激光原理(普通高等教育电子科学与技术类特色专业系列规划教材) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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袁晓东刘肯 编

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出版社： 科学

ISBN：9787030472892

商品编码：29734823056

开本：16

出版时间：2016-03-01

基本信息

• 商品名称：激光原理(普通高等教育电子科学与技术类特色专业系列规划教材)
• 作者：编者:袁晓东//刘肯
• 定价：59
• 出版社：科学
• ISBN号：9787030472892

其他参考信息（以实物为准）

• 出版时间：2016-03-01
• 印刷时间：2018-05-01
• 版次：1
• 印次：3
• 开本：16开
• 包装：平装
• 页数：248
• 字数：415千字

内容提要

袁晓东、刘肯编著的《激光原理（普通高等教育 电子科学与技术类特色专业系列规划教材）》首先阐 述激光与普通光的本质区别，使读者对于激光有一个 总体认识；接下来讨论激光谐振腔、高斯光束和高斯 光束的变换，读者可以了解激光谐振腔和激光光束的 性质，掌握激光光束的变换规律和操控方法；通过激 光器经典理论和半经典理论的学习，读者能够了解激 光放大和振荡的基本规律；激光器模式控制和脉冲激 光器部分则主要讲述如何对激光器进行操控来实现激 光的高频率分辨或者高时间分辨；*后对于常见的典 型激光器作了简单介绍，使读者对于不同类型激光器 的特点有一个较全面的了解。
     本书可作为高等工科院校本科生激光原理课程教 材，也可供相关专业方向的高等院校师生及工程技术 人员参考。
    

目录

前言
第1章 光波的相干性描述
1.1 激光的概念
1.2 光波的模式密度
1.3 光波的纵向相干性
1.4 横向相干性
1.5 集光率与辐射度
习题
第2章 光学谐振腔的一般性质
2.1 平行平面镜腔的光强透射率
2.2 谐振频率
2.3 模式频率宽度
2.4 光子寿命与品质因子
习题
第3章 高斯光束与激光谐振腔
3.1 对称共焦腔中的自再现模
3.2 高斯光束
3.3 薄透镜对高斯光束的变换
3.4 一般球面镜光学谐振腔中的高斯光束
3.5 高阶模
3.6 谐振腔的谐振频率
习题
第4章 高斯光束传输变换
4.1 高斯光束的聚焦
4.2 高斯光束的准直
4.3 光线光学的矩阵方法和高斯光束的传输变换
习题
第5章 受激辐射和光增益
5.1 受激辐射
5.2 自发辐射的经典谐振子模型
5.3 激光增益
5.4 增益截面
5.5 非辐射跃迁和量子效率
习题
第6章 激光放大器
6.1 三能级系统与四能级系统的粒子数变化的速率方程
6.2 增益饱和
6.3 放大器增益
6.4 光纤放大器
习题
第7章 连续波激光器
7.1 激光产生的条件
7.2 激光器稳态运转
习题
第8章 激光器的半经典理论
8.1 密度矩阵
8.2 集居数矩阵
8.3 电磁场方程
8.4 激光器的单模运转和速率方程解
8.5 激光器的多模运转
8.6 两模运转和模竞争问题
8.7 三模运转和锁模
习题
第9章 气体激光器
9.1 运动原子的多普勒效应
9.2 气体原子激光器振荡的定性讨论
9.3 气体原子辐射的频率分布
9.4 非均匀加宽增益介质的增益系数
9.5 气体介质激光器的输出光强
习题
**0章 激光器模式控制
10.1 均匀加宽增益介质激光器
10.2 非均匀加宽增益介质激光器
10.3 激光器的稳频
习题
**1章 脉冲激光器
11.1 Q开关激光器理论
11.2 Q开关激光器产生激光脉冲的过程
11.3 激光器Q开关实现方法
11.4 激光器锁模原理
11.5 激光器锁模的方法
习题
**2章 典型激光器简介
12.1 原子激光器
12.2 分子激光器
12.3 离子激光器和准分子激光器
12.4 固体激光器
12.5 光纤激光器
习题
**3章 半导体激光器
13.1 半导体材料的性质
13.2 半导体激光器的谐振腔
13.3 半导体激光器的工作原理
13.4 半导体激光器的速率方程
习题
附录A 薄透镜对光束的变换性质
附录B 方形球面镜谐振腔的谐振频率
附录C **1章式（1145）的推导
附录D 布拉格声光光栅的衍射效率与光纤光栅的反射率
附录E 符号索引
附录F 习题参考答案与解答
参考文献

