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楊玉玲 著 著

圖書標籤:

• 激光原理
• 激光技術
• 光學
• 物理學
• 光電子學
• 應用光學
• 激光應用
• 光縴激光器
• 固體激光器
• 激光器

店鋪： 藍墨水圖書專營店

齣版社： 化學工業齣版社

ISBN：9787122227423

商品編碼：1638801436

開本：16

齣版時間：2015-05-01

內容簡介

《激光原理與應用》首先對激光産生的物理基礎；光與物質相互作用及機理、譜綫加寬機製、速率方程組理論以及介質對光的增益；光學諧振腔的幾何理論、激光振蕩的形成及輸齣特性；光學諧振腔的衍射理論等基礎知識進行瞭介紹。然後對改善激光器特性的各種技術以及激光在各領域的應用等進行瞭論述。
《激光原理與應用》可供從事應用物理、光電子等研發的科研人員和技術人員參考，也可作為相關專業的本科生教材。

作者推薦

《激光原理與應用》以激光産生的基礎理論知識為主，同時對其廣闊的應用領域進行瞭展望。既有基礎理論，又有具體的應用，可供從事光電子技術和光通信技術的科技人員參考，也可以作為高等院校電子科學與技術、光信息科學與技術、光電信息工程和應用物理等專業本科生的教材。

圖書目錄

第1章 激光産生的物理基礎
1.1 光的本質及激光的發展
1.1.1 光的本質
1.1.2 激光的發展簡史
1.2 産生激光的能級理論
1.2.1 原子能級和簡並度
1.2.2 單個原子的原子態及能級結構
1.2.3 能級躍遷理論
1.2.4 多原子係統的粒子分布
1.3 量子態的基本假設
1.3.1 光子的基本性質
1.3.2 光子的相乾性
1.3.3 光波模式和光子態
1.3.4 光子簡並度
1.3.5 激光的模式
1.4 激光的産生及特性
1.4.1 激光産生過程
1.4.2 激光器基本組成及類型
1.4.3 激光的特性

第2章 光與物質相互作用及機理
2.1 黑體輻射與普朗剋公式
2.2 光與物質相互作用及愛因斯坦關係式
2.2.1 自發輻射
2.2.2 受激吸收
2.2.3 受激輻射
2.2.4 愛因斯坦三係數的關係
2.2.5 自發輻射與受激輻射的光功率
2.3 譜綫加寬機製
2.3.1 光譜綫的綫型和綫寬
2.3.2 均勻加寬
2.3.3 非均勻加寬
2.3.4 均勻加寬與非均勻加寬綫型比較
2.3.5 綜閤加寬
2.4 速率方程組理論
2.4.1 修正的愛因斯坦三係數
2.4.2 三能級係統的速率方程組
2.4.3 四能級係統的速率方程組
2.5 穩態條件下粒子數密度反轉分布及增益係數
2.5.1 小信號條件下反轉粒子數分布
2.5.2 均勻加寬介質小信號增益係數
2.5.3 非均勻加寬介質小信號增益係數
2.5.4 均勻加寬大信號反轉粒子數密度分布
2.5.5 反轉粒子數密度的飽和效應
2.5.6 均勻加寬大信號增益係數
2.5.7 非均勻加寬大信號反轉粒子數密度分布
2.5.8 非均勻加寬大信號增益係數

第3章 光學諧振腔的幾何理論及輸齣特性
3.1 光學諧振腔的幾何理論——光學變換矩陣
3.1.1 光綫在自由空間傳播的光學變換矩陣
3.1.2 光綫經球麵鏡反射的光學變換矩陣
3.1.3 共軸球麵諧振腔的光學變換矩陣
3.2 光學諧振腔的穩定性條件及其分類
3.2.1 光學諧振腔的穩定性條件
3.2.2 穩區圖及其應用
3.2.3 共軸球麵腔分類
3.3 光學諧振腔的損耗
3.3.1 平均單程損耗因子δ
3.3.2 諧振腔的壽命τc
3.3.3 諧振腔的品質因數Q
3.4 激光形成的閾值條件
3.4.1 閾值增益係數
3.4.2 閾值反轉粒子數密度
3.4.3 激光上能級閾值粒子數密度
3.4.4 連續或長脈衝激光器的閾值泵浦功率
3.4.5 短脈衝激光器的閾值泵浦功率
3.5 模式競爭
3.5.1 起振模式數計算
3.5.2 均勻加寬激光器中的模式競爭
3.5.3 非均勻加寬激光器中的模式競爭
3.6 激光器的輸齣特性
3.6.1 連續或長脈衝激光器的輸齣功率
3.6.2 單模激光器的綫寬極限

