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
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内容提要
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
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
文摘
序言
阅读完一部分内容后,我最大的感受是,这是一部具有高度前瞻性的教材。它并未将目光局限于当前市场上的主流产品,而是花了相当篇幅探讨了新兴的领域,例如量子级联激光器(QCLs)和频率梳技术。在介绍这些尖端技术时,作者没有使用过于晦涩的行话,而是从其独特的工作原理出发,解释了它们为何能够突破传统激光器的性能瓶颈。例如,在讨论QCLs时,对能级级的精确工程设计和量子隧穿效应的描述,清晰地展示了半导体物理的精妙应用。另外,该书对激光与物质相互作用的深入讨论,特别是关于高强度激光与等离子体相互作用的初步介绍,为那些希望跨学科探索,如聚变研究或高能物理的学生,提供了宝贵的入口。它的深度足以支撑数年的研究工作,其广度又能确保读者对整个激光技术领域有一个全局性的认识,绝非市面上那些只停留在应用层面或某个单一技术点上的读物可比拟。总而言之,这是一本值得反复研读,并且能伴随研究生涯成长的工具书。
评分我花了大量时间研究书中关于模式锁定技术的那几章,那种细致入微的剖析真是让人叹为观止。作者对于锁模机理的阐述,从被动锁模到主动锁模,再到更有挑战性的孤子锁模,每一种方法都提供了详细的数学模型和实验验证的案例。特别是关于超快激光产生时,脉冲的群速度色散(GVD)和自相位调制(SPM)效应的相互作用分析,解释得非常透彻,避免了许多初学者容易陷入的直觉误区。这本书在处理非线性现象时,展现出了一种罕见的平衡感:既不回避复杂的数学工具,又能用清晰的语言解释这些数学工具背后的物理意义。我尤其喜欢它对“腔内光场”的描述,作者将激光腔体视为一个复杂的动态系统,而不是一个简单的共振器,这种动态系统的视角极大地深化了我对激光稳定性和功率限制的理解。这本书的排版和术语标准化工作做得也相当出色,这在阅读专业书籍时是非常重要的,减少了因术语不一致而产生的理解障碍。
评分这本书的结构安排非常符合工程认知习惯,它采取了一种螺旋上升的学习路径。一开始是电磁场和原子跃迁的基本概念铺垫,为后续的受激辐射和粒子数反转打下坚实的基础。随着章节的深入,作者开始引入更复杂的系统——从最简单的气体激光器到更具挑战性的半导体和固体激光器。我印象最深的是对光纤激光器部分的处理,作者非常细致地分析了光纤的模式特性、稀土离子掺杂的效率模型以及热效应管理,这些都是当前工业界最关注的核心问题。它不是简单地罗列不同类型的激光器,而是将它们置于一个统一的理论框架下进行比较分析,使得读者能够清晰地分辨出不同设计选择背后的物理取舍。此外,关于激光安全性和生物效应的章节,虽然篇幅不长,但其内容的客观和审慎态度值得称赞,强调了在追求高性能的同时,不能忽视对操作人员的保护。总体而言,这本书像是一本结构严谨的“工具箱”,它提供的不仅仅是知识,更是解决实际工程问题的思维框架和分析工具。
评分老实说,这本书的学术厚度让我这个非专业背景的读者感到既兴奋又有些许压力。它更像是一本为专业研究生量身定制的参考书,而不是面向大众科普的读物。我尝试去理解其中关于腔模理论和时间依赖性薛定谔方程的部分,发现即便是那些看似基础的章节,也隐含了大量的背景知识要求。不过,正是这种严谨性,保证了其内容的权威性。我特别注意到,作者在讨论激光器效率和阈值行为时,所采用的物理模型极其精细,考虑了大量的损耗机制和能量传递路径。这对于那些需要设计高精度激光系统的人来说,是不可或缺的细节。相比于市面上一些侧重于“应用案例”的同类书籍,这部作品显然更侧重于“原理的根基”。它强迫读者去思考“为什么”会产生某种现象,而不是仅仅停留在“如何利用”这一层面。我甚至发现了一些关于量子噪声处理的进阶讨论,这表明编者在内容更新上是紧跟学术前沿的,没有将这本书停留在上一个时代的成果上。虽然阅读过程需要频繁查阅其他高等物理教材作为辅助,但这正说明了其内容密度之高,信息量之巨大。
评分这部著作的深度和广度确实令人印象深刻,尽管我目前接触到的材料还只是冰山一角,但从其结构和论述的严谨性来看,它无疑是一部里程碑式的作品。我特别欣赏作者在梳理复杂概念时所展现出的耐心和清晰度。比如,对于某些基础物理现象的描述,他们没有止步于简单的公式堆砌,而是深入挖掘了其背后的物理图像,使得即便是初学者也能建立起坚实的直觉。书中对实验技术的演变历程也进行了详尽的梳理,这不仅是对历史的尊重,更是为了让读者理解为什么某些理论路径最终被采纳,而另一些则被搁置。这种叙事方式极大地增强了阅读的趣味性,不再是枯燥的理论灌输,而更像是一场科学思想的探索之旅。我发现,作者在处理不同波段激光器的特性差异时,总是能巧妙地将理论模型与实际工程挑战联系起来,使得抽象的知识变得触手可及。尤其是对非线性光学效应的讨论,层次分明,从基础的二阶效应过渡到更复杂的参量过程,每一步都配有精妙的数学推导和直观的类比,这对于希望从事前沿研究的人来说,是无价的财富。这本书的配图质量也值得称赞,图表清晰,标注准确,很多复杂的几何关系通过图形展示后,豁然开朗。
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