激光原理(普通高等教育電子科學與技術類特色專業係列規劃教材) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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袁曉東劉肯 編

圖書標籤:

• 激光原理
• 激光技術
• 光學
• 物理學
• 電子科學與技術
• 高等教育
• 教材
• 光電子技術
• 激光應用
• 光學工程

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齣版社： 科學

ISBN：9787030472892

商品編碼：29734823056

開本：16

齣版時間：2016-03-01

基本信息

• 商品名稱：激光原理(普通高等教育電子科學與技術類特色專業係列規劃教材)
• 作者：編者:袁曉東//劉肯
• 定價：59
• 齣版社：科學
• ISBN號：9787030472892

其他參考信息（以實物為準）

• 齣版時間：2016-03-01
• 印刷時間：2018-05-01
• 版次：1
• 印次：3
• 開本：16開
• 包裝：平裝
• 頁數：248
• 字數：415韆字

內容提要

袁曉東、劉肯編著的《激光原理（普通高等教育 電子科學與技術類特色專業係列規劃教材）》首先闡 述激光與普通光的本質區彆，使讀者對於激光有一個 總體認識；接下來討論激光諧振腔、高斯光束和高斯 光束的變換，讀者可以瞭解激光諧振腔和激光光束的 性質，掌握激光光束的變換規律和操控方法；通過激 光器經典理論和半經典理論的學習，讀者能夠瞭解激 光放大和振蕩的基本規律；激光器模式控製和脈衝激 光器部分則主要講述如何對激光器進行操控來實現激 光的高頻率分辨或者高時間分辨；*後對於常見的典 型激光器作瞭簡單介紹，使讀者對於不同類型激光器 的特點有一個較全麵的瞭解。
     本書可作為高等工科院校本科生激光原理課程教 材，也可供相關專業方嚮的高等院校師生及工程技術 人員參考。
    

目錄

前言
第1章 光波的相乾性描述
1.1 激光的概念
1.2 光波的模式密度
1.3 光波的縱嚮相乾性
1.4 橫嚮相乾性
1.5 集光率與輻射度
習題
第2章 光學諧振腔的一般性質
2.1 平行平麵鏡腔的光強透射率
2.2 諧振頻率
2.3 模式頻率寬度
2.4 光子壽命與品質因子
習題
第3章 高斯光束與激光諧振腔
3.1 對稱共焦腔中的自再現模
3.2 高斯光束
3.3 薄透鏡對高斯光束的變換
3.4 一般球麵鏡光學諧振腔中的高斯光束
3.5 高階模
3.6 諧振腔的諧振頻率
習題
第4章 高斯光束傳輸變換
4.1 高斯光束的聚焦
4.2 高斯光束的準直
4.3 光綫光學的矩陣方法和高斯光束的傳輸變換
習題
第5章 受激輻射和光增益
5.1 受激輻射
5.2 自發輻射的經典諧振子模型
5.3 激光增益
5.4 增益截麵
5.5 非輻射躍遷和量子效率
習題
第6章 激光放大器
6.1 三能級係統與四能級係統的粒子數變化的速率方程
6.2 增益飽和
6.3 放大器增益
6.4 光縴放大器
習題
第7章 連續波激光器
7.1 激光産生的條件
7.2 激光器穩態運轉
習題
第8章 激光器的半經典理論
8.1 密度矩陣
8.2 集居數矩陣
8.3 電磁場方程
8.4 激光器的單模運轉和速率方程解
8.5 激光器的多模運轉
8.6 兩模運轉和模競爭問題
8.7 三模運轉和鎖模
習題
第9章 氣體激光器
9.1 運動原子的多普勒效應
9.2 氣體原子激光器振蕩的定性討論
9.3 氣體原子輻射的頻率分布
9.4 非均勻加寬增益介質的增益係數
9.5 氣體介質激光器的輸齣光強
習題
**0章 激光器模式控製
10.1 均勻加寬增益介質激光器
10.2 非均勻加寬增益介質激光器
10.3 激光器的穩頻
習題
**1章 脈衝激光器
11.1 Q開關激光器理論
11.2 Q開關激光器産生激光脈衝的過程
11.3 激光器Q開關實現方法
11.4 激光器鎖模原理
11.5 激光器鎖模的方法
習題
**2章 典型激光器簡介
12.1 原子激光器
12.2 分子激光器
12.3 離子激光器和準分子激光器
12.4 固體激光器
12.5 光縴激光器
習題
**3章 半導體激光器
13.1 半導體材料的性質
13.2 半導體激光器的諧振腔
13.3 半導體激光器的工作原理
13.4 半導體激光器的速率方程
習題
附錄A 薄透鏡對光束的變換性質
附錄B 方形球麵鏡諧振腔的諧振頻率
附錄C **1章式（1145）的推導
附錄D 布拉格聲光光柵的衍射效率與光縴光柵的反射率
附錄E 符號索引
附錄F 習題參考答案與解答
參考文獻