第4章 光學諧振腔的衍射理論
4.1 光學諧振腔的衍射理論——菲涅耳衍射積分方程
4.1.1 菲涅耳�不�爾霍夫衍射公式
4.1.2 自再現模積分方程
4.2 對稱共焦腔光場分布特性
4.2.1 方形鏡共焦腔自再現模積分方程及其解
4.2.2 方形鏡共焦腔自再現模的特徵
4.2.3 方形鏡共焦腔中的行波場
4.2.4 圓形鏡共焦腔自再現模積分方程的解
4.2.5 圓形鏡共焦腔自再現模的特徵
4.2.6 圓形鏡共焦腔的行波場
4.3 基模高斯光束的基本特點
4.3.1 高斯光束的振幅分布和光斑尺寸
4.3.2 高斯光束的相位分布
4.3.3 模體積
4.3.4 高斯光束的遠場發散角
4.4 透鏡對高斯光束的作用
4.4.1 薄透鏡對高斯光束的變換
4.4.2 薄透鏡對高斯光束q參數的變換
4.4.3 高斯光束的聚焦
4.4.4 高斯光束的準直

第5章 激光技術
5.1 光波的調製技術
5.1.1 激光調製的概念
5.1.2 激光調製方法
5.2 激光器選模技術
5.2.1 選模的基本概念
5.2.2 激光單橫模的選取方法
5.2.3 激光單縱模的選取方法
5.3 激光器的穩頻技術
5.3.1 影響頻率穩定的因素
5.3.2 穩頻方法
5.4 激光調Q技術
5.4.1 影響Q的因素及調Q原理
5.4.2 調Q方法

第6章 激光應用技術
6.1 激光應用技術的理論基礎
6.1.1 激光與材料相互作用
6.1.2 激光的吸收過程
6.1.3 激光的熱效應
6.1.4 等離子體産生過程
6.1.5 激光燒蝕過程
6.2 激光技術在材料加工領域的應用
6.2.1 激光熔覆技術
6.2.2 激光焊接技術
6.2.3 激光打孔技術
6.2.4 激光切割
6.2.5 激光快速成型
6.3 激光在軍事領域的應用
6.3.1 激光測距
6.3.2 激光雷達、激光導航和激光製導
6.3.3 激光武器
6.4 激光技術在生物、醫學領域的應用
6.4.1 激光在生物檢測中的應用
6.4.2 激光在醫療中的應用
6.4.3 激光在醫療器械上的應用——激光刀
6.5 其他新型激光應用技術
6.5.1 激光輸電技術
6.5.2 激光空間碎片處理技術
6.5.3 激光降雨技術

附錄
附錄1 常用物理常數
附錄2 常見光學元件的光學變換矩陣
附錄3 常用激光晶體的典型技術參數
附錄4 典型氣體激光器基本實驗數據
附錄5 典型固體激光器工作物質參數
參考文獻

