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陳傢璧，彭潤玲 著

圖書標籤:

• 激光原理
• 激光技術
• 光學
• 物理學
• 光電子學
• 激光應用
• 教材
• 高等教育
• 第三版
• 激光器

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齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121191886

商品編碼：29558458950

包裝：平裝

齣版時間：2013-01-01

基本信息

書名：激光原理及應用(第3版)

定價：39.90元

作者：陳傢璧,彭潤玲

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2013-01-01

ISBN：9787121191886

字數：

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版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.381kg

編輯推薦

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內容提要

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　　本書為普通高等教育“十一五”規劃教材。本書從內容上分為兩部分。～5章介紹激光的基本理論，從激光的物理學基礎齣發，著重闡明物理概念，以及激光輸齣特性與激光器的參數之間的關係，盡量避免過多的理論計算，以掌握激光器的選擇和使用為主要目的；第6～10章介紹激光在計量、加工、醫學、信息技術，以及現代科技前沿問題中的應用，重點介紹各種應用的思路和方法。

目錄

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章 輻射理論概要與激光産生的條件
1.1 光的波粒二象性
1.1.1 光波
1.1.2 光子
1.2 原子的能級和輻射躍遷
1.2.1 原子能級和簡並度
1.2.2 原子狀態的標記
1.2.3 玻爾茲曼分布
1.2.4 輻射躍遷和非輻射躍遷
1.3 光的受激輻射
1.3.1 黑體熱輻射
1.3.2 光和物質的作用
1.3.3 自發輻射、受激輻射和受激吸收之間的關係
1.3.4 自發輻射光功率與受激輻射光功率
1.4 光譜綫增寬
1.4.1 光譜綫、綫型和光譜綫寬度
1.4.2 自然增寬
1.4.3 碰撞增寬
1.4.4 多普勒增寬
1.4.5 均勻增寬和非均勻增寬綫型
1.4.6 綜閤增寬
1.5 激光形成的條件
1.5.1 介質中光的受激輻射放大
1.5.2 光學諧振腔和閾值條件
思考練習題1

第2章 激光器的工作原理
2.1 光學諧振腔結構與穩定性
2.1.1 共軸球麵諧振腔的穩定性條件
2.1.2 共軸球麵腔的穩定圖及其分類
2.1.3 穩定圖的應用
2.2 速率方程組與粒子數反轉
2.2.1 三能級係統和四能級係統
2.2.2 速率方程組
2.2.3 穩態工作時的粒子數密度反轉分布
2.2.4 小信號工作時的粒子數密度反轉分布
2.2.5 均勻增寬型介質的粒子數密度反轉分布
2.2.6 均勻增寬型介質粒子數密度反轉分布的飽和效應
2.3 均勻增寬介質的增益係數和增益飽和
2.3.1 均勻增寬介質的增益係數
2.3.2 均勻增寬介質的增益飽和
2.4 非均勻增寬介質的增益飽和
2.4.1 介質在小信號時的粒子數密度反轉分布值
2.4.2 非均勻增寬型介質在小信號時的增益係數
2.4.3 非均勻增寬型介質穩態粒子數密度反轉分布
2.4.4 非均勻增寬型介質穩態情況下的增益飽和
2.5 激光器的損耗與閾值條件
2.5.1 激光器的損耗
2.5.2 激光諧振腔內形成穩定光強的過程
2.5.3 閾值條件
2.5.4 對介質能級選取的討論
思考練習題2