激光：原理、技術與應用 激光，作為20世紀最偉大的科技發明之一，憑藉其獨特的光學特性——高度的單色性、方嚮性、相乾性和亮度，深刻地改變瞭科學研究、工業生産、醫療健康、信息通訊乃至日常生活。本書旨在全麵深入地介紹激光的科學原理，並探討其前沿技術與廣泛的應用領域，為讀者提供一個係統而詳盡的激光知識體係。 第一篇：激光的基本原理 本篇是理解激光技術的基石，將從原子和分子的能級結構齣發，逐步揭示激光産生的內在機製。 第一章：光的量子理論與原子能級 光作為電磁波與粒子： 首先迴顧經典電磁波理論對光的描述，然後引入普朗剋提齣的能量量子化概念，闡述光電效應、康普頓散射等實驗證據，確立光子的粒子性。 原子結構與能級躍遷： 介紹玻爾原子模型以及更精確的量子力學模型，解釋原子內部電子的軌道和能量狀態，定義基態和激發態。詳細闡述原子吸收光子後發生躍遷至高能級的過程，以及其不穩定性。 受激輻射的發現與意義： 深入分析愛因斯坦提齣的受激輻射理論。當處於激發態的原子受到一個與其能級差相匹配的光子照射時，會以極高的概率發齣一個與入射光子在頻率、方嚮、相位和偏振上完全相同的光子，這一過程稱為受激輻射。受激輻射是激光産生的核心機製，它能夠放大光。 自發輻射與吸收： 對比受激輻射，解釋自發輻射（原子自發躍遷至低能級並發齣光子）和吸收（原子吸收光子躍遷至高能級）的過程。理解這三種過程的相對重要性，對於理解激光産生所需的特殊條件至關重要。 粒子數反轉： 強調在平衡態下，處於低能級的粒子數遠多於高能級，此時吸收過程占優。而要實現光的放大，必須打破這一平衡，使得處於高能級的粒子數大於低能級的粒子數，形成“粒子數反轉”狀態。這是産生激光的必要條件。 第二章：激光器的組成與工作原理 增益介質： 詳細介紹增益介質（也稱為工作物質）在激光器中的核心作用。它提供瞭能夠實現粒子數反轉的原子、分子或晶體。本書將分類介紹各種類型的增益介質，包括氣體（如He-Ne、CO2）、固體（如Nd:YAG、紅寶石）、半導體（如GaAs）以及染料等，並分析它們各自的能級結構、激發方式和光譜特性。 泵浦源： 闡述泵浦源（能源）的作用是嚮增益介質注入能量，使其原子達到粒子數反轉狀態。根據增益介質的種類和應用需求，泵浦源可以是電激勵（如氣體放電）、光激勵（如激光二極管、閃光燈）、化學反應等。分析不同泵浦方式的效率、功率和光譜特性。 光學諧振腔： 解釋光學諧振腔（也稱諧振器）的功能是使光場在增益介質中來迴反射，不斷地與增益介質相互作用，從而實現光信號的放大。通常由兩麵反射鏡組成，其中一麵是全反射鏡，另一麵是輸齣反射鏡，其反射率略低於全反射鏡，以便激光束能夠輸齣。分析諧振腔的模式（橫模和縱模）及其對激光輸齣特性的影響。 激光振蕩過程： 整閤上述三個核心組成部分，詳細描述激光器的工作流程：泵浦源將能量輸入增益介質，使其産生粒子數反轉；光信號在諧振腔內經過增益介質時，通過受激輻射不斷被放大；在諧振腔的多次反射作用下，特定頻率和方嚮的光被選齣並聚焦，最終從輸齣鏡射齣，形成相乾性強的激光束。 第三章：激光器分類與特性 按增益介質分類： 氣體激光器： 如He-Ne激光器（紅光）、CO2激光器（紅外）、準分子激光器（紫外），分析其工作原理、優缺點和典型應用。 固體激光器： 如Nd:YAG激光器（近紅外）、摻釹玻璃激光器、光縴激光器，重點介紹摻雜離子能級、激活離子、泵浦方式等。 半導體激光器： 基於p-n結的發光原理，如GaAs、InGaN等，介紹其高效率、小型化等特點。 染料激光器： 使用有機染料作為增益介質，具有可調諧性強的優點。 自由電子激光器： 基於相對論電子束與周期性磁場相互作用産生，具有極寬的可調諧範圍。 按工作方式分類： 連續（CW）激光器： 輸齣功率恒定的激光束，適用於大多數工業加工和科研應用。 脈衝激光器： 輸齣短脈衝序列的激光，根據脈衝寬度分為長脈衝、短脈衝、超短脈衝（飛秒、阿秒）激光器，每種脈衝類型都具有獨特的應用前景。 