現代光學探秘：光之奇跡與前沿應用 本書旨在為讀者揭開現代光學，特彆是激光技術背後那令人驚嘆的科學原理，並深入探討其在各個領域所展現齣的強大應用潛力。我們將從光學的基礎概念齣發，循序漸進地引領您進入光的世界，理解光的本質，認識光與物質的相互作用，最終領略激光這一“文明之光”如何重塑我們的世界。 第一章：光的奧秘：超越經典的光學之旅 在旅程的開端，我們將迴顧經典光學的發展曆程，從惠更斯的光的波動說，到牛頓的粒子說，再到楊氏雙縫乾涉實驗所證明的光的乾涉性，以及菲索夫的衍射實驗揭示的光的衍射現象。然而，經典光學在解釋黑體輻射和光電效應等現象時遇到瞭瓶頸。這促使瞭量子力學理論的誕生，為我們理解光的粒子性——光子——提供瞭理論基礎。我們將詳細闡述普朗剋的量子假設，愛因斯坦的光電效應解釋，以及玻爾的原子模型如何將量子概念引入原子能級，為激光的産生奠定理論基石。這一章，我們將建立起對光波粒二象性的深刻理解，為後續章節的內容打下堅實的基礎。 第二章：相乾光與激光的誕生：從理論到現實的飛躍 什麼是相乾光？它與我們日常接觸到的普通光源有何不同？我們將深入探討光的相乾性，包括時間相乾性（單色性）和空間相乾性。相乾光是激光的靈魂。在這一章，我們將重點闡述激光産生的核心機製：受激發射。愛因斯坦在1917年提齣的受激發射理論，預言瞭粒子在受到特定頻率光子激發時，會以相同頻率、相同方嚮、相同相位釋放齣新的光子。這一革命性的理論為激光的産生提供瞭理論依據。我們將詳細介紹實現受激發射的必要條件：粒子數反轉和諧振腔。粒子數反轉是指高能級粒子數多於低能級粒子數的狀態，這通常需要通過“泵浦”過程來實現。諧振腔則通過反射鏡將光子反復反射，增加光與粒子的相互作用，從而放大光信號。我們將剖析不同類型的激光器，如氣體激光器（氦氖激光器、二氧化碳激光器）、固體激光器（紅寶石激光器、Nd:YAG激光器）、半導體激光器和染料激光器，闡述它們各自的工作原理、優點和適用範圍。 第三章：激光的特性：獨一無二的光芒 激光之所以能夠成為一種強大的工具，源於其與眾不同的特性。我們將逐一解析這些特性，並探討它們對應用産生的深遠影響。 方嚮性強（單嚮性）： 激光束具有極高的方嚮性，發散角極小，能在很遠的距離上傳播而不易擴散。這意味著我們可以將激光精確地指嚮目標，實現遠距離通信和精確測量。 單色性好（高純度）： 激光的譜綫非常窄，接近於單色光。這意味著激光的波長非常集中，顔色純度極高。這對於光譜分析、激光雷達等應用至關重要，因為單一波長的光能夠提供更清晰、更準確的信息。 相乾性好（同步性）： 激光具有優異的時間相乾性和空間相乾性，所有光子在時間和空間上都錶現齣高度的同步性。這種高度的相乾性是實現全息成像、乾涉測量等精密光學技術的關鍵。 亮度高（能量密度大）： 激光集中的能量使其具有極高的亮度，單位麵積上的功率密度極高。這意味著激光能夠瞬間傳遞巨大的能量，用於切割、焊接、加熱等工業加工。 我們將通過詳細的圖示和數據分析，讓讀者直觀地理解這些特性的物理意義，以及它們如何轉化為實際的應用優勢。 第四章：激光的加工應用：重塑物質世界的利器 激光的高能量密度和精確性使其成為現代工業加工領域不可或缺的工具。本章將重點介紹激光在材料加工方麵的廣泛應用。 激光切割： 激光切割利用高能量密度的激光束融化或汽化材料，實現高精度、高效率的切割。我們將探討激光切割的原理，不同材料（金屬、非金屬、復閤材料）的切割工藝，以及激光切割在汽車製造、航空航天、鈑金加工等領域的應用案例。 激光焊接： 激光焊接利用激光的熱效應將工件熔化並連接，具有焊接速度快、熱影響區小、變形小、可實現精密焊接等優點。我們將介紹激光焊接的原理、工藝參數控製，以及在電子、醫療器械、精密機械製造等領域的應用。 激光打標與雕刻： 激光打標利用激光束在材料錶麵産生永久性的標記，具有精度高、速度快、不損傷材料、標記內容豐富等特點。我們將展示激光打標在産品標識、防僞溯源、藝術品製作等方麵的應用。 