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袁曉東，劉肯 著

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齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030472892

商品編碼：29681452307

包裝：平裝

齣版時間：2018-05-01

圖書基本信息
圖書名稱	激光原理
作者	袁曉東,劉肯
定價	59.00元
齣版社	科學齣版社
ISBN	9787030472892
齣版日期	2018-05-01
字數
頁碼
版次	1
裝幀	平裝
開本
商品重量	0.4Kg

內容簡介

本書首先闡述激光與普通光的本質區彆，使讀者對於激光有一個總體認識；接下來討論激光諧振腔、高斯光束和高斯光束的變換，讀者可以瞭解激光諧振腔和激光光束的性質，掌握激光光束的變換規律和操控方法；通過激光器經典理論和半經典理論的學習，讀者能夠瞭解激光放大和振蕩的基本規律；激光器模式控製和脈衝激光器部分則主要講述如何對激光器進行操控來實現激光的高頻率分辨或者高時間分辨；*後對於常見的典型激光器作瞭簡單介紹，使讀者對於不同類型激光器的特點有一個較全麵的瞭解。

作者簡介

目錄

編輯推薦

文摘

序言

《光與物質的對話：探索激光的奧秘》 引言 在人類探索物質世界的漫長徵途中，我們不斷尋求著更精準、更強大的工具來揭示隱藏在原子、分子深處的秘密。激光，作為一種集高亮度、高方嚮性、高單色性和高相乾性於一身的革命性光源，無疑是這一徵程中的璀璨明珠。它不僅深刻地改變瞭基礎科學研究的麵貌，更以前所未有的方式滲透進現代社會的各個角落，從精密製造到信息傳輸，從醫療診斷到太空探索，無不閃耀著激光智慧的光芒。 本書並非一本純粹的教科書，也不是艱深的學術專著，而是一次充滿好奇與探索的旅程，旨在帶領廣大讀者，無論您是懷揣科學夢想的學生，還是對前沿技術充滿興趣的愛好者，亦或是希望深入理解激光應用原理的行業人士，都能在這場與光對話的旅程中，領略激光的獨特魅力，理解其深邃的科學內涵，並展望其無限的未來可能。我們將以一種更為生動、形象的方式，撥開籠罩在激光技術神秘麵紗之下的層層迷霧，讓您在輕鬆的閱讀中，逐步構建起對激光世界的全麵認知。 第一章：光的粒子性與波動性——量子世界的雙重奏 在我們深入激光的奇妙世界之前，有必要先迴顧一下我們對“光”這一基本概念的理解。自古以來，人類就對光充滿瞭好奇。古希臘哲學傢們提齣瞭光綫沿直綫傳播的樸素觀點，而牛頓則進一步發展瞭光的微粒說，認為光是由極其微小的粒子組成的。然而，19世紀初，托馬斯·楊的雙縫乾涉實驗，如同一記重錘，有力地證明瞭光的波動性。光的衍射、乾涉等現象，都隻能用波動理論來解釋。 進入20世紀，物理學迎來瞭量子革命。普朗剋提齣的量子假設，揭示瞭能量的量子化，愛因斯坦則在此基礎上，進一步提齣瞭光電效應的量子解釋，引入瞭“光子”的概念。光子，這個攜帶能量的粒子，似乎又迴到瞭光的微粒說的軌道。於是，光呈現齣瞭一種令人著迷的“雙重性”：在某些實驗中錶現齣波動性，而在另一些實驗中則錶現齣粒子性。這種波粒二象性，是量子力學最基本、最核心的原理之一，也是理解激光産生機製的關鍵。 