激光原理 袁晓东,刘肯 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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袁晓东，刘肯 著

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出版社： 科学出版社有限责任公司

ISBN：9787030472892

商品编码：29332647100

包装：平装

出版时间：2017-06-01

基本信息

书名：激光原理

定价：45.00元

作者：袁晓东,刘肯

出版社：科学出版社有限责任公司

出版日期：2017-06-01

ISBN：9787030472892

字数：

页码：

版次：31

装帧：平装

开本：

商品重量：0.4kg

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内容提要

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目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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探索光之奥秘：一窥激光技术的无限可能 在人类科技发展的漫漫长河中，总有一些划时代的发现，如同璀璨的星辰，照亮了前进的道路。激光，便是其中一颗耀眼夺目的巨星，它以其独特的光束特性，深刻地改变了我们认识世界、改造世界的方式，并在科学、工业、医疗、通信等众多领域掀起了革命性的浪潮。本书旨在为读者揭示激光这一神奇现象背后的深刻原理，追溯其发展历程，并展望其在未来所蕴含的无限可能。 第一章：光的基本性质——激光的孕育之基 要理解激光，首先必须回归到光的本质。本章将从波粒二象性这一核心概念出发，深入探讨光的电磁波属性，包括其频率、波长、振幅等基本参数，以及光的传播、干涉、衍射和偏振等现象。我们将借助于清晰的图示和生动的类比，帮助读者直观地理解这些看似抽象的光学概念。 光的波粒二象性： 介绍光既表现出波动性（如干涉、衍射），又表现出粒子性（如光电效应），并阐述这一矛盾统一的性质如何为理解激光的产生奠定理论基础。 电磁波谱： 详细介绍可见光以及红外线、紫外线、X射线等电磁波的特性，并说明激光器能够产生特定波长的光。 光的传播与相互作用： 探讨光在不同介质中的传播速度、反射、折射等基本光学规律，以及光与物质相互作用时可能发生的吸收、散射现象，为理解激光的增益过程和光束的形成打下基础。 干涉与衍射： 通过惠更斯原理等经典理论，解释干涉和衍射现象，展现光作为一种波所具有的独特行为，并暗示未来可能存在的相干性。 偏振： 介绍光的偏振状态及其测量方法，为理解激光的线偏振特性做好铺垫。 第二章：量子力学的新视角——理解激光的微观根源 激光的诞生，离不开量子力学革命性的发展。本章将引导读者走进微观世界，探索原子和分子的能级结构，以及光与物质在量子层面的相互作用。我们将重点介绍爱因斯坦的“受激辐射”概念，它是激光产生最核心的物理机制。 原子与分子的能级结构： 介绍玻尔模型、能级跃迁等概念，说明电子在原子中只能处于特定的能量状态。 光与物质的相互作用： 详细阐述三种基本的光与物质相互作用：吸收、自发辐射和受激辐射。 吸收： 原子吸收光子后从低能级跃迁到高能级。 自发辐射： 原子从高能级自发地向低能级跃迁，释放出光子，其方向和相位都是随机的。 受激辐射： 在特定条件下，当一个处于高能级的原子受到一个具有相同能量的光子激发时，会释放出与入射光子完全相同的光子（包括方向、相位、偏振、频率），从而实现光子的“复制”。这是激光产生的关键。 玻尔兹曼分布与粒子数反转： 解释在热平衡状态下，原子多处于低能级，而激光产生的必要条件是“粒子数反转”，即处于高能级上的原子数量多于处于低能级上的原子数量。我们将探讨如何通过能量泵浦技术打破热平衡，实现粒子数反转。 