第3章 激光器的輸齣特性
3.1 光學諧振腔的衍射理論
3.1.1 菲涅耳基爾霍夫衍射公式
3.1.2 光學諧振腔的自再現模積分方程
3.1.3 激光諧振腔的諧振頻率和激光縱模
3.2 對稱共焦腔內外的光場分布
3.2.1 共焦腔鏡麵上的場分布
3.2.2 共焦腔中的行波場與腔內外的光場分布
3.3 高斯光束的傳播特性
3.3.1 高斯光束的振幅和強度分布
3.3.2 高斯光束的相位分布
3.3.3 高斯光束的遠場發散角
3.3.4 高斯光束的高亮度
3.4 穩定球麵腔的光束傳播特性
3.4.1 穩定球麵腔的等價對稱共焦腔
3.4.2 穩定球麵腔的光束傳播特性
3.5 激光器的輸齣功率
3.5.1 均勻增寬型介質激光器的輸齣功率
3.5.2 非均勻增寬型介質激光器的輸齣功率
3.6 激光器的綫寬極限
3.7 激光光束質量的品質因子M2
思考練習題3

第4章 激光的基本技術
4.1 激光器輸齣的選模
4.1.1 激光單縱模的選取
4.1.2 激光單橫模的選取
4.2 激光器的穩頻
4.2.1 影響頻率穩定的因素
4.2.2 穩頻方法概述
4.2.3 蘭姆凹陷法穩頻
4.2.4 飽和吸收法穩頻
4.3 激光束的變換
4.3.1 高斯光束通過薄透鏡時的變換
4.3.2 高斯光束的聚焦
4.3.3 高斯光束的準直
4.3.4 激光的擴束
4.4 激光調製技術
4.4.1 激光調製的基本概念
4.4.2 電光強度調製
4.4.3 電光相位調製
4.5 激光偏轉技術
4.5.1 機械偏轉
4.5.2 電光偏轉
4.5.3 聲光偏轉
4.6 激光調Q技術
4.6.1 激光諧振腔的品質因數Q
4.6.2 調Q原理
4.6.3 電光調Q
4.6.4 聲光調Q
4.6.5 染料調Q
4.7 激光鎖模技術
4.7.1 鎖模原理
4.7.2 主動鎖模
4.7.3 被動鎖模
思考練習題4

第5章 典型激光器介紹
5.1 固體激光器
5.1.1 固體激光器的基本結構與工作物質
5.1.2 固體激光器的泵浦係統
5.1.3 固體激光器的輸齣特性
5.1.4 新型固體激光器
5.2 氣體激光器
5.2.1 氦氖（HeNe）激光器
5.2.2 二氧化碳激光器
5.2.3 Ar＋離子激光器
5.3 染料激光器
5.3.1 染料激光器的激發機理
5.3.2 染料激光器的泵浦
5.3.3 染料激光器的調諧
5.4 半導體激光器
5.4.1 半導體的能帶和産生受激輻射的條件
5.4.2 PN結和粒子數反轉
5.4.3 半導體激光器的工作原理和閾值條件
5.4.4 同質結和異質結半導體激光器
5.5 其他激光器
5.5.1 準分子激光器
5.5.2 自由電子激光器
5.5.3 化學激光器
思考練習題5

第6章 激光在精密測量中的應用
6.1 激光乾涉測長
6.1.1 乾涉測長的基本原理
6.1.2 激光乾涉測長係統的組成
6.1.3 激光外差乾涉測長技術
6.1.4 激光乾涉測長應用舉例
6.2 激光衍射測量
6.2.1 激光衍射測量原理
6.2.2 激光衍射測量的方法
6.2.3 激光衍射測量的應用
6.3 激光測距
6.3.1 激光脈衝測距
6.3.2 激光相位測距
6.4 激光準直及多自由度測量
6.4.1 激光準直儀
6.4.2 激光衍射準直儀
6.4.3 激光多自由度測量
6.5 激光多普勒測速
6.5.1 運動微粒散射光的頻率
6.5.2 差頻法測速
6.5.3 激光多普勒測速技術的應用
6.6 環形激光測量角度和角加速度
6.6.1 環形激光精密測角
6.6.2 光縴陀螺
6.7 激光環境計量
6.8 激光散射闆乾涉儀
思考練習題6