激光：原理、技术与应用 激光，作为20世纪最伟大的科技发明之一，凭借其独特的光学特性——高度的单色性、方向性、相干性和亮度，深刻地改变了科学研究、工业生产、医疗健康、信息通讯乃至日常生活。本书旨在全面深入地介绍激光的科学原理，并探讨其前沿技术与广泛的应用领域，为读者提供一个系统而详尽的激光知识体系。 第一篇：激光的基本原理 本篇是理解激光技术的基石，将从原子和分子的能级结构出发，逐步揭示激光产生的内在机制。 第一章：光的量子理论与原子能级 光作为电磁波与粒子： 首先回顾经典电磁波理论对光的描述，然后引入普朗克提出的能量量子化概念，阐述光电效应、康普顿散射等实验证据，确立光子的粒子性。 原子结构与能级跃迁： 介绍玻尔原子模型以及更精确的量子力学模型，解释原子内部电子的轨道和能量状态，定义基态和激发态。详细阐述原子吸收光子后发生跃迁至高能级的过程，以及其不稳定性。 受激辐射的发现与意义： 深入分析爱因斯坦提出的受激辐射理论。当处于激发态的原子受到一个与其能级差相匹配的光子照射时，会以极高的概率发出一个与入射光子在频率、方向、相位和偏振上完全相同的光子，这一过程称为受激辐射。受激辐射是激光产生的核心机制，它能够放大光。 自发辐射与吸收： 对比受激辐射，解释自发辐射（原子自发跃迁至低能级并发出光子）和吸收（原子吸收光子跃迁至高能级）的过程。理解这三种过程的相对重要性，对于理解激光产生所需的特殊条件至关重要。 粒子数反转： 强调在平衡态下，处于低能级的粒子数远多于高能级，此时吸收过程占优。而要实现光的放大，必须打破这一平衡，使得处于高能级的粒子数大于低能级的粒子数，形成“粒子数反转”状态。这是产生激光的必要条件。 第二章：激光器的组成与工作原理 增益介质： 详细介绍增益介质（也称为工作物质）在激光器中的核心作用。它提供了能够实现粒子数反转的原子、分子或晶体。本书将分类介绍各种类型的增益介质，包括气体（如He-Ne、CO2）、固体（如Nd:YAG、红宝石）、半导体（如GaAs）以及染料等，并分析它们各自的能级结构、激发方式和光谱特性。 泵浦源： 阐述泵浦源（能源）的作用是向增益介质注入能量，使其原子达到粒子数反转状态。根据增益介质的种类和应用需求，泵浦源可以是电激励（如气体放电）、光激励（如激光二极管、闪光灯）、化学反应等。分析不同泵浦方式的效率、功率和光谱特性。 光学谐振腔： 解释光学谐振腔（也称谐振器）的功能是使光场在增益介质中来回反射，不断地与增益介质相互作用，从而实现光信号的放大。通常由两面反射镜组成，其中一面是全反射镜，另一面是输出反射镜，其反射率略低于全反射镜，以便激光束能够输出。分析谐振腔的模式（横模和纵模）及其对激光输出特性的影响。 激光振荡过程： 整合上述三个核心组成部分，详细描述激光器的工作流程：泵浦源将能量输入增益介质，使其产生粒子数反转；光信号在谐振腔内经过增益介质时，通过受激辐射不断被放大；在谐振腔的多次反射作用下，特定频率和方向的光被选出并聚焦，最终从输出镜射出，形成相干性强的激光束。 第三章：激光器分类与特性 按增益介质分类： 气体激光器： 如He-Ne激光器（红光）、CO2激光器（红外）、准分子激光器（紫外），分析其工作原理、优缺点和典型应用。 固体激光器： 如Nd:YAG激光器（近红外）、掺钕玻璃激光器、光纤激光器，重点介绍掺杂离子能级、激活离子、泵浦方式等。 半导体激光器： 基于p-n结的发光原理，如GaAs、InGaN等，介绍其高效率、小型化等特点。 染料激光器： 使用有机染料作为增益介质，具有可调谐性强的优点。 自由电子激光器： 基于相对论电子束与周期性磁场相互作用产生，具有极宽的可调谐范围。 按工作方式分类： 连续（CW）激光器： 输出功率恒定的激光束，适用于大多数工业加工和科研应用。 