激光原理及应用陈家璧,彭润玲 9787121191886 pdf epub mobi txt 电子书下载 2025

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陈家璧，彭润玲著

图书标签:

激光原理
激光技术
光学
物理学
陈家璧
彭润玲
高等教育
教材
9787121191886
电子工业出版社

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出版社：电子工业出版社

ISBN：9787121191886

商品编码：29371768280

包装：平装

出版时间：2013-01-01

具体描述

图书基本信息
图书名称	激光原理及应用
作者	陈家璧,彭润玲
定价	39.90元
出版社	电子工业出版社
ISBN	9787121191886
出版日期	2013-01-01
字数
页码
版次	1
装帧	平装
开本	16开
商品重量	0.381Kg

内容简介

　　本书为普通高等教育“十一五”规划教材。本书从内容上分为两部分。～5章介绍激光的基本理论，从激光的物理学基础出发，着重阐明物理概念，以及激光输出特性与激光器的参数之间的关系，尽量避免过多的理论计算，以掌握激光器的选择和使用为主要目的；第6～10章介绍激光在计量、加工、医学、信息技术，以及现代科技前沿问题中的应用，重点介绍各种应用的思路和方法。

作者简介

章辐射理论概要与激光产生的条件
1.1 光的波粒二象性
1.1.1 光波
1.1.2 光子
1.2 原子的能级和辐射跃迁
1.2.1 原子能级和简并度
1.2.2 原子状态的标记
1.2.3 玻尔兹曼分布
1.2.4 辐射跃迁和非辐射跃迁
1.3 光的受激辐射
1.3.1 黑体热辐射
1.3.2 光和物质的作用
1.3.3 自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系
1.3.4 自发辐射光功率与受激辐射光功率
1.4 光谱线增宽
1.4.1 光谱线、线型和光谱线宽度
1.4.2 自然增宽
1.4.3 碰撞增宽
1.4.4 多普勒增宽
1.4.5 均匀增宽和非均匀增宽线型
1.4.6 综合增宽
1.5 激光形成的条件
1.5.1 介质中光的受激辐射放大
1.5.2 光学谐振腔和阈值条件
思考练习题1

第2章激光器的工作原理
2.1 光学谐振腔结构与稳定性
2.1.1 共轴球面谐振腔的稳定性条件
2.1.2 共轴球面腔的稳定图及其分类
2.1.3 稳定图的应用
2.2 速率方程组与粒子数反转
2.2.1 三能级系统和四能级系统
2.2.2 速率方程组
2.2.3 稳态工作时的粒子数密度反转分布
2.2.4 小信号工作时的粒子数密度反转分布
2.2.5 均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布
2.2.6 均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应
2.3 均匀增宽介质的增益系数和增益饱和
2.3.1 均匀增宽介质的增益系数
2.3.2 均匀增宽介质的增益饱和
2.4 非均匀增宽介质的增益饱和
2.4.1 介质在小信号时的粒子数密度反转分布值
2.4.2 非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数
2.4.3 非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布
2.4.4 非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和
2.5 激光器的损耗与阈值条件
2.5.1 激光器的损耗
2.5.2 激光谐振腔内形成稳定光强的过程
2.5.3 阈值条件
2.5.4 对介质能级选取的讨论
思考练习题2

第3章激光器的输出特性
3.1 光学谐振腔的衍射理论
3.1.1 菲涅耳基尔霍夫衍射公式
3.1.2 光学谐振腔的自再现模积分方程
3.1.3 激光谐振腔的谐振频率和激光纵模
3.2 对称共焦腔内外的光场分布
3.2.1 共焦腔镜面上的场分布
3.2.2 共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布
3.3 高斯光束的传播特性
3.3.1 高斯光束的振幅和强度分布
3.3.2 高斯光束的相位分布
3.3.3 高斯光束的远场发散角
3.3.4 高斯光束的高亮度
3.4 稳定球面腔的光束传播特性
3.4.1 稳定球面腔的等价对称共焦腔
3.4.2 稳定球面腔的光束传播特性
3.5 激光器的输出功率
3.5.1 均匀增宽型介质激光器的输出功率
3.5.2 非均匀增宽型介质激光器的输出功率
3.6 激光器的线宽极限
3.7 激光光束质量的品质因子M2
思考练习题3