第三章：激光器的基本原理——从光子到光束的蜕变 在掌握了微观世界的原理后，本章将聚焦于激光器这一神奇的装置。我们将深入剖析激光器的核心组成部分——增益介质、能量泵浦源和光学谐振腔，并阐述它们如何协同工作，将微观世界的受激辐射放大为宏观世界的相干光束。 增益介质： 介绍不同类型的增益介质，包括气体（如He-Ne）、固体（如Nd:YAG）、半导体（如GaAs）和染料等，以及它们各自的能级结构特点和适用范围。 能量泵浦源： 详细介绍实现粒子数反转的各种泵浦方式，如光学泵浦（灯、另一束激光）、电泵浦、化学泵浦等，并分析不同泵浦方式的优缺点。 光学谐振腔： 阐述谐振腔的作用，即通过反射镜的反复反射，使光子在增益介质中多次通过，实现受激辐射的放大，并选择性地放大特定模式的光。介绍平行板谐振腔、共振腔的损耗等概念。 激光的产生过程： 将以上三个组成部分整合起来，详细描述一个典型的激光器从“抽运”到“激光输出”的整个过程，包括粒子数反转的建立、受激辐射的放大、谐振腔的选择作用以及激光输出的形成。 激光的输出特性： 重点讲解激光与普通光源在方向性、单色性、相干性和高亮度等方面的显著差异，并分析这些特性是如何由激光器的结构和工作原理决定的。 第四章：激光器的分类与发展——多样化的光之能量 随着激光技术的不断发展，各种不同类型和工作原理的激光器应运而生，满足了不同应用领域的需求。本章将对主要的激光器类型进行分类介绍，并简要回顾激光技术的发展历程。 按工作物质分类： 气体激光器： 如He-Ne激光器、CO2激光器、氩离子激光器等，介绍它们的介质、工作原理和典型应用。 固体激光器： 如Nd:YAG激光器、红宝石激光器、钛宝石激光器等，介绍它们的晶体结构、工作原理和应用。 半导体激光器： 介绍PN结激光器、量子阱激光器等，重点突出其小体积、高效率和易于调制等特点，以及在光通信、DVD播放器等领域的广泛应用。 染料激光器： 介绍其可调谐性，以及在光谱学研究等领域的价值。 按工作方式分类： 连续波（CW）激光器与脉冲激光器，并介绍锁模、Q开关等技术如何产生超短脉冲激光。 激光技术发展简史： 简要回顾激光从理论提出到实际应用的历史性里程碑，如第一台激光器的诞生、各种新型激光器的出现及其推动的科技进步。 第五章：激光在科学研究中的应用——探索未知，洞察本质 激光以其独特的相干性、高亮度、高单色性和良好的方向性，成为科学研究中不可或缺的强大工具。本章将深入探讨激光在基础科学研究领域的广泛应用，展示其如何帮助科学家们探索宇宙的奥秘，认识物质的微观结构，以及研究复杂的动力学过程。 光谱学： 利用激光的高单色性，实现对物质吸收、发射光谱的精确测量，从而研究物质的组成、结构和化学状态。例如，拉曼光谱、荧光光谱等。 原子冷却与囚禁： 利用激光的动量交换特性，将原子冷却到极低的温度，并用激光场将其囚禁起来，从而进行超冷原子物理、量子信息等前沿研究。 非线性光学： 强激光与物质相互作用时会展现出非线性光学效应，如二次谐波产生、参量放大等，为产生新的光源、研究物质的非线性响应提供手段。 高精度测量： 利用激光的相干性和方向性，实现高精度的距离测量（激光测距仪）、速度测量（多普勒激光测速）、形变测量等。 全息术： 利用激光的相干性，记录和再现物体的三维信息，实现三维成像。 基础物理实验： 在粒子物理、核物理等领域，高能激光被用作加速器或探测器的一部分。 第六章：激光在工业生产中的变革——效率、精度与创新的驱动力 激光在工业生产领域的应用，极大地提高了生产效率、加工精度，并催生了新的制造工艺。本章将重点介绍激光在材料加工、检测、测量等工业场景中的具体应用，展现其作为现代工业“刀锋”和“眼睛”的重要作用。 激光切割： 利用高功率激光束实现对金属、非金属材料的高精度、高效率切割，尤其适用于复杂形状的加工。 激光焊接： 激光焊接具有熔深大、变形小、速度快、易于自动化等优点，广泛应用于汽车、航空航天等领域。 激光打标与雕刻： 在金属、塑料、木材等材料表面进行永久性标记和图案雕刻，应用于产品标识、防伪等。 激光热处理： 利用激光对材料表面进行快速加热和冷却，实现表面硬化、合金化等，提高材料的耐磨性和性能。 