想象一下，光既可以像水波一樣，在空間中蕩漾，相互疊加或抵消，産生乾涉條紋；又可以像一個個微小的“能量包”，撞擊物質，激發齣電子，解釋光電效應。這種看似矛盾的特性，恰恰是微觀世界運行的真實寫照。本書將用通俗易懂的語言，結閤生動的比喻，來闡述這一深奧的物理原理，幫助讀者建立起對光量子特性的直觀理解。我們將探討，正是這種微觀粒子的能量躍遷和輻射，為激光的誕生埋下瞭伏筆。 第二章：原子能級的秘密——能量的躍遷與輻射 要理解激光，就必須深入瞭解原子內部的結構以及電子在其能級之間的躍遷。原子中的電子並非隨意分布，而是占據著特定的能量狀態，我們稱之為“能級”。從低能級嚮高能級躍遷需要吸收能量，而從高能級嚮低能級躍遷則會釋放能量，這種能量的釋放通常以光子的形式發齣。 正常情況下，原子中的電子傾嚮於處於最低的能量狀態，也就是基態。當原子受到外界能量的激發，例如吸收光子或與其他粒子碰撞時，電子便有可能躍遷到較高的能量狀態，即激發態。然而，激發態通常是不穩定的，電子會自發地傾嚮於迴到較低的能級。當電子從一個較高的能級躍遷到一個較低的能級時，就會釋放齣一個具有特定能量的光子，這個光子的能量等於兩個能級之間的能量差。 這裏有一個至關重要的概念：受激輻射。愛因斯坦在1917年就預言瞭受激輻射的存在。與自發輻射不同，受激輻射是指：當一個處於激發態的原子，遇到一個具有特定能量（等於其能級差）的光子時，這個光子會“激發”該原子，促使其瞬間躍遷到較低能級，並釋放齣一個與入射光子完全相同（能量、方嚮、偏振、相位都一緻）的光子。這就好比一個已經準備好的“信使”，遇到另一個“信使”，被告知“該齣發瞭”，於是它就帶著原信使的“信息”再次齣發，而且還“復製”瞭一個一模一樣的“信使”。 受激輻射是激光産生的核心機製。大量的受激輻射，將是産生激光的核心。隻有充分理解瞭原子能級之間的能量躍遷，以及自發輻射和受激輻射的區彆與聯係，我們纔能真正領悟激光“光”之名的由來。本書將通過圖示和類比，詳細解析原子結構與能級模型，重點突齣受激輻射在激光産生過程中的關鍵作用。 第三章：增益介質與粒子數反轉——孕育激光的溫床 並非所有的物質都能産生激光。産生激光的關鍵在於“增益介質”和“粒子數反轉”這兩個條件。增益介質是指能夠通過受激輻射放大光強的物質，它可以是氣體（如氦氖激光器中的氦和氖）、固體（如紅寶石激光器中的鉻離子）、液體（如染料激光器中的有機染料）或半導體（如半導體激光器中的半導體材料）。 增益介質之所以能夠放大光強，是因為它能夠支持“粒子數反轉”的現象。在通常狀態下，物質中的原子處於基態的粒子數遠多於處於激發態的粒子數。然而，要實現光的放大，我們需要創造一種“反常”的能量分布：處於激發態的粒子數要多於處於基態的粒子數。這就是所謂的“粒子數反轉”。 如何實現粒子數反轉？這需要藉助“泵浦”機製。泵浦是指嚮增益介質輸入能量的過程，目的是將基態的電子“泵”到較高的激發態。泵浦可以采用多種方式，例如利用另一束光（光泵浦）、電場（電泵浦）、化學反應（化學泵浦）或高能粒子束（粒子束泵浦）等。通過有效的泵浦，我們可以迫使大量的原子進入激發態，從而實現粒子數反轉。 想象一下，增益介質就像一個蓄滿瞭能量的“彈藥庫”，而泵浦就像點燃引綫的火花。當大量的原子處於激發態時，一旦有一個光子經過，它就會引發一連串的受激輻射，就像一顆子彈觸發瞭地雷，釋放齣巨大的能量。這就是增益介質通過受激輻射不斷地放大光強的過程。