脉冲激光器： 输出短脉冲序列的激光，根据脉冲宽度分为长脉冲、短脉冲、超短脉冲（飞秒、阿秒）激光器，每种脉冲类型都具有独特的应用前景。 调Q激光器： 通过快速改变谐振腔的损耗，产生高能量、高峰值功率的脉冲激光，是实现强激光加工和非线性光学研究的关键。 锁模激光器： 通过使谐振腔内各纵模的相位固定，产生超短、高重频的脉冲序列，是超快动力学研究和精密测量的重要工具。 激光输出特性的关键参数： 波长与颜色： 描述激光的单色性，以及不同波长激光的产生和应用。 输出功率与能量： 分为平均功率和脉冲能量，是衡量激光器性能的重要指标。 光束质量（M²因子）： 描述激光束的聚焦能力和远场发散角，M²因子越小，光束质量越好。 相干性： 包括时间相干性和空间相干性，是激光区别于普通光源的关键特性，影响着干涉、衍射等现象。 偏振： 描述激光电场振动方向的规律性，可分为线偏振、圆偏振、椭圆偏振等。 光谱宽度： 描述激光频率（波长）的展宽程度，理想激光应为零宽度。 第二篇：激光技术与发展 本篇将深入探讨支撑激光技术不断进步的关键技术，并展望未来的发展趋势。 第四章：激光技术的关键支撑 光学元件与材料： 介绍激光器及光学系统中常用的精密光学元件，如反射镜、透镜、棱镜、分束器、滤光片等，以及对材料（如石英、蓝宝石、各种光学玻璃、非线性光学晶体）在光学性能、耐热性、耐损伤性等方面的要求。 精密加工与装调： 强调激光器内部和外部光学系统的精密加工和可靠装调对于激光器性能至关重要，包括超精密磨抛、光学镀膜、干涉测量等技术。 热管理技术： 激光器工作时会产生大量热量，有效的散热和热管理是保证激光器稳定工作和延长寿命的关键，介绍水冷、风冷、温控等技术。 电子学与控制技术： 泵浦源的驱动、激光参数的精确控制（如脉冲宽度、重复频率、功率稳定性）需要先进的电子学和控制系统支持。 量子光学与非线性光学： 探索激光与物质相互作用的更深层次现象，如激光冷却、光镊、高次谐波产生、参量放大/下转换等，这些是实现新型激光器和拓展激光应用的基础。 第五章：激光技术的最新进展与发展趋势 高功率与高亮度激光： 介绍单模块高功率激光器、光纤激光器功率的不断提升，以及如何通过光束合成技术获得更高亮度、更高功率的激光输出，推动工业加工能力和基础科学研究的边界。 超快激光技术： 重点关注飞秒、阿秒激光的产生技术和应用。飞秒激光在精密加工、生物医学成像、材料科学等领域展现出巨大潜力。阿秒激光则为观测和控制电子在原子和分子中的超快运动提供了可能。 新型激光器类型： 介绍近年来涌现的新型激光器，如光梳激光器（计量和光谱学）、量子点激光器（高效、小型化）、等离激元激光器（纳米尺度光操控）、固态激光器（高功率、易于冷却）等。 激光技术与其他学科的交叉融合： 激光与人工智能（AI）： 探讨AI在激光参数优化、故障诊断、新型材料设计等方面的应用。 激光与量子信息： 介绍激光在量子计算、量子通信、量子传感等前沿领域的关键作用。 激光与生物医学： 关注激光在基因测序、癌症治疗、微创手术、生物成像等方面的最新进展。 激光与先进制造： 探讨激光在增材制造（3D打印）、精密焊接、表面处理、微纳加工等领域的深度应用。 小型化与集成化： 介绍芯片激光器、光子集成芯片等技术，将激光器及其功能集成到微小器件中，实现激光系统的便携化和低成本化。 第三篇：激光的应用领域 本篇将聚焦于激光在各个重要领域的广泛而深刻的应用。 第六章：工业领域的激光应用 激光加工： 激光焊接： 介绍高精度、高效率的激光焊接技术，可用于汽车、航空航天、电子制造等行业。 激光切割： 描述激光切割在金属、非金属材料加工中的优势，如高精度、无接触、热影响区小。 激光打标与雕刻： 阐述激光打标在产品溯源、防伪、装饰等方面的应用。 