激光测量与检测： 激光三角测量、激光扫描等技术，实现对工件尺寸、形貌的高精度测量和表面缺陷的无损检测。 激光三维打印（增材制造）： 选择性激光烧结（SLS）和选择性激光熔化（SLM）等技术，利用激光逐层熔化粉末材料，制造复杂的三维结构。 第七章：激光在医疗健康领域的贡献——微创、精准与治愈的希望 激光在医疗领域的应用，以其高精度、微创性和靶向性，为疾病的诊断和治疗带来了革命性的进步。本章将详细介绍激光在眼科、皮肤科、外科、牙科等多个医学分支中的应用，以及其在生物医学成像和治疗中的重要作用。 眼科手术： 准分子激光角膜切削术（LASIK）用于矫正视力，YAG激光用于治疗后发障等。 皮肤科治疗： 激光脱毛、去除雀斑、色素痣、血管瘤，以及治疗痤疮、银屑病等。 外科手术： CO2激光、Nd:YAG激光等用于切割、消融组织，实现微创手术，如腹腔镜手术、泌尿外科手术等。 肿瘤治疗： 光动力疗法（PDT）利用激光激活光敏剂，产生单线态氧，杀伤肿瘤细胞。 牙科治疗： 激光用于牙齿美白、治疗牙周病、根管治疗等。 生物医学成像： 共聚焦激光扫描显微镜、光学相干断层扫描（OCT）等技术，实现对生物组织的高分辨率成像。 辅助诊断： 激光诱导荧光（LIF）等技术，辅助医生进行早期诊断。 第八章：激光在信息通信与日常生活中的渗透——连接世界，点亮生活 激光技术早已悄然融入我们的信息通信系统和日常生活中，成为现代社会不可或缺的一部分。本章将探讨激光在光纤通信、信息存储、显示技术以及其他日常生活领域的应用。 光纤通信： 激光作为信息载体，通过光纤进行远距离、高速的信息传输，是互联网和现代通信网络的基石。 信息存储： CD、DVD、蓝光光盘等光学存储介质，利用激光写入和读取数据。 显示技术： 激光电视、激光投影仪等，提供更宽广的色域、更高的亮度和更长的寿命。 条形码扫描： 超市、仓库等场所使用的条形码扫描仪，利用激光读取商品信息。 激光指示器： 教学、演示、演示等场合常用的激光笔。 安防与测量： 激光测距、激光雷达（LiDAR）等在自动驾驶、地理测绘等领域发挥作用。 第九章：激光技术的未来展望——挑战与机遇并存 展望未来，激光技术仍将是科技发展的重要前沿领域，其在基础研究、工业升级、生命科学以及新兴技术领域的应用前景广阔。本章将探讨激光技术面临的挑战，以及未来可能的发展方向。 超强超短激光： 进一步提升激光功率和缩短脉冲宽度，可能催生新的物理现象和应用，如惯性约束核聚变。 量子激光： 探索基于量子效应的激光器，为量子信息技术和量子计算提供关键支撑。 新型增益介质与激光器： 研发具有更高效率、更宽波长范围、更小体积的新型激光器。 激光与人工智能的融合： 利用AI技术优化激光器的设计、控制和应用。 激光在能源、环境领域的应用： 如激光核聚变、激光诱导等离子体用于水处理等。 面临的挑战： 如激光安全、成本控制、集成化与小型化等。 通过对激光原理的深入剖析，以及对其广泛应用的全面展示，本书旨在激发读者对光科学的兴趣，理解激光技术在现代社会中的重要地位，并为关注科技前沿的读者提供一份详实的参考。激光，这束凝聚了人类智慧的光芒，必将继续照亮我们探索未知、创造未来的道路。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容让我完全没有预料到。我一直以为它会聚焦于激光器的具体物理原理，比如光放大、受激辐射的量子力学基础，或是不同类型激光器（如气体激光、固体激光、半导体激光）的构造和工作模式。我本以为会深入探讨谐振腔的设计、增益介质的选择、泵浦源的原理，甚至可能包括激光的输出特性、光束质量、相干性等关键参数的测量和控制。然而，当我翻开它，发现完全不是那么回事。它更多地将激光视为一种工具，一种技术手段，围绕着激光在各个领域的实际应用展开。这种视角非常独特，让我对激光技术有了全新的认识。我原本期待的是深入理论的探讨，结果却被带入了一个广阔的应用世界，这其中的反差之大，让我一时之间有些不知所措，但也因此产生了极大的好奇心，想要了解它到底是如何将这些看似遥远的应用与激光原理联系起来的。