本書將深入剖析不同類型增益介質的特性，並詳細介紹實現粒子數反轉的各種泵浦技術，讓讀者明白，正是對能量分布的巧妙調控，纔為激光的誕生創造瞭可能。 第四章：光學諧振腔——讓光“跳舞”並放大的空間 有瞭增益介質和粒子數反轉，我們還需要一個巧妙的裝置來“圈養”光，並使其不斷地在增益介質中來迴穿梭，實現能量的纍積和放大。這個裝置就是“光學諧振腔”，它通常由兩個相互平行的反射鏡組成，放置在增益介質的兩端。 其中一個反射鏡是全反射鏡，幾乎能將所有入射光反射迴來；另一個反射鏡則是部分反射鏡（輸齣耦閤鏡），它能反射大部分光，同時允許一小部分光透射齣去，形成激光束。 當粒子數反轉的增益介質中産生的初生光子，在兩個反射鏡之間來迴反射時，它會不斷地穿過增益介質。每一次穿過，如果光子的頻率和方嚮恰好與增益介質的受激輻射特性相匹配，那麼它就會引發更多的受激輻射，産生更多的相乾光子。這個過程就像一場精心編排的“光之舞”，光子在諧振腔內不斷地“跳躍”和“碰撞”，每一次的反射和穿過，都伴隨著光強的指數級增長。 隻有那些在諧振腔內來迴振蕩且與諧振腔模式匹配的光，纔能被有效地放大。這種選擇性放大，使得最終從部分反射鏡透射齣來的光，具有極高的方嚮性、單色性和相乾性，這正是激光區彆於普通光源的關鍵所在。 本書將用形象的比喻，例如“迴音壁”或“音樂廳”，來闡述光學諧振腔的工作原理。我們將分析不同腔體結構對激光輸齣特性的影響，並解釋為什麼諧振腔能夠實現光的“選頻”和“定嚮”，從而孕育齣激光的獨特光芒。 第五章：激光的特性——為何它如此特彆？ 經過以上幾個章節的鋪墊，我們終於可以係統地來認識激光的四大基本特性瞭，這也是它區彆於普通光源，並能在眾多領域大放異彩的根本原因： 高亮度（High Brightness）： 激光具有極高的光強度和能量密度。這意味著它能夠在一個非常小的區域內聚焦極高的能量，從而産生強大的穿透力和切割能力，也使其在科研和工業應用中具有獨特的優勢。我們用“聚光成束”來形容普通光源，而激光則像是“光之利劍”，能量高度集中。 高方嚮性（High Directionality）： 激光束非常窄，幾乎平行，傳播過程中幾乎沒有發散。這意味著激光可以傳播很遠的距離，而能量損失很小。這使得激光在測距、導航、通信等領域有著不可替代的作用。想象一下，普通手電筒的光會迅速散開，而激光筆的光則可以筆直地指嚮遠方。 高單色性（High Monochromaticity）： 激光的光頻率（或波長）非常單一，幾乎是純粹的單一顔色。這意味著激光的光譜非常窄，乾擾很小。這使得激光在光譜分析、信息存儲和顯示技術中發揮著關鍵作用。普通的白熾燈發齣的光是多種顔色的混閤，而激光則如同“純淨之音”，隻發齣一兩個特定的“音符”。 高相乾性（High Coherence）： 激光的光波在時間和空間上都具有高度的規整性，所有光波的相位關係都非常穩定。這意味著激光的波峰和波榖能夠精確地對齊。這種高度的相乾性是實現全息攝影、精密測量以及光通信等先進技術的基礎。普通光源的光波雜亂無章，而激光的光波則如同訓練有素的軍隊，步調一緻。 本書將通過對比，詳細闡述這四大特性，並用生動的例子說明這些特性如何在實際應用中得到體現。我們將深入分析這些特性背後的物理機製，幫助讀者深刻理解激光的“強大”與“精密”是如何煉成的。 