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程成著 著

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111238690

商品编码：29500658331

包装：平装

出版时间：2008-06-01

基本信息

书名：气体激光动力学及器件优化设计

定价：39.00元

作者：程成著

出版社：机械工业出版社

出版日期：2008-06-01

ISBN：9787111238690

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.499kg

编辑推荐

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内容提要

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本书的前半部分介绍了气体激光的相关基础知识，包括气体放电等离子体的基本性质，气体放电等离子体中的基本过程，带电粒子的运动及等离子体电阻率，气体的粘度、导热和扩散；本书的后半部分阐述了高斯光束的传播、稳定球面谐振腔、非稳定球面谐振腔、激光的基本原理和特性，着重介绍了二氧化碳激光器和铜蒸气激光器，讨论了优化方法——遗传算法的基本原理及其计算程序的实现，给出了用遗传算法优化设计二氧化碳激光器和铜蒸气激光器的具体实例，后介绍了封离型和大功率横流二氧化碳激光器的实验及其结果。
　　本书可作为光学工程、激光技术、气体放电、光电子技术以及相关专业的研究生教材及高年级本科生的教学参考书，也可作为相关工程技术人员的参考书。

目录

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序
前言
章　气体放电等离子体的基本性质
　1.1　气体电离及等离子体的基本概念
1.2 德拜屏蔽
1.3 等离子体鞘层
1.4 等离子体振荡
参考文献
第2章 气体放电等离子体中的基本过程
2.1 粒子及其相互之间的作用
2.2 带电粒子与原子之间的弹性碰撞
2.3 气体原子的激发和电离
2.4 气体原子的去激发和去电离
2.5 气体放电分类
参考文献
第3章 带电粒子的运动及等离子体电阻率
3.1 带电粒子的热运动
3.2 带电粒子的漂移
3.3 带电粒子的扩散
3.4 带电粒子的双极性扩散
3.5 稳恒态解
3.6 复合
3.7 完全电离等离子体中的碰撞
参考文献
第4章 气体的粘度
4.1 粘度的定义和单位
4.2 气体粘度理论及其传递性质
4.3 低压气体粘度的计算
4.4 低压气体混合物粘度的计算方法
4.5 高压对纯气体粘度影响的修正方法
4.6 高压对气体混合物粘度影响的修正方法
参考文献
第5章 气体的导热
5.1 定义和单位
5.2 单原子气体热导率的计算方法
5.3 多原子气体热导率的计算方法
5.4 温度对低压气体热导率的影响
5.5 高压对气体热导率影响的估计方法
5.6 低压气体混合物热导率的计算方法
5.7 温度和压力对气体混合物热导率的影响
参考文献
第6章 气体的扩散
6.1 基本概念和单位
6.2 低压双元气体体系扩散系数的计算
6.3 低压双元气体混合物扩散系数的经验公式
6.4 压力对气体扩散的影响
6.5 温度对气体扩散的影响
6.6 多组元气体混合物的扩散
参考文献
第7章 高斯光束的传播
　7.1 光波传播的基本方程
7.2 衍射问题的处理
7.3 径向有限制的光束传输
7.4 高斯光束的聚焦
参考文献
第8章 稳定球面谐振腔
8.1 无限大孔径谐振腔
8.2 透镜谐振腔和多模谐振腔的光束发散角
8.3 有限孔径谐振腔
8.4 增益分布对模结构的影响
8.5 灵敏度调整
8.6 相位共轭谐振腔（PCM谐振腔）
参考文献
第9章 非稳定球面谐振腔
9.1 几何光学近似分析
9.2 几种典型的谐振腔及其耦合输出
9.3 波动光学分析方法
9.4 非稳定谐振腔的发散角
参考文献
0章 激光原理和特性
10.1 谱线加宽
10.2 增益系数
10.3 激光速率方程
10.4 三能级系统
10.5 粒子数反转分布条件
10.6 激光放大的阈值条件
10.7 均匀加宽的模式竞争和频率牵引
10.8 激光器的输出特性
参考文献
1章 二氧化碳激光器
11.1 概述
11.2 二氧化碳激光粒子数反转机理
11.3 典型二氧化碳激光系统
11.4 二氧化碳激光动力学机理研究
参考文献
2章 铜蒸气激光器
12.1 概述
12.2 铜蒸气激光辐射原子跃迁
12.3 铜蒸气激光研究的发展与现状
12.4 铜蒸气激光动力学机理研究
12.5 铜蒸气激光器应用与展望
参考文献
3章 优化设计与实验
13.1 遗传算法概述
13.2 遗传算法程序设计
13.3 二氧化碳激光器谐振腔的优化
13.4 二氧化碳激光器气压参量的优化
13.5 铜蒸气激光器乙C放电电路的优化
13.6 大口径铜蒸气激光“黑心”的优化消除
13.7 大功率铜蒸气激光器系统的优化
　13.8 优化铜蒸气激光的动力学强化机理研究
13.9 大功率横流二氧化碳激光器残余气体成分的确定
13.10 大功率横流二氧化碳激光横模的测量
参考文献
附录
附录A 本书各物理量符号对照表
附录B 常用物理常数
附录C 常用等离子体参量和公式
附录D Lennard-Jones势的势能参数
附录E 常见气体物性参数