评分☆☆☆☆☆

说实话，当我看到“激光原理”这个书名时，我的脑海里立刻浮现出那些关于光子、能级跃迁、阈值泵浦、斯托克斯共振等专业术语。我预期这本书会是一本扎实的教科书，详细讲解激光产生和传播的物理机制，从爱因斯坦的A、B系数，到霍尔效应、法布里-珀罗干涉，再到各种损耗机制的量化分析。我甚至设想了其中可能会出现的各种光学元件的介绍，比如棱镜、反射镜、分束器，以及它们在激光器内部的精妙配合。我本以为会在这本书中找到关于激光器腔型、模式特性、稳定性判据等深入的理论讨论，希望能借此构建起对激光器内部运作的清晰而严谨的物理模型。然而，当我开始阅读后，我发现它的内容方向完全超出了我的预期，它所讲述的，似乎是完全另一个层面的东西，让我感到非常意外，也对它后续的内容充满了未知的好奇。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的期待，是能够系统地学习激光的物理基础。我设想的内容会包括电磁波理论在激光中的体现，量子力学如何解释受激辐射，以及光与物质的相互作用等。我希望它能详细阐述激光器的基本结构，例如谐振腔的组成、增益介质的选择、泵浦机制的实现方式，以及反馈机制的原理。我尤其期待它能够深入探讨激光器的输出特性，比如激光的单色性、相干性、方向性以及高斯光束的理论。我原本以为会看到大量的公式推导，比如能量守恒定律、玻尔兹曼分布的应用，以及对各种损耗因素的细致分析。然而，翻开书页，我发现它呈现给我的，是一种截然不同的视角，一种完全出乎我意料的叙事方式，这让我感到非常好奇，想要知道它到底想要传达什么样的信息，又将如何去构建其独特的叙事逻辑。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本《激光原理》时，我的第一反应是它可能会是一本相当枯燥的技术手册，充斥着晦涩难懂的公式和图表，专注于激光器的数学模型和物理推导。我设想的阅读过程会是逐字逐句地啃读，遇到不懂的地方可能需要反复查阅相关的物理和光学书籍，才能勉强理解其中的概念。我甚至为它可能带来的“硬啃”体验做好了心理准备，以为需要花费大量的精力和时间才能掌握其中的精髓。然而，实际阅读下来，我发现自己对这本书的定位完全错了。它并没有按照我预期的那样，把重点放在激光器本身的“是怎么工作”的层面，而是更多地聚焦于“激光能做什么”。它展现出的内容，更像是一幅描绘激光技术如何渗透到我们生活方方面面的宏伟画卷，充满了各种新奇和令人兴奋的案例，让我不禁感叹科技发展的迅猛和激光技术的强大影响力。

评分☆☆☆☆☆

我拿到这本书，自然是想深入理解激光器的核心工作原理。我期待它能像一本经典的物理学教材那样，严谨地阐述受激辐射的量子力学基础，详细介绍增益介质的能级结构、光学谐振腔的搭建原理、以及不同类型泵浦源（如闪光灯、半导体激光器、气体放电）的优缺点和适用场景。我希望通过这本书，能够掌握如何设计一个激光器，如何计算其输出功率、光谱特性以及光束质量。例如，我会期待书中会花大量篇幅讲解不同激光器的分类，如Nd:YAG激光器、CO2激光器、He-Ne激光器等，并详细分析它们的物理特性和技术指标。但这本书的内容，却似乎在以一种非常“意想不到”的方式展开，让我感觉它并没有落入我所设想的那些理论窠臼，而是走向了一个完全不同的方向，这让我既感到惊讶，又充满了探索的动力。