1.4 等离子体产生过程
6.1.5 激光烧蚀过程
6.2 激光技术在材料加工领域的应用
6.2.1 激光熔覆技术
6.2.2 激光焊接技术
6.2.3 激光打孔技术
6.2.4 激光切割
6.2.5 激光快速成型
6.3 激光在军事领域的应用
6.3.1 激光测距
6.3.2 激光雷达、激光导航和激光制导
6.3.3 激光武器
6.4 激光技术在生物、医学领域的应用
6.4.1 激光在生物检测中的应用
6.4.2 激光在医疗中的应用
6.4.3 激光在医疗器械上的应用——激光刀
6.5 其他新型激光应用技术
6.5.1 激光输电技术
6.5.2 激光空间碎片处理技术
6.5.3 激光降雨技术

附录
附录1 常用物理常数
附录2 常见光学元件的光学变换矩阵
附录3 常用激光晶体的典型技术参数
附录4 典型气体激光器基本实验数据
附录5 典型固体激光器工作物质参数
参考文献

现代光学探秘：光之奇迹与前沿应用 本书旨在为读者揭开现代光学，特别是激光技术背后那令人惊叹的科学原理，并深入探讨其在各个领域所展现出的强大应用潜力。我们将从光学的基础概念出发，循序渐进地引领您进入光的世界，理解光的本质，认识光与物质的相互作用，最终领略激光这一“文明之光”如何重塑我们的世界。 第一章：光的奥秘：超越经典的光学之旅 在旅程的开端，我们将回顾经典光学的发展历程，从惠更斯的光的波动说，到牛顿的粒子说，再到杨氏双缝干涉实验所证明的光的干涉性，以及菲索夫的衍射实验揭示的光的衍射现象。然而，经典光学在解释黑体辐射和光电效应等现象时遇到了瓶颈。这促使了量子力学理论的诞生，为我们理解光的粒子性——光子——提供了理论基础。我们将详细阐述普朗克的量子假设，爱因斯坦的光电效应解释，以及玻尔的原子模型如何将量子概念引入原子能级，为激光的产生奠定理论基石。这一章，我们将建立起对光波粒二象性的深刻理解，为后续章节的内容打下坚实的基础。 第二章：相干光与激光的诞生：从理论到现实的飞跃 什么是相干光？它与我们日常接触到的普通光源有何不同？我们将深入探讨光的相干性，包括时间相干性（单色性）和空间相干性。相干光是激光的灵魂。在这一章，我们将重点阐述激光产生的核心机制：受激发射。爱因斯坦在1917年提出的受激发射理论，预言了粒子在受到特定频率光子激发时，会以相同频率、相同方向、相同相位释放出新的光子。这一革命性的理论为激光的产生提供了理论依据。我们将详细介绍实现受激发射的必要条件：粒子数反转和谐振腔。粒子数反转是指高能级粒子数多于低能级粒子数的状态，这通常需要通过“泵浦”过程来实现。谐振腔则通过反射镜将光子反复反射，增加光与粒子的相互作用，从而放大光信号。我们将剖析不同类型的激光器，如气体激光器（氦氖激光器、二氧化碳激光器）、固体激光器（红宝石激光器、Nd:YAG激光器）、半导体激光器和染料激光器，阐述它们各自的工作原理、优点和适用范围。 第三章：激光的特性：独一无二的光芒 激光之所以能够成为一种强大的工具，源于其与众不同的特性。我们将逐一解析这些特性，并探讨它们对应用产生的深远影响。 方向性强（单向性）： 激光束具有极高的方向性，发散角极小，能在很远的距离上传播而不易扩散。这意味着我们可以将激光精确地指向目标，实现远距离通信和精确测量。 单色性好（高纯度）： 激光的谱线非常窄，接近于单色光。这意味着激光的波长非常集中，颜色纯度极高。这对于光谱分析、激光雷达等应用至关重要，因为单一波长的光能够提供更清晰、更准确的信息。 相干性好（同步性）： 激光具有优异的时间相干性和空间相干性，所有光子在时间和空间上都表现出高度的同步性。这种高度的相干性是实现全息成像、干涉测量等精密光学技术的关键。 亮度高（能量密度大）： 激光集中的能量使其具有极高的亮度，单位面积上的功率密度极高。这意味着激光能够瞬间传递巨大的能量，用于切割、焊接、加热等工业加工。 我们将通过详细的图示和数据分析，让读者直观地理解这些特性的物理意义，以及它们如何转化为实际的应用优势。 