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陈家璧，彭润玲 著

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121191886

商品编码：29558458950

包装：平装

出版时间：2013-01-01

基本信息

书名：激光原理及应用(第3版)

定价：39.90元

作者：陈家璧,彭润玲

出版社：电子工业出版社

出版日期：2013-01-01

ISBN：9787121191886

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.381kg

编辑推荐

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内容提要

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　　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。

目录

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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

作者介绍

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文摘

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序言

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光的奥秘与现代技术的基石 自古以来，人类便对光充满了好奇与敬畏。从远古的神话传说到炼金术士们对物质变幻的探索，再到近现代物理学对光本质的深入揭示，光始终是人类智慧和想象力的重要源泉。而今，光已不再仅仅是自然现象的载体，更是驱动现代科技飞速发展的核心动力之一。它渗透于通信、医疗、制造、科研等各个领域，以其独特的属性，为人类社会带来了翻天覆地的变革。 本书将带领读者踏上一段探索光的奇妙旅程。我们不会仅仅停留在光的宏观现象描述，而是将深入其微观本质，理解那些支配着光行为的深刻原理。从光的基本性质，如波粒二象性，到其与物质相互作用的复杂机制，我们将一一剖析。通过严谨的理论阐述和丰富的实例，本书旨在构建一个关于光的全面而深入的认识框架，为读者理解并掌握光在现代科技中的广泛应用奠定坚实的基础。 走进光的微观世界：揭示基本原理 要理解光在现代科技中的应用，首先需要回溯光的本源。本书将从光的诞生讲起，追溯其在物理学发展史上的重要地位。我们知道，光是一种电磁波，但同时又表现出粒子的特性，即光子。这种奇特的波粒二象性，是量子力学发展的重要里程碑，也是理解激光等许多光现象的关键。 我们将详细介绍光的基本性质，包括光的频率、波长、偏振、干涉和衍射等。这些概念不仅是光学的基础，也是理解光如何与物质发生相互作用的先决条件。例如，光的干涉和衍射现象，为我们揭示了光波的叠加原理，为全息技术等应用提供了理论依据。而光的偏振，则在液晶显示、偏振光学元件等领域发挥着不可或缺的作用。 除了光的波动性，本书还将深入探讨光的粒子性。我们将介绍光子的概念，以及光电效应、康普顿散射等实验现象如何证明了光的粒子性。理解光子的能量和动量，对于理解激光的产生机制至关重要。 光与物质的舞蹈：能量的交换与转化 光与物质的相互作用是理解光在各个领域应用的另一核心环节。当光照射到物质上时，会发生吸收、透射、反射、散射等多种现象。这些现象的背后，是光子与物质内部微观粒子（如原子、分子、电子）之间能量的交换与转化。 本书将详细阐述不同能量的光与物质的相互作用。例如，低能量的光（如红外光）可能导致物质分子的振动，从而产生热效应；而高能量的光（如紫外光、X射线）则可能引起原子的电离，甚至改变物质的化学结构。光子被物质吸收后，其能量可以转化为热能、电能，或者激发物质中的电子跃迁到更高的能级。这种能量的转化机制，是许多光学器件工作原理的基础。 我们还将重点介绍共振吸收和诱导发射等概念。当光的频率与物质的某种固有振动频率相同时，会发生强烈的吸收，这种现象被称为共振吸收。而诱导发射，则是指一个已处于激发态的原子，在受到与它跃迁能量相匹配的光子激发时，会发射出一个与激发光子完全相同（包括频率、方向、偏振和相干性）的光子，并回到低能态。这一概念，对于理解激光的核心工作原理——受激发射，至关重要。 超越自然光：理解光子学的前沿 在掌握了光的粒子和波的本质，以及其与物质相互作用的基本规律后，我们将目光转向如何“驾驭”光，创造出超越自然光特性的光源。本书将为读者打开一扇通往光子学领域的大门，在那里，人类通过精确的设计和控制，可以创造出具有特定性质的光。 我们将深入探讨各种先进的光源技术。这包括但不限于： LED（发光二极管）和OLED（有机发光二极管）： 它们如何通过半导体材料的电致发光原理，实现高效、节能、色彩丰富的照明和显示？我们将解析其材料特性、工作机制以及在显示屏、照明等领域的广泛应用。 半导体激光器： 作为现代电子设备中最常见的光源之一，半导体激光器如何利用PN结的特性实现受激发射？我们将剖析其结构、工作原理、能量转换效率以及在光通信、条形码扫描、激光笔等方面的应用。 光纤光源： 光纤技术如何改变了信息传输的格局？本书将介绍光纤的结构和原理，以及光纤激光器在长距离通信、工业加工等领域的关键作用。 非线性光学材料与现象： 当光场强度足够大时，物质的光学性质会发生非线性变化，从而产生倍频、参量放大等新现象。我们将探讨这些非线性效应的原理，以及它们在激光技术、精密测量等领域的应用前景。 光与现代科技的交融：从理论到应用 理论的目的是为了应用。本书的最后一部分，将是理论与实践的完美结合，深入探讨光在各个现代科技领域的核心作用。我们将展示，那些看似抽象的光学原理，是如何转化为我们日常生活和尖端科技中的实际应用的。 信息通信： 光纤通信是现代信息时代的主动脉。本书将解释光信号如何在光纤中以极高的速度和容量进行传输，以及光在网络、互联网中的关键作用。 医疗健康： 光学在诊断和治疗方面扮演着越来越重要的角色。从内窥镜的观察，到激光手术的精确切割，再到光动力疗法的癌症治疗，本书将揭示光学技术如何为医疗事业带来革命性的进步。 工业制造： 激光加工以其高精度、高效率、非接触的特点，在金属切割、焊接、打标、3D打印等领域得到广泛应用。我们将探讨激光加工的优势以及其背后的光学原理。 科学研究： 各种高精度的光学测量仪器，如光谱仪、干涉仪、显微镜等，是科学家们探索未知世界的重要工具。本书将介绍这些仪器的工作原理，以及它们如何助力基础科学研究的突破。 能源与环境： 太阳能电池的发电原理，激光诱导的核聚变研究，以及光学在环境监测中的应用，都将是本书探讨的范畴，展现光在解决能源危机和环境保护问题中的潜力。 通过本书的学习，读者将不再仅仅将光视为一种自然现象，而是理解它作为一种强大的工具，如何被人类的智慧所驾驭，并不断推动着社会的进步和发展。本书旨在培养读者对光的深刻理解和应用能力，为他们在相关领域的研究和职业发展提供坚实的知识基础。