第7章 激光加工技術
7.1 激光熱加工原理
7.2 激光錶麵改性技術
7.2.1 激光淬火技術的原理與應用
7.2.2 激光錶麵熔凝技術
7.2.3 激光熔覆技術
7.3 激光去除材料技術
7.3.1 激光打孔
7.3.2 激光切割
7.4 激光焊接
7.4.1 激光熱導焊
7.4.2 激光深熔焊
7.4.3 激光復閤焊
7.5 激光快速成型技術
7.5.1 激光快速成型技術的原理及主要優點
7.5.2 激光快速成型技術
7.5.3 激光快速成型技術的重要應用
7.6 其他激光加工技術
7.6.1 激光清洗技術
7.6.2 激光彎麯
思考練習題7

第8章 激光在醫學中的應用
8.1 激光與生物體的相互作用
8.1.1 生物體的光學特性
8.1.2 激光對生物體的作用
8.1.3 激光對生物體應用的優點
8.2 激光在臨床治療中的應用
8.2.1 激光臨床治療的種類與現狀
8.2.2 激光在皮膚科及整形外科領域中的應用
8.2.3 激光在眼科中的應用
8.2.4 激光在泌尿外科中的應用
8.2.5 激光在耳鼻喉科中的應用
8.2.6 新的技術——間質激光光凝術
8.2.7 光動力學治療
8.3 激光在生物體檢測及診斷中的應用
8.3.1 利用激光的生物體光譜測量及診斷
8.3.2 激光斷層攝影
8.3.3 激光顯微鏡
8.4 醫用激光設備
8.4.1 醫用激光光源
8.4.2 醫用激光傳播用光縴
8.5 激光應用於醫學的未來
8.5.1 醫用激光新技術
8.5.2 光動力學治療的前景
思考練習題8

第9章 激光在信息技術中的應用
9.1 光縴通信係統中的激光器和光放大器
9.1.1 半導體激光器
9.1.2 光縴激光器
9.1.3 光放大器
9.2 激光全息三維顯示
9.2.1 全息術的曆史迴顧
9.2.2 激光全息術的基本原理和分類
9.2.3 白光再現的全息三維顯示
9.2.4 計算全息圖
9.2.5 數字全息術
9.2.6 全息三維顯示的優點
9.2.7 全息三維顯示的應用
9.2.8 全息三維顯示技術的展望
9.3 激光存儲技術
9.3.1 激光存儲的基本原理、分類及特點
9.3.2 激光光盤存儲
9.3.3 激光體全息光存儲
9.3.4 激光存儲技術的新進展［77，85，90，91，92］
9.4 激光掃描和激光打印機
9.4.1 激光掃描
9.4.2 激光打印機
9.5 量子光通信中的激光源
9.5.1 量子光通信
9.5.2 量子態發生器及應用
思考練習題9

0章 激光在科學技術前沿問題中的應用
10.1 激光核聚變
10.1.1 受控核聚變
10.1.2 磁力約束和慣性約束控製方法
10.1.3 激光壓縮點燃核聚變的原理
10.2 激光冷卻
10.3 激光操縱微粒
10.3.1 光捕獲
10.3.2 微粒操縱
10.4 激光誘導化學過程
10.4.1 激光波長和離解能的關係
10.4.2 激光切斷分子
10.4.3 液體、固體的光化學反應
10.5 激光光譜學
10.5.1 拉曼光譜
10.5.2 空間高分辨的激光顯微光譜
10.5.3 頻率高分辨的雙光子光譜
10.5.4 時間高分辨的激光閃光光譜
10.5.5 各種特殊效能的激光光譜技術
10.6 激光用於反常多普勒效應的基礎物理研究
10.6.1 電磁波的正常多普勒效應
10.6.2 在負摺射率材料中傳播的電磁波的反常多普勒效應
10.6.3 摺射光子晶體棱鏡的設計以及負摺射性質的實驗驗證
10.6.4 反常多普勒效應的測量光路設計及理論分析
10.6.5 反常多普勒效應的測量實驗結果
思考練習題10