作者介绍

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文摘

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序言

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《声波激发与调制：物理基础、实验技术与前沿应用》 内容简介： 本书系统深入地探讨了声波在激发、调制和操控各种物理过程中的核心作用，并由此衍生的广泛应用。内容涵盖了声波的物理原理、产生与探测技术、在物质相互作用中的机制，以及在材料科学、生物医学、通信技术等领域的尖端应用。本书力求从基础理论到实践操作，再到前沿探索，为读者提供一个全面而深刻的理解框架。 第一章：声波的物理学基础 本章将建立读者对声波本质的深刻认识。我们将从最基本的声音传播介质——弹性介质的性质入手，详述声波的产生机制。不同类型的声波，如纵波和横波，它们的振动方向与传播方向的关系将被清晰阐释。波的叠加原理，包括干涉和衍射现象，将是理解复杂声场分布的关键。我们将深入探讨驻波的形成条件及其在声学共振中的重要性。此外，多普勒效应在声波中的体现，及其在测量相对运动方面的应用也将得到讲解。频率、波长、振幅、声强、声压等基本声学参数的定义、测量方法及其物理意义将被详细阐述，为后续章节的应用打下坚实基础。 第二章：声波的产生与探测技术 本章将聚焦于实现声波的关键技术。我们将详细介绍各种声波的产生方法，从传统的机械振动源（如扬声器、超声换能器）到现代的非接触式声波产生技术，例如激光诱导声波（LIP）以及气动声源。对于压电效应，我们将深入解析其在超声波换能器中的应用，包括压电材料的选择、结构设计以及驱动电路。热声效应，即通过温度梯度产生声波的原理，以及其在制冷和发电方面的潜力也将被探讨。在探测方面，我们将介绍多种声波探测器，包括麦克风、水听器、激光多普勒测振仪等，并分析它们的工作原理、灵敏度、频率响应等关键性能指标。先进的相控阵技术，如何通过精确控制多个换能器的相位来实现声波的定向发射和聚焦，将是本章的重点之一。 第三章：声波与物质的相互作用 本章将深入研究声波如何与各种物质发生相互作用，以及由此产生的物理效应。我们将详细阐述声波能量在介质中的传播、衰减和散射机制，包括粘滞损耗、热传导损耗以及非线性声学效应。声空化现象，即在液体中声波引起气泡的产生、生长、振动和溃灭的过程，及其释放的巨大能量，将是本章的核心内容。我们将探讨声化学效应，声波如何催化化学反应，例如促进物质溶解、加速化学反应速率、甚至诱导合成新的化合物。声光效应，声波在透明介质中引起折射率周期性变化，从而调制光波的强度、相位或频率，及其在光调制器和声光器件中的应用将得到详述。声热效应，声波能量转化为热能的现象，及其在加热和温度控制方面的应用也将被介绍。 第四章：声波在材料科学中的应用 本章将展示声波在材料制备、改性和表征方面的广泛应用。我们将讨论超声波辅助材料合成，如何利用超声波提高纳米材料的结晶度、减小颗粒尺寸，以及促进复合材料的均匀分散。声波在材料焊接和连接中的应用，例如超声波焊接，如何利用高频振动实现材料的牢固连接，而无需额外的粘合剂或焊料。声波在材料表面处理中的作用，如超声波清洗，如何高效去除物体表面的污染物。我们将重点介绍声学显微技术，利用声波的衍射和散射特性来成像材料的内部结构、缺陷以及声学特性，这对于材料的无损检测至关重要。此外，声波在材料声学特性测量方面的应用，例如通过测量声波在材料中的传播速度和衰减来表征材料的弹性模量、密度和内部阻尼等关键参数也将被详细阐述。 