评分☆☆☆☆☆

我必须强调一下这第三版相对于前一版带来的巨大提升，特别是在前沿技术集成方面。激光技术日新月异，如果一本教材不能及时更新，那它的价值会迅速衰减。这本新版在量子级联激光器（QCL）和光子晶体激光器这两块内容的扩充力度令人印象深刻。对于QCL，书中不仅解释了其独特的能级结构和工作原理，还探讨了其在太赫兹和中红外波段的独特优势，并结合了实际的传感器应用案例。而在光子晶体方面，它将传统的波导理论与周期性结构对光场调控的现代概念完美结合，为理解微纳光子学器件打下了坚实的基础。这些内容的加入，使得这本书不再仅仅局限于经典固态或气体激光，而是真正覆盖了当代激光科学的研究热点。对于我这种需要紧跟行业发展趋势的人来说，这本书提供的视角是前瞻性的，它不仅仅告诉你“现在是什么”，更在引导你去思考“未来会是什么”。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的阅读体验是需要投入精力的，它要求读者具备一定的数学和物理功底，但回报是极其丰厚的知识结构。它最大的价值在于其严谨的逻辑推演链条，没有那种为凑字数而堆砌的概念。每一个章节的衔接都像是精心编排的乐章，从光子的基本性质开始，逐步构建起受激辐射的微观基础，然后搭建到实际的激光器腔体，最后扩展到各种调制、锁模和非线性光学效应。我特别喜欢作者在引入复杂概念时所采用的“由简入繁”的教学策略，例如，在介绍锁模技术时，他先从一个定性的“脉冲压缩”概念入手，然后才深入到数学上更复杂的等效腔长和群速度色散的平衡关系中去。这种循序渐进的方式，让那些原本感觉高不可攀的“超快物理”变得可以触摸和理解。这本书不是那种读完一遍就能精通的“速查手册”，它更像是一部需要反复研读的工具书，每次重温，都会有新的感悟和更深层次的理解。