第4章激光的基本技术
4.1 激光器输出的选模
4.1.1 激光单纵模的选取
4.1.2 激光单横模的选取
4.2 激光器的稳频
4.2.1 影响频率稳定的因素
4.2.2 稳频方法概述
4.2.3 兰姆凹陷法稳频
4.2.4 饱和吸收法稳频
4.3 激光束的变换
4.3.1 高斯光束通过薄透镜时的变换
4.3.2 高斯光束的聚焦
4.3.3 高斯光束的准直
4.3.4 激光的扩束
4.4 激光调制技术
4.4.1 激光调制的基本概念
4.4.2 电光强度调制
4.4.3 电光相位调制
4.5 激光偏转技术
4.5.1 机械偏转
4.5.2 电光偏转
4.5.3 声光偏转
4.6 激光调Q技术
4.6.1 激光谐振腔的品质因数Q
4.6.2 调Q原理
4.6.3 电光调Q
4.6.4 声光调Q
4.6.5 染料调Q
4.7 激光锁模技术
4.7.1 锁模原理
4.7.2 主动锁模
4.7.3 被动锁模
思考练习题4

第5章典型激光器介绍
5.1 固体激光器
5.1.1 固体激光器的基本结构与工作物质
5.1.2 固体激光器的泵浦系统
5.1.3 固体激光器的输出特性
5.1.4 新型固体激光器
5.2 气体激光器
5.2.1 氦氖（HeNe）激光器
5.2.2 二氧化碳激光器
5.2.3 Ar＋离子激光器
5.3 染料激光器
5.3.1 染料激光器的激发机理
5.3.2 染料激光器的泵浦
5.3.3 染料激光器的调谐
5.4 半导体激光器
5.4.1 半导体的能带和产生受激辐射的条件
5.4.2 PN结和粒子数反转
5.4.3 半导体激光器的工作原理和阈值条件
5.4.4 同质结和异质结半导体激光器
5.5 其他激光器
5.5.1 准分子激光器
5.5.2 自由电子激光器
5.5.3 化学激光器
思考练习题5

第6章激光在精密测量中的应用
6.1 激光干涉测长
6.1.1 干涉测长的基本原理
6.1.2 激光干涉测长系统的组成
6.1.3 激光外差干涉测长技术
6.1.4 激光干涉测长应用举例
6.2 激光衍射测量
6.2.1 激光衍射测量原理
6.2.2 激光衍射测量的方法
6.2.3 激光衍射测量的应用
6.3 激光测距
6.3.1 激光脉冲测距
6.3.2 激光相位测距
6.4 激光准直及多自由度测量
6.4.1 激光准直仪
6.4.2 激光衍射准直仪
6.4.3 激光多自由度测量
6.5 激光多普勒测速
6.5.1 运动微粒散射光的频率
6.5.2 差频法测速
6.5.3 激光多普勒测速技术的应用
6.6 环形激光测量角度和角加速度
6.6.1 环形激光精密测角
6.6.2 光纤陀螺
6.7 激光环境计量
6.8 激光散射板干涉仪
思考练习题6

第7章激光加工技术
7.1 激光热加工原理
7.2 激光表面改性技术
7.2.1 激光淬火技术的原理与应用
7.2.2 激光表面熔凝技术
7.2.3 激光熔覆技术
7.3 激光去除材料技术
7.3.1 激光打孔
7.3.2 激光切割
7.4 激光焊接
7.4.1 激光热导焊
7.4.2 激光深熔焊
7.4.3 激光复合焊
7.5 激光快速成型技术
7.5.1 激光快速成型技术的原理及主要优点
7.5.2 激光快速成型技术
7.5.3 激光快速成型技术的重要应用
7.6 其他激光加工技术
7.6.1 激光清洗技术
7.6.2 激光弯曲
思考练习题7