第五章：声波在生物医学领域的应用 本章将聚焦于声波在诊断、治疗和手术中的革命性应用。我们将深入探讨医用超声成像技术，包括其成像原理、不同成像模式（如B超、彩色多普勒）、以及在软组织成像、胎儿监测、心脏诊断等领域的应用。聚焦超声（HIFU）技术，如何利用高强度聚焦超声波在体外精确加热和破坏病灶组织，实现无创肿瘤治疗，以及其在治疗前列腺癌、子宫肌瘤等疾病中的前景。声学造影剂，微泡的产生、特性及其在增强超声成像对比度、促进药物递送等方面的应用将是本章的重要组成部分。我们将讨论声动力学疗法（PDT），即利用声波激发光敏剂产生单线态氧，从而杀灭癌细胞的协同治疗模式。此外，超声波在生物样品处理、药物输送增强以及骨折愈合促进等方面的研究进展也将被介绍。 第六章：声波在通信与传感技术中的应用 本章将探讨声波在信息传输和环境感知方面的独特优势。我们将详细介绍声学通信，例如在水下环境中，由于电磁波传播受限，声波成为主要的通信媒介，我们将分析水下声学通信的挑战与技术。声表面波（SAW）器件，如何利用在材料表面传播的声波来实现滤波、延迟线、振荡器等功能，及其在无线通信、传感器等领域的广泛应用。声学传感器的设计与原理，利用声波的传播特性随环境变化而改变的原理，实现对温度、压力、湿度、气体成分等物理量的高精度测量。我们将讨论压电谐振器在频率控制和传感中的应用，以及MEMS声学传感器的发展趋势。声学微镜和声学透镜，如何利用声波的衍射和聚焦原理，实现声波的定向传输和成像，其在声呐系统和无损检测中的潜力。 第七章：声波的非线性现象及其前沿应用 本章将深入探讨声波的非线性行为，以及由此带来的更加复杂和精密的控制能力。我们将讲解声波的幅度依赖性，当声波强度达到一定程度时，介质的弹性特性会发生变化，导致波形畸变，产生谐波和超谐波。非线性声学成像，利用声波的非线性效应来区分不同的组织，提高成像分辨率和对比度，例如谐波成像。声学涡旋，具有螺旋相位特性的声波，其携带的角动量以及在操控微粒、实现无接触声镊等方面的应用。声波在诱导和增强材料相变方面的研究，以及利用声波精确控制材料微观结构。声学超材料，人工设计的具有特殊声学性能的材料，例如负的折射率、声学隐身等，及其潜在的革命性应用。 第八章：声波研究的实验技术与数值模拟 本章将为读者提供在实验和理论层面进行声波研究的实践指导。我们将详细介绍各种声波实验装置的搭建和操作，包括声场测量技术、信号采集与处理系统。高精度声学测量仪器的使用方法和注意事项，以及数据分析与解释。数值模拟在声波研究中的重要性，我们将介绍有限元方法（FEM）、边界元方法（BEM）等数值计算技术在声场仿真、器件设计和性能预测方面的应用。常用的声学模拟软件及其使用技巧。本章还将讨论声波研究中的安全问题，包括高强度声波的潜在危害以及防护措施。 第九章：声波激发与调制的未来展望 本章将对声波技术未来的发展方向进行展望，并探讨其在更多领域的潜在应用。我们将讨论智能化声波控制技术，例如利用机器学习和人工智能优化声波参数，以实现更高效的激发和更精确的调制。声波在量子技术中的应用，例如利用声波操控量子态，实现量子计算和量子通信。声波在能源收集和转化方面的潜力，例如利用环境中的声能进行能量收集。以及声波在太空探测、深海探索等极端环境下的应用前景。作者将结合最新的研究成果，提出具有挑战性和创新性的研究方向，鼓励读者投身于声波科学的探索之中。 本书内容严谨、逻辑清晰，既有扎实的理论基础，又不乏生动的实例和前沿的探讨。旨在为从事声学、材料学、生物医学工程、通信工程、物理学等相关领域的科研人员、工程师、研究生以及对声波科学感兴趣的广大读者提供一本不可多得的参考书。