评分☆☆☆☆☆

这本《激光原理及应用（第3版）》绝对是我的光电学习路上的里程碑。我记得我第一次翻开它的时候，那种厚重感就预示着它内容的深度和广度。书里对光与物质相互作用的微观机制讲解得极其透彻，从爱因斯坦的自发辐射、受激辐射到粒子数反转的建立过程，每一步的推导都清晰可见，完全不是那种浮于表面的概述。尤其赞赏的是，作者在阐述激光器的工作原理时，无论是谐振腔的几何结构设计，还是模式的特性分析，都结合了大量的工程实例和实际测量数据。比如说，讲解腔内损耗和阈值泵浦功率时，书中提供的图表和公式相互印证，让我这个初学者能够非常直观地理解“增益何时能抵消损耗”这个激光器是否能“点亮”的核心问题。此外，它对于半导体激光器和光纤激光器的最新进展也进行了详细的梳理，没有停留在传统的红宝石激光器上，这种与时俱进的态度，对于我们这些面向未来技术的研究者来说至关重要。这本书的难度不低，需要一定的物理基础，但绝对物有所值，它构建了一个扎实且完整的激光知识体系，让人读完后，对“激光”这个概念不再是模糊的印象，而是有了严谨的物理图像。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和插图设计简直是教科书级别的典范。我深知在复杂的物理和工程领域，清晰的视觉辅助是理解抽象概念的关键。《激光原理及应用（第3版）》在这方面做得极其出色。很多教材的图示往往是简单的示意图，但这本书中的光学腔结构图、光束传播的“腰部”演化图，甚至是复杂的光纤耦合示意图，都采用了高分辨率的三维或剖面视图，标注清晰且层次分明。我特别欣赏作者在描述“光束质量”M²因子时，用到的对比图，一个理想高斯光束和一个实际衍射受限光束的强度分布曲线被并置展示，让人一眼就能区分它们在实际应用中的性能差距。更难得的是，很多关键公式的推导步骤，作者都巧妙地利用了旁边的空白区域或者用不同颜色的字体进行了补充说明，使得学习的连贯性非常好，阅读起来不容易产生“断层感”。这种对细节的关注，无疑大大降低了我们自主学习的认知负荷。

评分☆☆☆☆☆

说实话，当我需要一本关于激光应用的参考书时，我原本是抱着试试看的心理拿起了这本《激光原理及应用（第3版）》。一开始我对“原理”部分略感枯燥，但很快我就被它在“应用”章节中的丰富细节所折服。这本书的实用性体现在它对不同应用领域的覆盖面上，远超我预期的广度。从高精度的激光测距、材料加工中的热效应分析，到生物医学领域的光动力疗法（PDT）和光镊技术，每一个子系统的介绍都配有相当详尽的系统架构图和关键参数讨论。比如，在讨论激光在材料去除中的应用时，书中详细对比了皮秒、飞秒超快激光与纳秒激光在热影响区（HAZ）控制上的差异，并给出了具体的烧蚀阈值和等离子体形成机制的数学模型。这使得我能迅速将书中的理论知识与我正在进行的项目中的实际问题——比如如何减小切口处的微裂纹——联系起来。它不仅仅是一本教科书，更像是一本高级工程师的手册，充满了实战经验的总结。