第8章激光在医学中的应用
8.1 激光与生物体的相互作用
8.1.1 生物体的光学特性
8.1.2 激光对生物体的作用
8.1.3 激光对生物体应用的优点
8.2 激光在临床治疗中的应用
8.2.1 激光临床治疗的种类与现状
8.2.2 激光在皮肤科及整形外科领域中的应用
8.2.3 激光在眼科中的应用
8.2.4 激光在泌尿外科中的应用
8.2.5 激光在耳鼻喉科中的应用
8.2.6 新的技术——间质激光光凝术
8.2.7 光动力学治疗
8.3 激光在生物体检测及诊断中的应用
8.3.1 利用激光的生物体光谱测量及诊断
8.3.2 激光断层摄影
8.3.3 激光显微镜
8.4 医用激光设备
8.4.1 医用激光光源
8.4.2 医用激光传播用光纤
8.5 激光应用于医学的未来
8.5.1 医用激光新技术
8.5.2 光动力学治疗的前景
思考练习题8

第9章激光在信息技术中的应用
9.1 光纤通信系统中的激光器和光放大器
9.1.1 半导体激光器
9.1.2 光纤激光器
9.1.3 光放大器
9.2 激光全息三维显示
9.2.1 全息术的历史回顾
9.2.2 激光全息术的基本原理和分类
9.2.3 白光再现的全息三维显示
9.2.4 计算全息图
9.2.5 数字全息术
9.2.6 全息三维显示的优点
9.2.7 全息三维显示的应用
9.2.8 全息三维显示技术的展望
9.3 激光存储技术
9.3.1 激光存储的基本原理、分类及特点
9.3.2 激光光盘存储
9.3.3 激光体全息光存储
9.3.4 激光存储技术的新进展［77，85，90，91，92］
9.4 激光扫描和激光打印机
9.4.1 激光扫描
9.4.2 激光打印机
9.5 量子光通信中的激光源
9.5.1 量子光通信
9.5.2 量子态发生器及应用
思考练习题9

0章激光在科学技术前沿问题中的应用
10.1 激光核聚变
10.1.1 受控核聚变
10.1.2 磁力约束和惯性约束控制方法
10.1.3 激光压缩点燃核聚变的原理
10.2 激光冷却
10.3 激光操纵微粒
10.3.1 光捕获
10.3.2 微粒操纵
10.4 激光诱导化学过程
10.4.1 激光波长和离解能的关系
10.4.2 激光切断分子
10.4.3 液体、固体的光化学反应
10.5 激光光谱学
10.5.1 拉曼光谱
10.5.2 空间高分辨的激光显微光谱
10.5.3 频率高分辨的双光子光谱
10.5.4 时间高分辨的激光闪光光谱
10.5.5 各种特殊效能的激光光谱技术
10.6 激光用于反常多普勒效应的基础物理研究
10.6.1 电磁波的正常多普勒效应
10.6.2 在负折射率材料中传播的电磁波的反常多普勒效应
10.6.3 折射光子晶体棱镜的设计以及负折射性质的实验验证
10.6.4 反常多普勒效应的测量光路设计及理论分析
10.6.5 反常多普勒效应的测量实验结果
思考练习题10