第四章：激光的加工应用：重塑物质世界的利器 激光的高能量密度和精确性使其成为现代工业加工领域不可或缺的工具。本章将重点介绍激光在材料加工方面的广泛应用。 激光切割： 激光切割利用高能量密度的激光束融化或汽化材料，实现高精度、高效率的切割。我们将探讨激光切割的原理，不同材料（金属、非金属、复合材料）的切割工艺，以及激光切割在汽车制造、航空航天、钣金加工等领域的应用案例。 激光焊接： 激光焊接利用激光的热效应将工件熔化并连接，具有焊接速度快、热影响区小、变形小、可实现精密焊接等优点。我们将介绍激光焊接的原理、工艺参数控制，以及在电子、医疗器械、精密机械制造等领域的应用。 激光打标与雕刻： 激光打标利用激光束在材料表面产生永久性的标记，具有精度高、速度快、不损伤材料、标记内容丰富等特点。我们将展示激光打标在产品标识、防伪溯源、艺术品制作等方面的应用。 激光表面处理： 激光还可以用于材料的表面硬化、退火、熔覆等处理，以改善材料的机械性能、耐磨性、耐腐蚀性。我们将探讨激光表面处理的原理和应用。 第五章：激光在医疗领域的革新：精准治疗与健康守护 医学是激光技术应用最为广泛和重要的领域之一。激光的精确性、非侵入性以及对生物组织的特定作用，使其在诊断和治疗方面发挥着革命性的作用。 激光眼科手术： 飞秒激光和准分子激光在白内障手术、屈光不正矫正（近视、远视、散光）等领域已成为主流技术，极大地提高了手术的安全性和精确性。我们将详细介绍这些手术的原理和优势。 激光在皮肤病治疗中的应用： 激光可以用于去除纹身、胎记、色素沉着，治疗痤疮、疤痕，以及进行光动力疗法。我们将探讨不同类型激光在皮肤治疗中的具体应用。 激光在肿瘤治疗中的应用： 激光消融术、光动力疗法等技术为多种癌症的治疗提供了新的选择，能够精确杀死癌细胞，减少对正常组织的损伤。 激光在牙科领域的应用： 激光用于牙齿美白、牙周治疗、根管治疗等，具有杀菌、止痛、促进愈合等作用。 激光在诊断和成像中的应用： 激光多普勒血流测量、激光诱导荧光成像等技术，为疾病的早期诊断提供了有力支持。 第六章：激光在通信与信息技术中的突破：光速的无限可能 光纤通信是现代信息传输的基石，而激光作为光纤通信系统的光源，扮演着至关重要的角色。 光纤通信： 激光作为信息载体，通过光纤传输数据，实现了超大带宽、超远距离的通信。我们将介绍激光器在光纤通信系统中的作用，以及光信号的调制解调过程。 激光雷达（LiDAR）： 激光雷达利用激光脉冲测量距离，广泛应用于自动驾驶汽车、地理测绘、环境监测等领域，为三维空间感知提供了核心技术。 全息术： 激光的相干性是实现全息成像的关键，全息技术在信息存储、防伪、艺术展示等方面展现出独特的潜力。 光存储与光计算： 尽管仍处于发展阶段，但激光在下一代光存储和光计算技术中扮演着核心角色，有望突破传统电子技术的瓶颈。 第七章：激光在科学研究与军事领域的拓展：探索未知与守护和平 激光作为一种高精度、高能量的工具，在基础科学研究和军事应用中同样发挥着不可替代的作用。 激光光谱学： 激光高单色性使其成为精确测量物质光谱的理想光源，广泛应用于化学分析、天体物理学研究。 激光诱导击穿光谱（LIBS）： LIBS技术可以快速、原位地分析物质的元素组成，在环境监测、材料分析、考古学等领域有重要应用。 激光在物理学中的应用： 激光冷却原子、研究原子分子结构、实现超快动力学研究等。 激光在军事领域的应用： 激光测距、激光制导、激光干扰、以及未来可能的激光武器等。 结论：激光的未来展望 本书的最后，我们将对激光技术的未来发展进行展望。随着新材料、新工艺和新理论的不断涌现，激光技术将继续突破界限，在更广泛的领域展现出无限的可能。从更高效的能源利用，到更智能化的生活方式，再到对宇宙奥秘的更深入探索，激光都将继续扮演着驱动创新的关键角色。本书希望通过对激光原理与应用的全面介绍，激发读者对现代光学科学的兴趣，并对激光技术在塑造我们未来生活中的重要作用有更深刻的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书的学术深度毋庸置疑，但真正让我爱不释手的是它对前沿应用的关注。