作者介紹

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文摘

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序言

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光的奧秘與現代技術的基石 自古以來，人類便對光充滿瞭好奇與敬畏。從遠古的神話傳說到煉金術士們對物質變幻的探索，再到近現代物理學對光本質的深入揭示，光始終是人類智慧和想象力的重要源泉。而今，光已不再僅僅是自然現象的載體，更是驅動現代科技飛速發展的核心動力之一。它滲透於通信、醫療、製造、科研等各個領域，以其獨特的屬性，為人類社會帶來瞭翻天覆地的變革。 本書將帶領讀者踏上一段探索光的奇妙旅程。我們不會僅僅停留在光的宏觀現象描述，而是將深入其微觀本質，理解那些支配著光行為的深刻原理。從光的基本性質，如波粒二象性，到其與物質相互作用的復雜機製，我們將一一剖析。通過嚴謹的理論闡述和豐富的實例，本書旨在構建一個關於光的全麵而深入的認識框架，為讀者理解並掌握光在現代科技中的廣泛應用奠定堅實的基礎。 走進光的微觀世界：揭示基本原理 要理解光在現代科技中的應用，首先需要迴溯光的本源。本書將從光的誕生講起，追溯其在物理學發展史上的重要地位。我們知道，光是一種電磁波，但同時又錶現齣粒子的特性，即光子。這種奇特的波粒二象性，是量子力學發展的重要裏程碑，也是理解激光等許多光現象的關鍵。 我們將詳細介紹光的基本性質，包括光的頻率、波長、偏振、乾涉和衍射等。這些概念不僅是光學的基礎，也是理解光如何與物質發生相互作用的先決條件。例如，光的乾涉和衍射現象，為我們揭示瞭光波的疊加原理，為全息技術等應用提供瞭理論依據。而光的偏振，則在液晶顯示、偏振光學元件等領域發揮著不可或缺的作用。 除瞭光的波動性，本書還將深入探討光的粒子性。我們將介紹光子的概念，以及光電效應、康普頓散射等實驗現象如何證明瞭光的粒子性。理解光子的能量和動量，對於理解激光的産生機製至關重要。 光與物質的舞蹈：能量的交換與轉化 光與物質的相互作用是理解光在各個領域應用的另一核心環節。當光照射到物質上時，會發生吸收、透射、反射、散射等多種現象。這些現象的背後，是光子與物質內部微觀粒子（如原子、分子、電子）之間能量的交換與轉化。 本書將詳細闡述不同能量的光與物質的相互作用。例如，低能量的光（如紅外光）可能導緻物質分子的振動，從而産生熱效應；而高能量的光（如紫外光、X射綫）則可能引起原子的電離，甚至改變物質的化學結構。光子被物質吸收後，其能量可以轉化為熱能、電能，或者激發物質中的電子躍遷到更高的能級。這種能量的轉化機製，是許多光學器件工作原理的基礎。 我們還將重點介紹共振吸收和誘導發射等概念。當光的頻率與物質的某種固有振動頻率相同時，會發生強烈的吸收，這種現象被稱為共振吸收。而誘導發射，則是指一個已處於激發態的原子，在受到與它躍遷能量相匹配的光子激發時，會發射齣一個與激發光子完全相同（包括頻率、方嚮、偏振和相乾性）的光子，並迴到低能態。這一概念，對於理解激光的核心工作原理——受激發射，至關重要。 超越自然光：理解光子學的前沿 在掌握瞭光的粒子和波的本質，以及其與物質相互作用的基本規律後，我們將目光轉嚮如何“駕馭”光，創造齣超越自然光特性的光源。本書將為讀者打開一扇通往光子學領域的大門，在那裏，人類通過精確的設計和控製，可以創造齣具有特定性質的光。 我們將深入探討各種先進的光源技術。這包括但不限於： LED（發光二極管）和OLED（有機發光二極管）： 它們如何通過半導體材料的電緻發光原理，實現高效、節能、色彩豐富的照明和顯示？我們將解析其材料特性、工作機製以及在顯示屏、照明等領域的廣泛應用。 半導體激光器： 作為現代電子設備中最常見的光源之一，半導體激光器如何利用PN結的特性實現受激發射？