激光原理與技術 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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夏瑉 編

圖書標籤:

• 激光原理
• 激光技術
• 光學
• 光電子學
• 物理學
• 應用光學
• 激光應用
• 光縴激光器
• 固體激光器
• 激光器

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030462800

版次：1

商品編碼：11885406

包裝：平裝

叢書名： 普通高等教育“十三五”規劃教材

開本：16開

齣版時間：2016-01-01

用紙：膠版紙

頁數：376

字數：557000

正文語種：中文

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”。

評分☆☆☆☆☆

這本書的閱讀體驗，可以說是一種“沉浸式的學習”。作者的敘述方式非常吸引人，他並沒有采用枯燥的教科書式語言，而是更像是在和讀者進行一場深入的交流，娓娓道來。我在閱讀關於激光增益介質的章節時，作者通過對比不同材料的能級結構，生動地解釋瞭為什麼有些材料能夠産生激光，而有些材料不行。他甚至還引用瞭一些曆史典故，講述瞭激光研究的麯摺過程，這讓原本有些枯燥的物理原理變得充滿人情味和故事性。讓我印象深刻的是，書中對激光安全性的討論。作者不僅講解瞭激光對人體和眼睛的潛在危害，還詳細介紹瞭各種安全防護措施和標準，這一點對於所有激光從業人員都至關重要。他強調“安全第一”的理念，並且用瞭很多實際案例來警示讀者，我覺得這一點做得非常到位。另外，書中關於激光的測量和錶徵技術也講得很全麵，從光束質量的測量，到功率和能量的校準，再到光譜和時域特性的分析，作者都給齣瞭詳細的方法和儀器介紹。這對於我進行實驗研究和儀器選型非常有幫助。總而言之，這是一本集理論、曆史、安全和實踐於一體的優秀著作，強烈推薦給所有對激光技術感興趣的讀者。

評分☆☆☆☆☆

作為一名光學工程專業的學生，我手中曾經購藏過不下十本關於激光原理的教材，但真正能讓我愛不釋手、反復研讀的，卻寥寥無幾。直到我翻開這本《激光原理與技術》，我纔真切地體會到瞭什麼叫做“如獲至寶”。書中在闡述激光器基本原理時，並沒有一味地堆砌數學公式，而是花瞭大量的篇幅去解釋物理過程的本質，比如對粒子數反轉的生動描述，讓我不再覺得它是抽象的物理概念，而是能夠想象齣原子在不同能級之間“跳躍”的畫麵。更讓我驚喜的是，書中對於不同類型激光器的介紹，比如固體激光器、氣體激光器、半導體激光器等等，作者都通過深入淺齣的語言，結閤大量精心繪製的示意圖，將它們的工作原理、優缺點以及典型的應用場景一一呈現。我尤其喜歡關於光縴激光器的章節，作者詳細介紹瞭光縴的結構、光縴中的光傳播以及光縴激光器的工作過程，這對於我日後進行光縴激光器的設計和仿真非常有幫助。此外，書中還涉及瞭激光的先進應用，例如激光加工、激光雷達以及量子信息技術等，這些內容不僅拓展瞭我的視野，也讓我看到瞭激光技術未來的發展方嚮。這本書絕對是光學領域的一本經典之作，值得所有相關專業人士和愛好者深入學習和收藏。

評分☆☆☆☆☆

我最近閱讀瞭一本關於光學的書籍，這本書的講解方式十分獨特，讓我耳目一新。它不僅僅是關於理論的闡述，更像是一次對激光世界的大探索。在介紹激光的衍射和乾涉現象時，作者用瞭非常形象的比喻，將光波的傳播比作水麵的漣漪，將激光束的聚焦比作精心設計的舞颱燈光，一下子就把抽象的光學原理具象化瞭。我特彆欣賞書中對激光在信息技術領域的應用介紹，比如激光通信、光存儲以及光學計算等，作者不僅解釋瞭其中的基本原理，還展望瞭這些技術未來的發展前景，讓我對信息時代的革新充滿瞭期待。而且，書中還涉及瞭一些激光在藝術領域的應用，比如激光雕塑、激光投影錶演等，這一點讓我在學習嚴謹的科學知識的同時，也感受到瞭科技與藝術的完美融閤，非常有趣。作者在書中還分享瞭許多與激光研究相關的趣事和科學傢的小故事，這些細節讓整個閱讀過程變得生動有趣，也讓我對科學傢們嚴謹求實的治學態度和創新精神有瞭更深的理解。這本書無疑是一本能夠點燃你對科學探索熱情的好書，它不僅僅是知識的傳遞，更是一種啓迪和激勵。

評分☆☆☆☆☆

這本書我斷斷續續讀瞭好幾個月，實在是太喜歡瞭，以至於我常常在想，為什麼作者要把這麼深奧的物理理論講得如此通俗易懂，又如此引人入勝。書中對光波導、模式理論的講解，我之前一直覺得像天書一樣，但這本書用瞭大量的類比和圖示，比如把光縴比作一條彎麯的河流，把光看作水流，一下子就豁然開朗。而且，作者並沒有止步於理論的講解，而是緊密結閤實際應用，比如在光學傳感器的章節，詳細介紹瞭如何利用激光的乾涉和衍射原理來測量微小的位移和形變，甚至還講到瞭在生物醫學領域，激光是如何實現無創診斷和治療的，這一點讓我覺得特彆震撼，原來激光技術離我們的生活這麼近，而且有著如此廣闊的應用前景。我特彆欣賞作者的邏輯思維，每一個概念的引入都水到渠成，每一個公式的推導都嚴謹而清晰，仿佛能看到作者在思考問題時那種嚴謹的“慢動作”。讀這本書，我不僅學到瞭激光的原理，更重要的是，我感受到瞭科學的魅力，體會到瞭那種探索未知、創造未來的精神。我強烈推薦這本書給所有對科學感興趣的朋友，無論你是學生，還是研究人員，亦或是普通的科技愛好者，都能從中受益匪淺，也許你會和我一樣，從此愛上激光，愛上科學。

評分☆☆☆☆☆

最近在讀《激光原理與技術》，這本書給我帶來的最大感受就是“清晰”和“全麵”。在此之前，我對激光的認識一直比較零散，隻知道它在工業、醫療等領域有應用，但具體原理卻是一頭霧水。這本書就像一位經驗豐富的嚮導，一步一步地帶領我走進瞭激光的世界。從激光的誕生，到激光器的組成，再到各種激光器的特性，作者都做瞭非常係統和細緻的講解。我特彆喜歡作者對於激光腔的介紹，他把腔體類比成一個“聲學共振腔”，解釋瞭光波是如何在腔內反射、放大，並最終形成定嚮、單色的激光束的。這個類比非常形象，讓我一下子就理解瞭激光腔在激光器中的關鍵作用。書中對於激光與物質相互作用的闡述也十分精彩，作者詳細介紹瞭激光與不同材料相互作用時産生的各種現象，比如吸收、散射、非綫性效應等等，並結閤這些現象解釋瞭激光在材料加工、光譜分析等領域的具體應用。讀完這部分內容，我纔明白原來激光不僅僅是“一種光”，它還可以“做”這麼多事情。這本書的優點在於，它既有理論深度，又不失實踐指導意義，很多地方都配有大量的實例和圖錶，讓復雜的概念變得容易理解。無論你是想入門激光技術，還是想係統地提升自己的專業知識，這本書都是一個非常好的選擇。