编辑推荐

文摘

序言

光之秘境：探索激光的奇妙世界激光，这个看似神秘的词汇，早已渗透到我们生活的方方面面。从医院里精准的手术刀，到工厂里高效的切割设备，再到通信网络里传递信息的细微光束，激光无处不在，深刻地改变着现代社会的面貌。它究竟是什么？又是如何被创造和应用的？这本书将带你走进光之秘境，揭开激光的神秘面纱，领略它令人惊叹的原理和广阔的应用前景。第一章：光的本质与量子理论的曙光要理解激光，首先要理解“光”本身。光，作为我们最熟悉的自然现象之一，其本质却经历了漫长的探索。从牛顿的微粒说，到惠更斯的光波说，再到爱因斯坦提出的光电效应，人类逐渐认识到光具有波粒二象性。本章将从经典光学出发，深入浅出地介绍光的干涉、衍射、偏振等波动性质，为理解激光的相干性奠定基础。随后，我们将穿越到20世纪初，回顾量子力学诞生的伟大时刻。普朗克的量子假说，爱因斯坦的光量子理论，玻尔的原子模型，这些革命性的思想如同一盏盏明灯，照亮了探索原子内部世界的道路。特别是关于原子能级的概念，它揭示了物质与光相互作用的深层机制，是理解激光产生原理的关键。我们将详细阐述原子能级跃迁、吸收、自发辐射和受激辐射等基本概念，为理解激光的发光过程打下坚实的理论基础。第二章：激光的诞生：受激辐射的魔力激光，其英文名称LASER是“受激辐射的光放大”（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）的缩写。本章将聚焦于激光产生的核心机制——受激辐射。我们将详细解释受激辐射的物理过程，即当一个处于高能级的原子受到一个与能级差相匹配的光子激发时，会发射出一个与其能量、方向、偏振和相位都完全相同的光子，从而实现光的放大。为了实现持续有效的受激辐射，需要满足几个关键条件。我们将深入探讨“粒子数反转”的概念，理解为什么需要通过“抽运”技术来打破物质原子的热平衡分布，使高能级上的原子数量多于低能级上的原子数量。我们将介绍几种常见的抽运方式，例如光学抽运、电学抽运和化学抽运，并分析它们的优缺点。除了粒子数反转，激光器还需要一个“谐振腔”来放大光。本章将详细介绍激光谐振腔的结构和作用，包括两个高反射率的反射镜如何将光在腔内来回反射，从而促使更多的受激辐射发生，并放大光束的能量。我们将分析谐振腔的纵模和横模，以及它们对激光输出特性的影响。第三章：激光的特性：独一无二的光芒与我们日常接触到的普通光源（如白炽灯）发出的光相比，激光具有一系列独特的、令人惊叹的性质。本章将详细剖析这些特性，并解释它们是如何由激光的产生机制决定的。单色性（Monochromaticity）：激光发出的光具有极窄的谱线宽度，即光谱中的成分非常单一。我们将解释这是因为受激辐射产生的光子能量高度集中在特定的跃迁能级差上，从而使得激光光谱的颜色“纯净”得近乎完美。方向性（Directionality）：激光束具有极高的准直性，光束发散角非常小，可以传播很远的距离而不会显著扩散。我们将分析这是谐振腔的作用，它通过选择性地放大沿轴向传播的光，有效地抑制了非轴向传播的光。相干性（Coherence）：激光的光波具有高度的相干性，即光波的相位在空间和时间上保持一致。我们将区分纵向相干性（时间相干性）和横向相干性（空间相干性），并说明这种高度的相干性是实现全息摄影、干涉测量等精密技术的基础。高能量密度（High Energy Density）：虽然激光的总能量可能不高，但由于其高度的方向性和单色性，其能量可以高度集中在一个很小的区域，从而产生极高的能量密度。