我們將剖析其結構、工作原理、能量轉換效率以及在光通信、條形碼掃描、激光筆等方麵的應用。 光縴光源： 光縴技術如何改變瞭信息傳輸的格局？本書將介紹光縴的結構和原理，以及光縴激光器在長距離通信、工業加工等領域的關鍵作用。 非綫性光學材料與現象： 當光場強度足夠大時，物質的光學性質會發生非綫性變化，從而産生倍頻、參量放大等新現象。我們將探討這些非綫性效應的原理，以及它們在激光技術、精密測量等領域的應用前景。 光與現代科技的交融：從理論到應用 理論的目的是為瞭應用。本書的最後一部分，將是理論與實踐的完美結閤，深入探討光在各個現代科技領域的核心作用。我們將展示，那些看似抽象的光學原理，是如何轉化為我們日常生活和尖端科技中的實際應用的。 信息通信： 光縴通信是現代信息時代的主動脈。本書將解釋光信號如何在光縴中以極高的速度和容量進行傳輸，以及光在網絡、互聯網中的關鍵作用。 醫療健康： 光學在診斷和治療方麵扮演著越來越重要的角色。從內窺鏡的觀察，到激光手術的精確切割，再到光動力療法的癌癥治療，本書將揭示光學技術如何為醫療事業帶來革命性的進步。 工業製造： 激光加工以其高精度、高效率、非接觸的特點，在金屬切割、焊接、打標、3D打印等領域得到廣泛應用。我們將探討激光加工的優勢以及其背後的光學原理。 科學研究： 各種高精度的光學測量儀器，如光譜儀、乾涉儀、顯微鏡等，是科學傢們探索未知世界的重要工具。本書將介紹這些儀器的工作原理，以及它們如何助力基礎科學研究的突破。 能源與環境： 太陽能電池的發電原理，激光誘導的核聚變研究，以及光學在環境監測中的應用，都將是本書探討的範疇，展現光在解決能源危機和環境保護問題中的潛力。 通過本書的學習，讀者將不再僅僅將光視為一種自然現象，而是理解它作為一種強大的工具，如何被人類的智慧所駕馭，並不斷推動著社會的進步和發展。本書旨在培養讀者對光的深刻理解和應用能力，為他們在相關領域的研究和職業發展提供堅實的知識基礎。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，這本書的閱讀體驗是需要投入精力的，它要求讀者具備一定的數學和物理功底，但迴報是極其豐厚的知識結構。它最大的價值在於其嚴謹的邏輯推演鏈條，沒有那種為湊字數而堆砌的概念。每一個章節的銜接都像是精心編排的樂章，從光子的基本性質開始，逐步構建起受激輻射的微觀基礎，然後搭建到實際的激光器腔體，最後擴展到各種調製、鎖模和非綫性光學效應。我特彆喜歡作者在引入復雜概念時所采用的“由簡入繁”的教學策略，例如，在介紹鎖模技術時，他先從一個定性的“脈衝壓縮”概念入手，然後纔深入到數學上更復雜的等效腔長和群速度色散的平衡關係中去。這種循序漸進的方式，讓那些原本感覺高不可攀的“超快物理”變得可以觸摸和理解。這本書不是那種讀完一遍就能精通的“速查手冊”，它更像是一部需要反復研讀的工具書，每次重溫，都會有新的感悟和更深層次的理解。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和插圖設計簡直是教科書級彆的典範。我深知在復雜的物理和工程領域，清晰的視覺輔助是理解抽象概念的關鍵。《激光原理及應用（第3版）》在這方麵做得極其齣色。很多教材的圖示往往是簡單的示意圖，但這本書中的光學腔結構圖、光束傳播的“腰部”演化圖，甚至是復雜的光縴耦閤示意圖，都采用瞭高分辨率的三維或剖麵視圖，標注清晰且層次分明。我特彆欣賞作者在描述“光束質量”M²因子時，用到的對比圖，一個理想高斯光束和一個實際衍射受限光束的強度分布麯綫被並置展示，讓人一眼就能區分它們在實際應用中的性能差距。更難得的是，很多關鍵公式的推導步驟，作者都巧妙地利用瞭旁邊的空白區域或者用不同顔色的字體進行瞭補充說明，使得學習的連貫性非常好，閱讀起來不容易産生“斷層感”。這種對細節的關注，無疑大大降低瞭我們自主學習的認知負荷。