激光表面处理： 如激光淬火、激光熔覆、激光重构等，用于改善材料表面性能。 激光清洗： 介绍环保、高效的激光清洗技术，用于去除表面污垢、油漆、锈蚀等。 激光测量与检测： 激光测距： 从工业测量到地质勘探，激光测距仪的应用广泛。 激光干涉测量： 用于精密测量位移、形变、表面粗糙度等，是精密制造和科学研究的重要手段。 激光雷达（LiDAR）： 在自动驾驶、三维建模、环境监测等领域发挥关键作用。 机器视觉与激光扫描： 结合激光技术实现高精度物体识别、尺寸测量和质量控制。 第七章：信息与通信领域的激光应用 光纤通信： 重点介绍光纤激光器在光通信系统中的核心地位，其高带宽、低损耗的特性支撑着全球信息网络的构建。 激光存储： 如蓝光光盘等，利用激光实现数据的读写。 激光显示： 介绍激光电视、激光投影等技术，提供更丰富、更真实的色彩表现。 全息技术： 利用激光的相干性记录和再现三维图像。 光存储与光计算： 展望利用激光在更高密度、更高速度的光存储和光计算领域的潜力。 第八章：医疗健康领域的激光应用 激光手术： 眼科激光手术： 如近视矫正（LASIK）、白内障手术。 皮肤科激光治疗： 如激光祛斑、祛痘、脱毛、嫩肤。 外科激光治疗： 如激光止血、组织切割、肿瘤治疗。 牙科激光应用： 如牙齿美白、牙周病治疗。 激光诊断与成像： 激光扫描内窥镜： 用于体内成像和病灶检测。 光学相干断层成像（OCT）： 在眼科、心血管等领域提供高分辨率的断层图像。 激光诱导荧光（LIF）： 用于早期癌症诊断和组织分析。 光动力疗法（PDT）： 利用激光激活光敏剂，杀灭癌细胞。 激光治疗与康复： 低强度激光治疗（LLLT）： 用于疼痛缓解、促进伤口愈合。 激光针灸： 作为一种无创治疗手段。 第九章：科学研究与国防领域的激光应用 基础科学研究： 粒子物理： 激光加速器、激光诱导核聚变研究。 天文学： 激光雷达用于大气探测、激光引星技术。 光谱学： 激光作为光源，实现高分辨率、高灵敏度的光谱分析。 原子和分子物理： 激光冷却、激光诱捕等用于研究量子现象。 材料科学： 激光用于材料合成、改性、性能表征。 国防军事应用： 激光测距与瞄准： 提高武器系统的精确性。 激光制导： 指导导弹和炸弹精确打击目标。 激光武器： 发展用于反导、反无人机、反电子设备等。 激光通信： 用于军事指挥和侦察。 激光诱饵与干扰： 用于迷惑敌方侦测设备。 结语 激光技术已渗透到现代社会的方方面面，并持续以前所未有的速度发展。本书的编写旨在为有志于深入了解激光原理、掌握激光技术、并投身于激光应用研究的读者提供坚实的理论基础和广阔的视野。随着科学技术的不断进步，激光必将在未来扮演更加重要的角色，为人类社会的进步与发展贡献更大的力量。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是打开了新世界的大门，特别是对于我们这些初涉光学领域的学生来说。我记得刚开始接触光子学的时候，那些复杂的数学公式和抽象的概念简直让人望而生畏。这本书的行文风格非常接地气，作者似乎很懂得如何将深奥的物理原理用生动的语言和形象的比喻来阐释。比如，在讲解激光的受激辐射原理时，它不仅仅是简单地罗列公式，而是通过一个非常巧妙的类比，将光子与原子之间的相互作用描绘得淋漓尽致。我尤其欣赏它在理论基础和实际应用之间建立的坚实桥梁。读完前几章，我对激光的产生机制已经有了非常清晰的认识，这为后续深入研究打下了坚实的基础。书中配有大量的插图和示意图，这些视觉辅助材料极大地帮助了我理解那些难以想象的微观过程。而且，书中的例题设计得也非常巧妙，既能考察我们对基本概念的掌握程度，又能引导我们思考更深层次的问题。总而言之，这是一本既有深度又有温度的教材，让人在学习的痛苦中找到乐趣。