我们将探讨这使得激光在切割、焊接、打标等工业应用中表现出强大的能力。第四章：激光器的种类与工作介质激光的种类繁多，根据其工作介质的不同，可以分为多种类型，每种类型都有其独特的优势和应用领域。本章将对几种最主要的激光器进行详细介绍：气体激光器：包括氦氖（He-Ne）激光器、二氧化碳（CO2）激光器、氩离子激光器等。我们将介绍它们的工作介质、抽运方式以及各自的光谱特性和典型应用，例如CO2激光器在工业加工中的广泛应用，以及He-Ne激光器在科研和计量中的重要作用。固体激光器：以掺杂了发光离子的晶体或玻璃作为工作介质，例如红宝石激光器、Nd:YAG激光器（掺钕钇铝石榴石激光器）。我们将分析它们的抽运方式、输出波长范围以及在医学、科研和军事等领域的应用。半导体激光器：基于半导体p-n结的电注入激发产生激光，是目前应用最广泛的激光器之一。我们将介绍其工作原理，包括电子-空穴对的复合发光，以及它们在光通信、激光打印机、条形码扫描仪和DVD播放器等领域的普及。染料激光器：使用有机染料溶液作为工作介质，具有输出波长可调的特点，是科学研究中重要的光源。我们将介绍其工作原理和调谐机制。第五章：激光的应用：点亮科技之光激光的独特性能使其在各个领域都展现出不可替代的价值。本章将系统地介绍激光在不同领域的广泛应用，从基础科学研究到日常生活，无不彰显着激光的强大力量。工业加工：激光凭借其高精度、高效率和非接触式的特点，在材料加工领域大放异彩。我们将详细介绍激光切割、激光焊接、激光打标、激光打孔、激光熔覆等工艺，分析其优势以及在汽车制造、航空航天、电子产品生产等行业中的重要地位。医疗卫生：激光在医疗领域的应用堪称“现代神医”。我们将重点介绍激光在眼科手术（如近视矫正）、皮肤病治疗（如雀斑、胎记去除）、肿瘤治疗（如光动力疗法）、牙科治疗以及外科手术中的应用，强调其微创、精准、恢复快的特点。信息与通信：激光是现代光纤通信系统的核心。我们将解释激光如何作为信息载体，通过光纤传输海量数据，为互联网、移动通信等提供了强大的技术支撑。此外，激光雷达（LiDAR）在自动驾驶、地理测绘等领域也发挥着至关重要的作用。科学研究：在基础科学领域，激光是重要的研究工具。我们将介绍激光在光谱学、原子物理、高能物理、材料科学、生物学等学科中的应用，例如利用激光进行高精度测量、研究物质的超快动力学过程、驱动受控核聚变等。军事与国防：激光在军事领域的应用包括激光制导武器、激光测距仪、激光干扰系统等，极大地提升了军事装备的作战能力。其他应用：我们将简要提及激光在娱乐（如激光秀）、安防、测量、全息摄影等方面的应用，展现激光的多元化发展。第六章：激光安全与未来展望随着激光技术的不断发展和应用的日益广泛，激光安全问题也越来越受到重视。本章将向读者强调激光的潜在危险，特别是激光辐射对人眼和皮肤的损害，并介绍相应的安全防护措施，包括激光防护眼镜、安全操作规程等，以确保激光技术的安全使用。最后，我们将展望激光技术的未来发展趋势。从更高效、更小型化的激光器，到新型激光器（如飞秒激光、皮秒激光）的出现，再到激光在量子计算、新能源、空间探索等前沿领域的潜在应用，激光的未来充满无限可能。我们将探讨激光技术如何继续推动科技进步，为人类社会带来更多惊喜和福祉。本书旨在为广大读者提供一个全面、深入了解激光原理和应用的平台。无论您是学生、研究人员，还是对科技充满兴趣的普通读者，都将从中受益匪浅，对这个奇妙的光之世界有更深刻的认识。