在探讨了基础原理之后，作者并没有止步于经典的连续波激光，而是迅速将视野扩展到了诸如超快激光加工、精密测量以及生物医学成像等尖端领域。书中对飞秒脉冲的产生机制以及其在材料微纳加工中展现出的“冷烧蚀”特性进行了细致的论述，这种对时间和能量尺度的精确控制能力，是这本书中最令人振奋的部分之一。它让我清晰地认识到，激光技术已经从实验室的“奇技淫巧”发展成为驱动现代高精尖制造和基础科学研究的核心驱动力。阅读过程中，我不断地在思考如何将书中所学的这些核心概念，应用到我正在关注的某一特定领域中去，这种强烈的代入感，是许多教材难以企及的。

评分☆☆☆☆☆

这本厚重的著作，初翻时便觉其内容之博大精深令人敬畏。书页间流淌着关于光与物质相互作用的详尽论述，从最基础的量子力学原理出发，层层递进地剖析了受激辐射这一核心概念的物理本质。作者似乎并未满足于停留在理论的阐述，而是将大量的篇幅倾注于对各种光放大机制的精妙解读上。特别是对于粒子群布居反转条件的严格数学推导，以及不同增益介质的特性比较，读来令人对激光器内部的微观世界有了更为清晰的认识。书中对光学谐振腔的设计哲学也有独到的见解，如何通过精确的镜面布局来维持稳定振荡、实现模式控制，这部分内容对于工程实践者而言，无疑是一部宝贵的指南。我尤其欣赏作者在解释复杂现象时所展现出的耐心和清晰的逻辑链条，即便是初次接触激光物理的读者，也能循着作者的思路逐步深入，领略这门学科的迷人之处。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我最大的感受是它提供了一种宏大而系统的视角来看待现代光学技术。它不仅仅是一本“How-to”的手册，更像是一部构建理论大厦的蓝图。书中对激光器的发展历程和不同工作体制的梳理，展现了科学进步的脉络。例如，对于调Q、锁模这些脉冲技术，作者并没有简单罗列其应用，而是深入探讨了它们背后时间分辨的物理过程，比如能量的积累与快速释放的机制，以及由此带来的超快光学新领域。这种对“为什么”的追问，让阅读过程充满了思辨的乐趣。此外，书中对非线性光学效应的介绍也令人耳目一新，那些原本只存在于理论模型中的奇特现象，在作者的笔下仿佛获得了鲜活的生命力，预示着光技术未来无限的可能性。对于想要突破现有应用瓶颈的研究人员来说，这本书无疑能提供极具启发性的思维跳板。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，这本书的篇幅和内容的密度要求读者必须保持高度的专注力，它绝非可以轻松翻阅的小品级读物。某些涉及电磁场与物质相互作用的麦克斯韦方程组的推导过程，虽然严谨无可挑剔，但对于基础较弱的读者来说，可能需要反复研读和查阅相关参考资料才能完全消化。然而，正是这种对细节的坚持和对理论溯源的执着，铸就了这本书无可替代的权威性。它迫使你不仅要知道“是什么”，更要深挖“为什么会这样”。在书的最后部分，作者对未来激光技术发展趋势的展望，特别是对相干合成、极端紫外光源等方向的预测，充满了洞察力，为读者指明了下一阶段探索的方向。总而言之，这是一部需要时间去沉淀、去反复咀嚼的经典之作，其价值会随着阅读次数的增加而愈发凸显。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和图示设计，充分体现了出版方的专业水准。许多关键的物理图像，例如光束的衍射特性、腔内模场的分布等，都被绘制得极其精准且直观，极大地降低了理解难度。在阅读到涉及复杂几何结构和介质参数分布的章节时，那些精心制作的截面图和三维模型简直是救星，它们瞬间将抽象的数学符号具象化了。我个人特别关注了书中关于特定波段激光器（比如高功率固体激光器或半导体激光器）的章节，它们详述了在实际工程限制下，如何平衡效率、光束质量和散热等多个矛盾因素。作者在处理这些工程妥协时所展现出的务实态度，使得这本书的实用价值大大超越了一般的学术专著。这不像是纯粹的理论探讨，更像是一位经验丰富的设计师在传授他的设计心法。