评分☆☆☆☆☆

如果让我用一个词来概括这本书的价值，我会选择“全面性”。它不仅仅覆盖了激光物理的核心内容，还巧妙地将相关的前沿领域也囊括了进来。例如，在介绍半导体激光器时，它没有停留在传统的pn结结构，而是深入探讨了量子阱、量子点等先进结构对增益特性的影响，这对于关注现代光电子技术发展的读者来说，无疑是极大的加分项。书中对不同类型激光器（如气体、固体、半导体、光纤激光器）的比较分析也做得非常到位，通过对比不同工作介质的特性，帮助读者构建一个多维度的激光器知识网络。我注意到，书中的参考文献列表也相当权威和庞大，表明作者在编写过程中进行了极其广泛的文献调研，确保了内容的权威性和时效性。这本书足以支撑本科阶段的学习，甚至在研究生初期作为快速入门和查漏补缺的工具书，也毫不逊色。

评分☆☆☆☆☆

老实说，我拿到这本书时，内心是有点忐忑的，毕竟“特色专业规划教材”这个名头听起来就意味着高难度和高要求。但实际翻阅后，发现它远比我想象的要友好得多，同时又保持了应有的学术高度。让我印象深刻的是它对激光器性能参数的分析部分。以往我总觉得，波长、阈值功率、光束质量这些参数之间的关系错综复杂，难以捉摸。这本书则采用了一种系统化的分解分析方法，将复杂的系统拆解成若干个可分析的子模块，然后逐一剖析它们的相互影响，最后再进行整合。这种工程思维的引入，对于我们未来从事光电子器件设计和调试工作非常有指导意义。更难得的是，它并没有止步于理想化的理论模型，而是深入探讨了实际系统中存在的各种非理想因素，比如腔内损耗、增益饱和效应等，并提供了相应的数学描述和应对策略。这本书的实用性和前瞻性是显而易见的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的文字表达风格非常古典且严谨，透露着一股老派学者的沉稳气质。它很少使用过于时髦的网络语言或者过于随意的口吻，而是采用了一种精确、凝练的书面语，这使得在处理涉及到精确量化的问题时，误解的可能性降到了最低。我特别注意到了它对数学推导过程的详略处理。在一些核心公式的推导中，作者并没有跳过任何关键的代数步骤，而是耐心、清晰地展示了每一步的逻辑连接，这对于那些数学基础相对薄弱，但又渴望理解“为什么”的读者来说，简直是福音。我曾为了理解某个量子效率的推导卡壳了很久，但翻阅这本书后，发现作者用一种近乎于散文诗般的严谨性，将复杂的微扰理论阐述得层次分明。读完一个章节，总有一种“原来如此，尽在掌握”的豁然开朗之感，这种满足感是其他教材难以给予的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的编排逻辑简直是教科书级别的典范，读起来有一种行云流水的顺畅感。我对比了好几本同类的参考书，发现这本在知识体系的构建上做得尤为出色。它没有采取那种零散堆砌知识点的做法，而是层层递进，从最基础的电磁场理论讲起，逐步过渡到光与物质的相互作用，最后才引出激光器的具体结构和工作原理。这种由浅入深、循序渐进的结构，极大地降低了学习的认知负荷。我个人特别喜欢它对历史背景的穿插介绍，每当介绍到一个关键理论或技术突破时，作者都会简要提及背后的科学故事和先驱者的贡献，这让冰冷的物理知识瞬间变得鲜活起来。此外，书中的术语定义非常严谨，每一个关键概念都有清晰明确的界定，这在撰写实验报告或者进行学术交流时，是至关重要的规范性支撑。这本书与其说是一本教材，不如说是一位耐心的导师，它教会你如何像一个真正的物理学家那样去思考问题。