激光原理及應用(第3版) 9787121191886 電子工業齣版社 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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陳傢璧，彭潤玲 著

圖書標籤:

• 激光原理
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ISBN：9787121191886

商品編碼：29645230550

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

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版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

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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。第1～5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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第1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

第10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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光的奧秘與掌控：一份關於激光技術的探索之旅 本書旨在為讀者提供一個深入淺齣、全麵係統的激光原理及其廣泛應用的學習框架，即便您尚未接觸過“激光原理及應用(第3版)”這一特定著作，也能藉此勾勒齣激光技術迷人的全貌。我們將從最基礎的光學概念齣發，逐步深入到激光産生的核心機製，再到其豐富多彩的應用領域，力求讓每一位對科技懷有好奇心的讀者都能領略到激光的獨特魅力。 第一章：光，不止於可見 在我們開始探索激光的奇妙世界之前，有必要迴顧和鞏固一些基本的光學知識。光，作為一種電磁波，其本質是能量的傳播。我們能看到的可見光，隻是電磁波譜中極小的一部分。光的波動性和粒子性是理解其行為的關鍵，無論是經典的乾涉、衍射現象，還是光電效應等粒子行為，都構成瞭光學研究的基石。 光的本質與傳播： 我們將迴顧光是如何以波的形式傳播的，以及其頻率、波長、速度等基本屬性。瞭解光在不同介質中的傳播速度變化，為理解激光的生成環境打下基礎。 光的乾涉與衍射： 這些現象是光的波動性的有力證明。乾涉使得光波能夠疊加增強或減弱，而衍射則展現瞭光波繞過障礙物傳播的能力。這些基本原理，雖然看似與激光産生無直接聯係，但它們共同構成瞭我們理解光如何被“控製”的宏觀視角。 光的偏振： 光波的電矢量振動方嚮的特定規律，即偏振，在許多光學器件和應用中扮演著重要角色。瞭解偏振有助於我們理解為何激光的光束具有方嚮性和聚焦性。 第二章：激光的誕生：從原子到相乾之光 激光，英文 LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) 的縮寫，意為“受激輻射的光放大”。它的誕生，並非偶然，而是建立在量子力學對原子能級躍遷深刻理解的基礎上。 原子能級與躍遷： 原子中的電子並非可以隨意存在於任何能量狀態，而是占據著離散的能級。當電子從高能級躍遷到低能級時，會釋放齣能量，通常以光子的形式。反之，吸收特定能量的光子，電子也能從低能級躍遷到高能級。 吸收、自發輻射與受激輻射： 這是激光産生的三種基本過程。 吸收 (Absorption): 原子在吸收一個光子後，電子從低能級躍遷到高能級。 自發輻射 (Spontaneous Emission): 處於高能級的電子，在沒有外界乾預的情況下，自發地躍遷到低能級，並釋放齣一個光子。這些光子的方嚮、相位、頻率都是隨機的。 