評分☆☆☆☆☆

我必須強調一下這第三版相對於前一版帶來的巨大提升，特彆是在前沿技術集成方麵。激光技術日新月異，如果一本教材不能及時更新，那它的價值會迅速衰減。這本新版在量子級聯激光器（QCL）和光子晶體激光器這兩塊內容的擴充力度令人印象深刻。對於QCL，書中不僅解釋瞭其獨特的能級結構和工作原理，還探討瞭其在太赫茲和中紅外波段的獨特優勢，並結閤瞭實際的傳感器應用案例。而在光子晶體方麵，它將傳統的波導理論與周期性結構對光場調控的現代概念完美結閤，為理解微納光子學器件打下瞭堅實的基礎。這些內容的加入，使得這本書不再僅僅局限於經典固態或氣體激光，而是真正覆蓋瞭當代激光科學的研究熱點。對於我這種需要緊跟行業發展趨勢的人來說，這本書提供的視角是前瞻性的，它不僅僅告訴你“現在是什麼”，更在引導你去思考“未來會是什麼”。

評分☆☆☆☆☆

說實話，當我需要一本關於激光應用的參考書時，我原本是抱著試試看的心理拿起瞭這本《激光原理及應用（第3版）》。一開始我對“原理”部分略感枯燥，但很快我就被它在“應用”章節中的豐富細節所摺服。這本書的實用性體現在它對不同應用領域的覆蓋麵上，遠超我預期的廣度。從高精度的激光測距、材料加工中的熱效應分析，到生物醫學領域的光動力療法（PDT）和光鑷技術，每一個子係統的介紹都配有相當詳盡的係統架構圖和關鍵參數討論。比如，在討論激光在材料去除中的應用時，書中詳細對比瞭皮秒、飛秒超快激光與納秒激光在熱影響區（HAZ）控製上的差異，並給齣瞭具體的燒蝕閾值和等離子體形成機製的數學模型。這使得我能迅速將書中的理論知識與我正在進行的項目中的實際問題——比如如何減小切口處的微裂紋——聯係起來。它不僅僅是一本教科書，更像是一本高級工程師的手冊，充滿瞭實戰經驗的總結。

評分☆☆☆☆☆

這本《激光原理及應用（第3版）》絕對是我的光電學習路上的裏程碑。我記得我第一次翻開它的時候，那種厚重感就預示著它內容的深度和廣度。書裏對光與物質相互作用的微觀機製講解得極其透徹，從愛因斯坦的自發輻射、受激輻射到粒子數反轉的建立過程，每一步的推導都清晰可見，完全不是那種浮於錶麵的概述。尤其贊賞的是，作者在闡述激光器的工作原理時，無論是諧振腔的幾何結構設計，還是模式的特性分析，都結閤瞭大量的工程實例和實際測量數據。比如說，講解腔內損耗和閾值泵浦功率時，書中提供的圖錶和公式相互印證，讓我這個初學者能夠非常直觀地理解“增益何時能抵消損耗”這個激光器是否能“點亮”的核心問題。此外，它對於半導體激光器和光縴激光器的最新進展也進行瞭詳細的梳理，沒有停留在傳統的紅寶石激光器上，這種與時俱進的態度，對於我們這些麵嚮未來技術的研究者來說至關重要。這本書的難度不低，需要一定的物理基礎，但絕對物有所值，它構建瞭一個紮實且完整的激光知識體係，讓人讀完後，對“激光”這個概念不再是模糊的印象，而是有瞭嚴謹的物理圖像。