评分☆☆☆☆☆

从一个侧重于光学传感和计量学的角度来看，我对激光器的输出光束质量（特别是横模结构和光束指向稳定性）的控制极其敏感。这本书如果真的专注于“优化设计”，那么它一定不会放过对光束整形和空间模式选择的探讨。我特别想知道书中如何处理高斯光束与非均匀增益介质相互作用的非线性问题。例如，当激光器工作在多横模状态时，如何通过优化腔内孔栏（Aperture）的位置和尺寸来有效地“驯服”光束，使其尽可能接近理想的TEM00模？或者，书中是否引入了像自适应光学（AO）技术来实时补偿气体扰动带来的波前恶化？如果能提供具体的数值模拟结果来对比不同优化策略对光束质量指数（M2）的影响，那就太棒了。这本书的深度，将决定它是一个泛泛而谈的综述，还是一个能切实指导高性能光束输出的“秘笈”。

评分☆☆☆☆☆

这本《气体激光动力学及器件优化设计》听起来就是那种能让人在专业领域里摸爬滚打多年后，依然能从中咂摸出新滋味的硬核著作。我最近在研究高功率CO2激光器的腔内热效应与波前畸变控制，手头上的资料大多是些零散的会议论文和早期的教材，缺乏一个系统性的、涵盖理论到实践的全面视角。我特别期待这本书能在“动力学”这部分深度挖掘，不仅仅是停留在建立方程，而是能展示出不同工作模式下（如连续波、脉冲激发）的能量耦合机制如何影响光束质量的动态演变。尤其是涉及到气体介质的激发、碰撞弛豫、以及激光跃迁过程的详细速率方程模型，如果能结合最新的计算流体力学（CFD）模拟结果来剖析复杂气流场对增益分布的非线性影响，那才算得上是真正的“深入骨髓”。这本书的价值，绝不仅仅是提供几个公式，更在于构建一个能预测和指导实验设计的高精度理论框架。我希望它能提供一些关于新型工作气体混合物或新型激励方式（比如微波辅助激发）的动力学分析案例，为我们当前追求更高光束质量和更佳能量效率的瓶颈提供理论突破口。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我更关注“器件优化设计”这块，这部分内容往往决定了一台激光器最终能不能从实验室走向工业化应用。很多理论研究者对实际操作中的公差、装配精度、以及材料选择对最终性能的影响考虑不足。我对这本书中关于谐振腔的稳定性分析和容差设计部分抱有极高的期望。例如，在设计一个高速扫描的近场光学系统时，如何量化和补偿由于温度漂移导致的腔长变化和模式结构失真？书里是否会提供一套基于敏感性分析的优化算法，能够帮助工程师在成本和性能之间找到最佳平衡点？如果能详细阐述不同反射镜涂层（如布拉格反射膜、介质膜）在宽带工作范围内的热负载极限和损伤阈值评估方法，那对我们做高可靠性系统设计来说，简直是金玉良言。我希望它不是那种只谈理想模型的书，而是能包含大量实际工程案例中的“陷阱”与“避坑指南”，让读者在设计下一代激光系统时，能少走几年弯路。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的“设计”环节中对环境因素和寿命预测的考虑非常感兴趣。在太空应用或远程通讯领域，激光器的长期稳定运行是重中之重。这本书是否深入讨论了气体组分随时间推移而发生的化学变化（如等离子体腐蚀、杂质积累）对激光效率和寿命的衰减规律？通常，器件寿命的限制往往在于关键部件，比如阳极材料的选择、电极间隙的维持，以及激光管内壁的钝化处理。我期待书中能将这些材料科学的考量，整合到整体的优化设计流程中。例如，如何根据预期的运行小时数，反向推导出所需的散热能力和气体循环速率？如果这本书能够提供一套基于故障模式与影响分析（FMEA）的激光器设计流程，将理论动力学模型与实际的可靠性工程紧密结合起来，那么它对工业界和前沿应用研究的价值将是不可估量的。

评分☆☆☆☆☆

我是一名刚踏入激光技术领域的研究生，目前正在为我的开题报告搜集前沿信息。《气体激光动力学及器件优化设计》这个标题听起来就让人觉得内容涵盖面很广，但同时又非常聚焦。我担心的是，对于我们这些需要快速掌握基础理论并开始独立研究的新手来说，这本书的起点会不会太高？我需要了解书中对气体激光器，特别是那些常用介质（如He-Ne, Ar+）的基本激发过程和光子产生机制的讲解是否清晰易懂，有没有足够详实的图表来辅助理解复杂的能量传递链条。理想情况下，我希望这本书能在每一章节的末尾，提供一些启发性的开放性问题或者推荐的扩展阅读材料，这样就能引导我沿着正确的路径进行深入探索。如果它能用一种循序渐进的方式，将理论分析（如玻尔兹曼方程的简化）与工程实现（如激光管的几何设计）巧妙地衔接起来，那它无疑会成为我未来几年案头的必备工具书。