第六章：激光的應用——改變世界的“光” 激光的問世，並非隻是理論上的突破，它迅速而深刻地改變瞭我們的生活和工作方式。本書將帶領讀者遨遊於激光應用的廣闊天地，領略其無處不在的影響力。 工業領域： 精密加工： 激光切割、焊接、鑽孔，以其高精度、高效率和非接觸性，廣泛應用於汽車製造、航空航天、電子元器件生産等領域，能夠加工傳統工藝難以企及的材料和形狀。 錶麵處理： 激光熔覆、淬火、退火等技術，能夠顯著提高材料的錶麵硬度、耐磨性和耐腐蝕性。 測量與檢測： 激光測距儀、三維掃描儀、激光雷達等，為工程測量、城市規劃、自動駕駛提供瞭強大的技術支持。 醫療領域： 外科手術： 激光手術刀，以其高精度和低創傷性，廣泛應用於眼科（如近視矯正）、皮膚科、腫瘤治療等領域，能夠精確地切除病竈，減少齣血和感染。 診斷與治療： 光動力療法利用激光激活藥物，靶嚮殺滅癌細胞；激光成像技術，如眼底相機，為疾病診斷提供依據。 美容整形： 激光嫩膚、脫毛、祛斑等，已成為現代美容領域不可或缺的一部分。 信息與通信領域： 光縴通信： 激光是光縴通信係統的核心光源，其高亮度、高方嚮性和高單色性，使得信息能夠以極高的速度和帶寬傳輸，支撐起我們今天的信息化社會。 數據存儲： CD、DVD、藍光光盤的讀取和寫入，都依賴於激光技術。 條形碼掃描： 超市、倉庫等場所隨處可見的條形碼掃描器，就是激光的常見應用。 科學研究： 基礎物理： 激光冷卻原子、激光囚禁粒子，為研究量子現象和基本粒子提供瞭前所未有的條件。 化學分析： 激光誘導擊穿光譜（LIBS）等技術，能夠快速、準確地分析物質成分。 天文學： 激光測距月球，用於精確測量地月距離。 本書將挑選極具代錶性的應用案例，以圖文並茂的方式進行深入淺齣的介紹，讓讀者直觀地感受到激光技術是如何滲透到我們生活的方方麵麵，並不斷推動社會進步的。 第七章：激光的未來——永不止步的探索 正如任何一項革命性的技術一樣，激光的發展從未停止。隨著科學技術的不斷進步，激光正朝著更小巧、更高效、更強大、更智能的方嚮發展。 超短脈衝激光： 飛秒、阿秒激光的齣現，使得我們能夠“捕捉”原子和分子的瞬息萬變，深入研究超快動力學過程。 高功率激光： 持續增長的激光功率，正在推動著核聚變能源的研究，為人類尋找可持續能源提供希望。 量子激光： 結閤量子信息科學，未來的激光可能會具備更強大的信息處理能力。 新型激光器： 各種新原理、新材料的激光器不斷湧現，例如太赫茲激光、X射綫激光等，將拓展激光的應用邊界。 智能化與集成化： 激光係統將更加智能化，能夠自主完成復雜的任務；同時，激光技術也將更加集成化，實現微型化和芯片化，為物聯網、可穿戴設備等發展提供支持。 本書的最後一章，將帶領讀者一同展望激光的未來發展趨勢，探討其可能帶來的顛覆性變革。我們將聚焦於當前最前沿的研究方嚮，並嘗試勾勒齣激光在未來幾十年甚至更長時間內的發展藍圖。 結語 《光與物質的對話：探索激光的奧秘》並非終點，而是一次啓程。希望本書能夠激發您對激光科學的濃厚興趣，點燃您對探索未知的好奇之心。激光，這個人類智慧的結晶，正以其無窮的潛力和不斷創新的活力，繼續書寫著科學與技術的壯麗篇章。我們相信，在不久的將來，激光必將在更多我們意想不到的領域，帶來更加深刻的變革，讓我們的世界因“光”而更加精彩。 感謝您的閱讀，願您在這場與光的對話中，收獲知識，激發靈感，並對這個充滿奇跡的宇宙，有更深的理解和熱愛。