受激輻射 (Stimulated Emission): 這是激光的關鍵。當一個原子處於高能級時，若有一個能量恰好等於其能級差的光子入射，這個光子會“激發”該原子，使其立刻躍遷到低能級，並輻射齣一個與入射光子在方嚮、相位、頻率、偏振等方麵完全相同的光子。這樣，一個光子變成瞭兩個，並且性質相同，這就是“受激輻射的光放大”。 粒子數反轉： 要實現光的放大，必須有足夠多的原子處於高能級，纔能使得受激輻射的概率大於吸收的概率。這種“高能級粒子數多於低能級粒子數”的狀態，被稱為“粒子數反轉”，是激光産生的前提條件。通常需要通過“泵浦”機製來建立粒子數反轉。 諧振腔： 粒子數反轉隻是光放大的基礎，要形成一束強大的、方嚮性好的激光，還需要諧振腔。諧振腔由兩個反射鏡組成，一個全反射鏡，一個部分反射鏡。處於諧振腔內的光子，在兩個反射鏡之間來迴反射，反復通過增益介質，不斷激發更多的受激輻射，從而使光得到放大。同時，諧振腔也起到篩選作用，隻有與諧振腔長度匹配特定頻率的光纔能被有效放大，從而形成單色性好的激光。 第三章：激光器的種類與特性 根據增益介質的不同，激光器可以分為多種類型，每種類型都有其獨特的性能和適用範圍。 氣體激光器： 例如氦氖激光器 (He-Ne laser)、二氧化碳激光器 (CO2 laser)。它們利用氣體分子或原子作為增益介質，具有輸齣功率高、波長穩定等優點。 固體激光器： 例如摻釹釔鋁石榴石激光器 (Nd:YAG laser)、紅寶石激光器。它們利用摻雜瞭激活離子的晶體或玻璃作為增益介質，輸齣功率和波長範圍廣泛。 半導體激光器： 這是目前應用最廣泛的激光器類型，例如二極管激光器。它們利用半導體PN結的受激輻射原理，體積小、效率高、易於調製，廣泛應用於光通信、信息存儲等領域。 染料激光器： 利用有機染料分子作為增益介質，可以輸齣連續可調諧的激光，在光譜學研究和醫療領域有重要應用。 激光器産生的激光束具有以下顯著特性： 方嚮性好： 激光束發散角極小，可以傳播很遠的距離而不發生明顯擴散。 單色性好： 激光的波長非常單一，近似為單色光。 相乾性好： 激光束中所有光子的相位都高度一緻，即具有很高的相乾性。 亮度高： 激光具有極高的能量密度。 第四章：激光的應用：無所不在的奇跡 激光的獨特光束特性使其成為一項革命性的技術，滲透到我們生活的方方麵麵。 工業製造： 激光切割： 利用高功率激光束熔化或汽化材料，實現高精度、無接觸的切割，適用於金屬、塑料、木材等多種材料。 激光焊接： 激光束可以精確聚焦在焊接點上，實現高效、高質量的焊接，尤其適用於精密器件的焊接。 激光打標： 在産品錶麵進行永久性標記，信息清晰、持久，廣泛應用於防僞和産品追溯。 錶麵處理： 如激光淬火、激光熔覆等，改善材料的錶麵性能。 通信技術： 光縴通信： 激光作為信息載體，通過光縴傳輸信息，極大地提高瞭通信帶寬和傳輸速率，是現代通信的基石。 自由空間光通信： 在近距離或特定場閤，激光也可直接在空氣中進行信息傳輸。 醫療領域： 激光手術： 利用激光的切割、汽化或凝固作用，進行精確、微創的手術，如眼科手術、皮膚美容、腫瘤治療等。 激光治療： 如激光祛除紋身、治療皮膚病變等。 激光診斷： 如激光誘導熒光光譜分析，用於疾病診斷。 科學研究： 光譜分析： 利用激光的單色性和高亮度，對物質進行高精度光譜分析，研究物質結構和性質。 精密測量： 如激光測距、激光乾涉儀，實現高精度的長度和位移測量。 激光誘導等離子體： 在材料科學、核聚變研究等領域有重要應用。 非綫性光學： 強激光與物質相互作用産生的非綫性光學效應，為新的光源和光學器件提供瞭可能。 日常生活： 條形碼掃描儀： 公共場所常見的激光掃描儀，用於讀取商品條形碼。 激光打印機： 利用激光在感光鼓上成像，再通過碳粉轉印，實現高分辨率的打印。 DVD/藍光光驅： 激光頭讀取光盤上的信息。 激光指示器： 用於演示或指示。 舞颱燈光： 製造炫麗的舞颱效果。 結語 激光技術的發展，是人類智慧與探索的結晶。從對光本質的微觀理解，到宏觀應用的無限拓展，激光已經深刻地改變瞭我們的世界。本書所涵蓋的內容，僅僅是這個宏大領域的冰山一角。隨著科學技術的不斷進步，我們有理由相信，激光將在未來展現齣更加令人驚嘆的潛力，為人類的進步和發展貢獻更大的力量。希望這份簡介能激發您對激光原理及應用的進一步探索和學習。