激光錶麵處理： 激光還可以用於材料的錶麵硬化、退火、熔覆等處理，以改善材料的機械性能、耐磨性、耐腐蝕性。我們將探討激光錶麵處理的原理和應用。 第五章：激光在醫療領域的革新：精準治療與健康守護 醫學是激光技術應用最為廣泛和重要的領域之一。激光的精確性、非侵入性以及對生物組織的特定作用，使其在診斷和治療方麵發揮著革命性的作用。 激光眼科手術： 飛秒激光和準分子激光在白內障手術、屈光不正矯正（近視、遠視、散光）等領域已成為主流技術，極大地提高瞭手術的安全性和精確性。我們將詳細介紹這些手術的原理和優勢。 激光在皮膚病治療中的應用： 激光可以用於去除紋身、胎記、色素沉著，治療痤瘡、疤痕，以及進行光動力療法。我們將探討不同類型激光在皮膚治療中的具體應用。 激光在腫瘤治療中的應用： 激光消融術、光動力療法等技術為多種癌癥的治療提供瞭新的選擇，能夠精確殺死癌細胞，減少對正常組織的損傷。 激光在牙科領域的應用： 激光用於牙齒美白、牙周治療、根管治療等，具有殺菌、止痛、促進愈閤等作用。 激光在診斷和成像中的應用： 激光多普勒血流測量、激光誘導熒光成像等技術，為疾病的早期診斷提供瞭有力支持。 第六章：激光在通信與信息技術中的突破：光速的無限可能 光縴通信是現代信息傳輸的基石，而激光作為光縴通信係統的光源，扮演著至關重要的角色。 光縴通信： 激光作為信息載體，通過光縴傳輸數據，實現瞭超大帶寬、超遠距離的通信。我們將介紹激光器在光縴通信係統中的作用，以及光信號的調製解調過程。 激光雷達（LiDAR）： 激光雷達利用激光脈衝測量距離，廣泛應用於自動駕駛汽車、地理測繪、環境監測等領域，為三維空間感知提供瞭核心技術。 全息術： 激光的相乾性是實現全息成像的關鍵，全息技術在信息存儲、防僞、藝術展示等方麵展現齣獨特的潛力。 光存儲與光計算： 盡管仍處於發展階段，但激光在下一代光存儲和光計算技術中扮演著核心角色，有望突破傳統電子技術的瓶頸。 第七章：激光在科學研究與軍事領域的拓展：探索未知與守護和平 激光作為一種高精度、高能量的工具，在基礎科學研究和軍事應用中同樣發揮著不可替代的作用。 激光光譜學： 激光高單色性使其成為精確測量物質光譜的理想光源，廣泛應用於化學分析、天體物理學研究。 激光誘導擊穿光譜（LIBS）： LIBS技術可以快速、原位地分析物質的元素組成，在環境監測、材料分析、考古學等領域有重要應用。 激光在物理學中的應用： 激光冷卻原子、研究原子分子結構、實現超快動力學研究等。 激光在軍事領域的應用： 激光測距、激光製導、激光乾擾、以及未來可能的激光武器等。 結論：激光的未來展望 本書的最後，我們將對激光技術的未來發展進行展望。隨著新材料、新工藝和新理論的不斷湧現，激光技術將繼續突破界限，在更廣泛的領域展現齣無限的可能。從更高效的能源利用，到更智能化的生活方式，再到對宇宙奧秘的更深入探索，激光都將繼續扮演著驅動創新的關鍵角色。本書希望通過對激光原理與應用的全麵介紹，激發讀者對現代光學科學的興趣，並對激光技術在塑造我們未來生活中的重要作用有更深刻的認識。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和圖示設計，充分體現瞭齣版方的專業水準。許多關鍵的物理圖像，例如光束的衍射特性、腔內模場的分布等，都被繪製得極其精準且直觀，極大地降低瞭理解難度。在閱讀到涉及復雜幾何結構和介質參數分布的章節時，那些精心製作的截麵圖和三維模型簡直是救星，它們瞬間將抽象的數學符號具象化瞭。我個人特彆關注瞭書中關於特定波段激光器（比如高功率固體激光器或半導體激光器）的章節，它們詳述瞭在實際工程限製下，如何平衡效率、光束質量和散熱等多個矛盾因素。作者在處理這些工程妥協時所展現齣的務實態度，使得這本書的實用價值大大超越瞭一般的學術專著。這不像是純粹的理論探討，更像是一位經驗豐富的設計師在傳授他的設計心法。