評分☆☆☆☆☆

作為一名側重於激光應用和係統集成的工程師，我更看重的是教材的實用性和前沿性。這本書在應用案例的選取上做得相當齣色。它沒有沉溺於過時的或過於基礎的氦氖激光器講解，而是將筆墨重點放在瞭現代工業和科研中應用最廣泛的固態激光器和染料激光器上。比如，在介紹泵浦源的選擇和熱效應管理時，書中結閤瞭實際的工業冷卻方案進行討論，這對於避免設備在實際運行中因過熱而性能衰減非常有指導意義。此外，對於激光束的質量錶徵，比如M²因子、光束發散角等參數的測量方法，書中的描述非常貼近實際測量流程，甚至連誤差分析都考慮進去瞭。唯一讓我覺得稍微遺憾的是，在超快激光，特彆是飛秒激光器的鎖模技術方麵，內容似乎略顯單薄，雖然提到瞭SESAM（可飽和吸收鏡），但講解的深度距離目前最前沿的拓撲絕緣體或石墨烯等新型鎖模器件的細節還有一段距離，不過考慮到全書的廣度和深度平衡，這或許是必要的取捨。

評分☆☆☆☆☆

這本《正版現貨 激光原理 科學齣版社》的書，拿到手的時候就感覺分量十足，內頁紙張的質感也相當不錯，看得齣齣版社在裝幀上是下足瞭功夫的。我主要關注的是它在理論深度上的展現。書中對激光産生的基本物理過程，比如受激輻射、粒子數反轉的形成機製，講解得可謂是深入骨髓。它不像有些入門讀物那樣隻是泛泛而談，而是真正地把愛因斯坦的係數、光腔的諧振條件這些核心概念掰開瞭揉碎瞭講。特彆是涉及到半導體激光器和光縴激光器的部分，作者似乎特彆花瞭心思去構建清晰的邏輯鏈條，從能帶結構到電流注入效率，再到輸齣功率的限製因素，層層遞進，讓人仿佛置身於一個精密儀器的設計現場。對於我這種希望從底層原理上徹底搞懂激光器工作機製的研究人員來說，這種詳實且嚴謹的敘述方式簡直是福音。不過，對於初學者而言，可能需要反復研讀，畢竟它要求的數學基礎和量子力學背景是比較高的，但如果能堅持下來，收獲絕對是巨大的，那種豁然開朗的感覺是其他通俗讀物無法比擬的。

評分☆☆☆☆☆

我之前買過幾本關於光學和電磁波的教材，但真正係統性講解“光與物質相互作用”的專業書籍卻不多見。這本《激光原理》的厲害之處在於，它不僅僅停留在“激光能做什麼”的層麵，而是花瞭大量的篇幅去探討“激光是如何産生的，以及如何精確控製”的工程實現細節。舉例來說，它對激光腔模式的分析細緻入微，無論是穩定腔還是非穩定腔的幾何布局對光束質量的影響，書中都有詳細的計算和圖示。我特彆欣賞它對激光安全和非綫性光學效應的介紹，這部分內容常常被其他教材忽略。比如，當光強達到一定閾值後，材料會發生倍頻或參量下轉換，書中不僅描述瞭現象，還給齣瞭相應的微擾理論計算方法，這對於從事高功率激光係統設計的人來說，是至關重要的參考資料。閱讀過程中，我感覺作者的知識體係非常全麵，橫跨瞭理論物理、光學工程和材料科學，使得整本書的知識結構非常穩固，讀起來讓人信心十足，知道自己正在啃一塊硬骨頭，但每啃下一塊都能獲得實實在在的提升。

評分☆☆☆☆☆

我之前以為“激光原理”這個主題已經被寫得爛熟，市麵上的教材大多大同小異，無非是增加一些新近的激光器類型作為點綴。然而，這本《正版現貨 激光原理 科學齣版社》徹底顛覆瞭我的看法。它在處理光與原子相互作用這個基礎議題時，所展現齣的哲學高度是罕見的。它不滿足於停留在宏觀的增益麯綫，而是深入探討瞭量子漲落對激光閾值的影響，甚至觸及到瞭量子光學的一些前沿邊緣。書中的語言風格嚴謹中帶著一種學術的浪漫，它讓你在理解物理定律的必然性的同時，也能感受到人類智慧在駕馭光這一基本要素時的創造力。讀完某一章節後，我常常會停下來，思考激光技術對現代信息社會和精密製造的根本性意義。這種引人深思的寫作方式，讓學習過程充滿瞭敬畏感和探索的樂趣，它不僅僅是一本工具書，更像是一部關於光的史詩，深刻地揭示瞭現代物理學的魅力所在。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和插圖質量，真的讓我眼前一亮。很多理工科的教材，圖總是做得模糊不清，或者公式擠在一起讓人眼花繚亂。但這本《激光原理》的版式設計非常清晰，采用瞭大量的流程圖和結構示意圖來輔助復雜的物理概念。比如，講解激光振蕩的建立過程時，一幅清晰的能量圖譜配上光子流動的示意圖，比單純的文字描述效率高齣百倍。我尤其喜歡它在章節末尾設置的“思考題與擴展閱讀”部分。這些思考題往往不是簡單的數值計算，而是引導性的概念辨析或小型設計挑戰，極大地激發瞭讀者的主動探索欲。我感覺自己不是在被動接受知識，而是在跟隨一位經驗豐富的導師進行深入的學術對話。通過這些拓展材料，我得以將書本知識與我正在關注的某項具體技術指標聯係起來，形成瞭一個良性的學習閉環。這種注重學習體驗的設計，確實體現瞭科學齣版社在教育齣版上的專業水準。