評分☆☆☆☆☆

《非綫性光學：從基礎到前沿進展》這本書的視野之廣令人贊嘆。我之前接觸的非綫性光學主要集中在二次諧波和倍頻這些比較基礎的內容上，這本書則將讀者的視野一下子拉到瞭超快激光、高次諧波産生（HHG）乃至拉曼散射等前沿領域。作者在敘述時保持瞭一種非常優雅的平衡：既沒有犧牲對洛倫茲振子模型等經典基礎的深入探討，又非常及時地引入瞭諸如剋爾介質、光孤子等現代研究熱點。特彆是它對“有效非綫性係數”的討論，結閤瞭不同材料的特性和激光的脈衝形狀，這一點在實際進行頻率轉換實驗時至關重要。我發現書中的例題和思考題設計得非常巧妙，它們往往不是簡單的數值計算，而是引導讀者思考特定實驗條件下的物理限製。閱讀這本書，就像是跟隨一位經驗豐富的大師在學術前沿進行一次係統而深刻的巡禮，它極大地拓寬瞭我對光與物質相互作用潛力邊界的想象。

評分☆☆☆☆☆

這本被譽為“激光百科全書”的《現代激光技術與應用》簡直是信息的集大成者。我拿到書時，首先被它內容的廣度震撼到瞭——從早期的紅寶石激光器原理，到最新的飛秒光縴激光器、自由電子激光，甚至連激光在生物醫學成像和精密加工中的應用案例都囊括其中。這本書的優點在於它的“百科全書”屬性，它不是一本專注於某個特定理論深挖的專著，而是提供瞭一個極佳的宏觀鳥瞰圖。它的語言風格非常平實、清晰，即便是涉及到復雜的激光增益介質或諧振腔模式分析，也能用相對直白的工程語言進行闡述，避免瞭過多晦澀的數學推導，更側重於“是什麼”和“如何用”。對於初入激光領域的研究生或者需要快速瞭解某個細分應用領域的技術人員來說，這本書是絕佳的參考書。每當我對某個激光應用場景感到迷茫時，翻開這本書的相應章節，總能找到一個可靠的起點和關鍵的技術術語。

評分☆☆☆☆☆

我個人對《激光的物理學：原理與特性》這本書的體會是，它在理論深度上達到瞭一個極高的水準，但又保持瞭極強的邏輯連貫性。它不像工程手冊那樣專注於器件實現，也不像純量子光學那樣側重於抽象的量子場論，而是將物理學的核心原理——能量、守恒、對稱性——如何體現在激光現象中展現得淋灕盡緻。例如，書中對激光振蕩的穩定性分析，引入瞭深入的反饋理論和噪聲分析，這使得我對激光輸齣的頻率鎖定和綫寬抑製有瞭更深刻的理解。作者在處理介質增益和腔體損耗的耦閤關係時，展現齣瞭對係統動力學的深刻洞察力。它的行文節奏緊湊，需要讀者有一定的數學基礎和物理直覺。這本書更像是一本“思想的引導者”，它不是直接告訴你答案，而是通過嚴密的邏輯鏈條，讓你自己推導齣激光器工作的本質規律，讀完之後會感覺自己的物理思維得到瞭極大的鍛煉和升華。

評分☆☆☆☆☆

這本《量子光學導論》真是本讓人醍醐灌頂的好書！我對光與物質相互作用的微觀機製一直有點模糊，總覺得量子力學的部分太抽象，難以和實際的激光現象聯係起來。這本書的作者顯然深諳教學之道，他沒有一開始就拋齣復雜的哈密頓量，而是從光子的概念入手，用非常直觀的方式解釋瞭受激輻射和吸收的微觀圖像。特彆是關於光場與原子能級躍遷的詳細推導，每一步都像是剝洋蔥一樣清晰，讓你明白為什麼激光器需要特定的閾值纔能工作，以及為什麼光子的偏振態如此重要。讀完前麵關於量子場論基礎的部分，我立刻對後半部分介紹的各種量子光學實驗，比如壓縮態光和量子糾纏光源，有瞭全新的認識。它不像有些教材那樣堆砌公式，而是巧妙地將物理圖像和數學工具結閤起來，使得原本高冷的量子光學變得觸手可及。我尤其欣賞它對經典光學與量子光學橋梁的構建，讓有一定經典光學基礎的學習者能平穩過渡。這本書無疑是我近年來讀過的最優秀的物理教材之一，強烈推薦給所有想深入理解激光本質的同行和學生。

評分☆☆☆☆☆

我手裏拿著的這本《半導體激光器設計與製造》與其說是一本書，不如說是一本非常實用的工程手冊。我之前主要做的是飛秒激光器那塊，對半導體器件的能帶結構和腔體設計接觸不多，總覺得理論和實際應用之間隔著一層“黑箱”。這本書徹底改變瞭我的看法。它對異質結的形成、載流子的注入效率以及腔內損耗的計算描述得極其詳盡。裏麵專門用瞭一章來分析不同類型的腔體（如DFB、DBR）的耦閤係數和反饋機製，配有大量的圖錶和實際測量數據，簡直就是教科書級彆的“故障排除指南”。最讓我驚喜的是，它還深入探討瞭器件的退化機製和封裝技術，這在很多純理論書籍中是找不到的。這本書的行文風格非常務實、嚴謹，充滿瞭工程師的思維，每一個公式的推導後麵都緊跟著一個具體的工程意義。對於想從事激光器産品開發或者對光電器件集成感興趣的人來說，這本書的價值無可替代，它教會你如何把理論知識轉化為可靠、高效的光源。