評分☆☆☆☆☆

這本厚重的著作，初翻時便覺其內容之博大精深令人敬畏。書頁間流淌著關於光與物質相互作用的詳盡論述，從最基礎的量子力學原理齣發，層層遞進地剖析瞭受激輻射這一核心概念的物理本質。作者似乎並未滿足於停留在理論的闡述，而是將大量的篇幅傾注於對各種光放大機製的精妙解讀上。特彆是對於粒子群布居反轉條件的嚴格數學推導，以及不同增益介質的特性比較，讀來令人對激光器內部的微觀世界有瞭更為清晰的認識。書中對光學諧振腔的設計哲學也有獨到的見解，如何通過精確的鏡麵布局來維持穩定振蕩、實現模式控製，這部分內容對於工程實踐者而言，無疑是一部寶貴的指南。我尤其欣賞作者在解釋復雜現象時所展現齣的耐心和清晰的邏輯鏈條，即便是初次接觸激光物理的讀者，也能循著作者的思路逐步深入，領略這門學科的迷人之處。

評分☆☆☆☆☆

這本書的學術深度毋庸置疑，但真正讓我愛不釋手的是它對前沿應用的關注。在探討瞭基礎原理之後，作者並沒有止步於經典的連續波激光，而是迅速將視野擴展到瞭諸如超快激光加工、精密測量以及生物醫學成像等尖端領域。書中對飛秒脈衝的産生機製以及其在材料微納加工中展現齣的“冷燒蝕”特性進行瞭細緻的論述，這種對時間和能量尺度的精確控製能力，是這本書中最令人振奮的部分之一。它讓我清晰地認識到，激光技術已經從實驗室的“奇技淫巧”發展成為驅動現代高精尖製造和基礎科學研究的核心驅動力。閱讀過程中，我不斷地在思考如何將書中所學的這些核心概念，應用到我正在關注的某一特定領域中去，這種強烈的代入感，是許多教材難以企及的。

評分☆☆☆☆☆

坦率地說，這本書的篇幅和內容的密度要求讀者必須保持高度的專注力，它絕非可以輕鬆翻閱的小品級讀物。某些涉及電磁場與物質相互作用的麥剋斯韋方程組的推導過程，雖然嚴謹無可挑剔，但對於基礎較弱的讀者來說，可能需要反復研讀和查閱相關參考資料纔能完全消化。然而，正是這種對細節的堅持和對理論溯源的執著，鑄就瞭這本書無可替代的權威性。它迫使你不僅要知道“是什麼”，更要深挖“為什麼會這樣”。在書的最後部分，作者對未來激光技術發展趨勢的展望，特彆是對相乾閤成、極端紫外光源等方嚮的預測，充滿瞭洞察力，為讀者指明瞭下一階段探索的方嚮。總而言之，這是一部需要時間去沉澱、去反復咀嚼的經典之作，其價值會隨著閱讀次數的增加而愈發凸顯。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書，我最大的感受是它提供瞭一種宏大而係統的視角來看待現代光學技術。它不僅僅是一本“How-to”的手冊，更像是一部構建理論大廈的藍圖。書中對激光器的發展曆程和不同工作體製的梳理，展現瞭科學進步的脈絡。例如，對於調Q、鎖模這些脈衝技術，作者並沒有簡單羅列其應用，而是深入探討瞭它們背後時間分辨的物理過程，比如能量的積纍與快速釋放的機製，以及由此帶來的超快光學新領域。這種對“為什麼”的追問，讓閱讀過程充滿瞭思辨的樂趣。此外，書中對非綫性光學效應的介紹也令人耳目一新，那些原本隻存在於理論模型中的奇特現象，在作者的筆下仿佛獲得瞭鮮活的生命力，預示著光技術未來無限的可能性。對於想要突破現有應用瓶頸的研究人員來說，這本書無疑能提供極具啓發性的思維跳闆。