用户评价

评分☆☆☆☆☆

翻阅这本书，首先吸引我的是其内容的逻辑性和系统性。从前言开始，作者就为读者勾勒出了一个清晰的学习路径，从激光的基本理论出发，层层递进，涵盖了从紫外到红外波段的各类激光器，以及它们在精密加工、医学美容、通信技术、国防军事等领域的应用案例。我尤其对其中关于固体激光器和半导体激光器的章节充满了期待。我知道，固体激光器在功率和能量密度方面有着独特的优势，而半导体激光器则以其小巧、高效和可调谐性而著称，了解它们的具体实现原理、性能特点以及在光纤通信、信息存储等前沿技术中的作用，对我目前的学习和未来研究方向的探索至关重要。书中对光电探测器、非线性光学以及激光安全等相关内容的介绍，也显得尤为必要和实用，它们构成了激光应用不可或缺的支撑体系。我希望作者能够在此基础上，深入探讨不同类型激光器在实际应用中的优缺点对比，以及最新的技术发展趋势，例如超快激光、相干激光等，这些都是当前光学领域的热点问题，能够帮助读者把握行业脉搏，为未来的创新提供灵感。

评分☆☆☆☆☆

从这本书的目录来看，内容涵盖的范围相当广泛，从基础理论到各种应用，这预示着它可能是一本既适合初学者入门，也适合专业人士深入研究的参考书。我个人对书中关于激光与物质相互作用的章节尤为感兴趣，例如激光与材料的相互作用机理，包括吸收、反射、透射以及由此产生的热效应、光化学效应等。这对于理解激光在材料加工（如切割、焊接、打标）、激光光谱学以及激光诱导击穿光谱（LIBS）等技术中的应用至关重要。我希望书中能够提供清晰的物理模型和数学描述，帮助我理解不同激光参数（如脉冲宽度、重复频率、峰值功率）如何影响与物质的相互作用过程。此外，对于激光在精密测量和传感领域的应用，例如激光雷达（LiDAR）、激光干涉仪、激光多普勒测速等，我希望能够了解到它们的工作原理、精度限制以及在环境监测、自动驾驶、工业自动化等方面的具体应用实例。这本书是否能够将理论讲解与实际应用案例紧密结合，并提供相关的工程设计考虑，将是我衡量其价值的重要维度。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简约大气，标题“激光原理及应用”就点明了核心内容，而陈家璧、彭润玲这几位作者的名字，在我学生时代就已经如雷贯耳，他们在这个领域的深厚造诣是有目共睹的。我当初选择购买这本书，很大程度上是出于对作者学术声望的信任，同时也希望能够通过它来系统地梳理和巩固我在光物理和光学工程方面的知识基础。拿到书的那一刻，厚实的纸张和清晰的排版就给我留下了很好的第一印象，我期待它能像一位经验丰富的导师，循循善诱地引导我走进激光的奥秘，从最基础的光生原理讲起，逐步深入到各种激光器的具体结构、工作机制，再到其在科学研究、工业生产、医疗健康等各个领域的广泛应用。我特别希望能在这本书中找到关于激光腔模式、增益介质特性、抽运方式以及光束质量等关键概念的深入讲解，并且希望作者能够通过丰富的图例和实例，将抽象的物理理论形象化，让我能够更直观地理解激光的产生和传播过程。毕竟，理论联系实际是学习的关键，一个好的教科书，应该能够帮助读者建立起扎实的理论根基，同时又能够清晰地展示这些理论如何在现实世界中发挥作用，解决实际问题。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对激光技术在信息技术领域应用充满兴趣的读者，我迫切希望这本书能够深入探讨激光在光通信、数据存储以及量子信息处理等方面的作用。我知道，光纤通信的飞速发展离不开高性能的激光光源和光器件，而高效的激光器也是下一代光存储技术（如蓝光、全息存储）的关键。更让我感到兴奋的是，激光在量子计算和量子通信中的角色日益凸显，例如单光子源、量子纠缠的产生和操控等。我期待这本书能够清晰地阐述这些前沿技术的物理基础，解释激光是如何被用来编码、传输和处理信息的，以及如何在量子层面实现信息优势。书中对激光器的小型化、集成化以及智能化技术的研究进展的介绍，也将是我关注的重点，这关系到激光技术能否更广泛地进入消费电子产品和移动通信设备。如果本书能够提供一些关于未来激光技术发展方向的预测和展望，那将是一份宝贵的参考。

评分☆☆☆☆☆

我尝试着从本书的附录部分入手，那里面通常会包含一些重要的数学公式、物理常数以及相关的技术标准，这对于理解全书内容起到了很好的支撑作用。我关注到书中可能提及的激光器设计中的一些关键参数，比如阈值泵浦功率、振荡波长、输出功率稳定性、光束发散角等，这些参数直接关系到激光器的性能表现和适用范围。例如，在工业加工领域，对激光器的功率和光束质量有着非常高的要求，而在某些精密测量中，则更看重其波长稳定性和单色性。我希望能通过这本书，理解这些参数是如何通过设计和材料选择来确定的，以及它们之间可能存在的权衡关系。此外，对于激光在生物医学领域的应用，如激光手术、光动力疗法等，我非常希望能看到详细的原理阐述和案例分析，了解不同波长和功率的激光在治疗不同疾病时的具体效果和安全性考量。这本书是否能够提供关于这些交叉学科应用的深度见解，将是我评估其价值的重要标准之一。