調Q激光器： 通過快速改變諧振腔的損耗，産生高能量、高峰值功率的脈衝激光，是實現強激光加工和非綫性光學研究的關鍵。 鎖模激光器： 通過使諧振腔內各縱模的相位固定，産生超短、高重頻的脈衝序列，是超快動力學研究和精密測量的重要工具。 激光輸齣特性的關鍵參數： 波長與顔色： 描述激光的單色性，以及不同波長激光的産生和應用。 輸齣功率與能量： 分為平均功率和脈衝能量，是衡量激光器性能的重要指標。 光束質量（M²因子）： 描述激光束的聚焦能力和遠場發散角，M²因子越小，光束質量越好。 相乾性： 包括時間相乾性和空間相乾性，是激光區彆於普通光源的關鍵特性，影響著乾涉、衍射等現象。 偏振： 描述激光電場振動方嚮的規律性，可分為綫偏振、圓偏振、橢圓偏振等。 光譜寬度： 描述激光頻率（波長）的展寬程度，理想激光應為零寬度。 第二篇：激光技術與發展 本篇將深入探討支撐激光技術不斷進步的關鍵技術，並展望未來的發展趨勢。 第四章：激光技術的關鍵支撐 光學元件與材料： 介紹激光器及光學係統中常用的精密光學元件，如反射鏡、透鏡、棱鏡、分束器、濾光片等，以及對材料（如石英、藍寶石、各種光學玻璃、非綫性光學晶體）在光學性能、耐熱性、耐損傷性等方麵的要求。 精密加工與裝調： 強調激光器內部和外部光學係統的精密加工和可靠裝調對於激光器性能至關重要，包括超精密磨拋、光學鍍膜、乾涉測量等技術。 熱管理技術： 激光器工作時會産生大量熱量，有效的散熱和熱管理是保證激光器穩定工作和延長壽命的關鍵，介紹水冷、風冷、溫控等技術。 電子學與控製技術： 泵浦源的驅動、激光參數的精確控製（如脈衝寬度、重復頻率、功率穩定性）需要先進的電子學和控製係統支持。 量子光學與非綫性光學： 探索激光與物質相互作用的更深層次現象，如激光冷卻、光鑷、高次諧波産生、參量放大/下轉換等，這些是實現新型激光器和拓展激光應用的基礎。 第五章：激光技術的最新進展與發展趨勢 高功率與高亮度激光： 介紹單模塊高功率激光器、光縴激光器功率的不斷提升，以及如何通過光束閤成技術獲得更高亮度、更高功率的激光輸齣，推動工業加工能力和基礎科學研究的邊界。 超快激光技術： 重點關注飛秒、阿秒激光的産生技術和應用。飛秒激光在精密加工、生物醫學成像、材料科學等領域展現齣巨大潛力。阿秒激光則為觀測和控製電子在原子和分子中的超快運動提供瞭可能。 新型激光器類型： 介紹近年來湧現的新型激光器，如光梳激光器（計量和光譜學）、量子點激光器（高效、小型化）、等離激元激光器（納米尺度光操控）、固態激光器（高功率、易於冷卻）等。 激光技術與其他學科的交叉融閤： 激光與人工智能（AI）： 探討AI在激光參數優化、故障診斷、新型材料設計等方麵的應用。 激光與量子信息： 介紹激光在量子計算、量子通信、量子傳感等前沿領域的關鍵作用。 激光與生物醫學： 關注激光在基因測序、癌癥治療、微創手術、生物成像等方麵的最新進展。 激光與先進製造： 探討激光在增材製造（3D打印）、精密焊接、錶麵處理、微納加工等領域的深度應用。 小型化與集成化： 介紹芯片激光器、光子集成芯片等技術，將激光器及其功能集成到微小器件中，實現激光係統的便攜化和低成本化。 第三篇：激光的應用領域 本篇將聚焦於激光在各個重要領域的廣泛而深刻的應用。 第六章：工業領域的激光應用 激光加工： 激光焊接： 介紹高精度、高效率的激光焊接技術，可用於汽車、航空航天、電子製造等行業。 激光切割： 描述激光切割在金屬、非金屬材料加工中的優勢，如高精度、無接觸、熱影響區小。 激光打標與雕刻： 闡述激光打標在産品溯源、防僞、裝飾等方麵的應用。 激光錶麵處理： 如激光淬火、激光熔覆、激光重構等，用於改善材料錶麵性能。 激光清洗： 介紹環保、高效的激光清洗技術，用於去除錶麵汙垢、油漆、銹蝕等。 激光測量與檢測： 激光測距： 從工業測量到地質勘探，激光測距儀的應用廣泛。 激光乾涉測量： 用於精密測量位移、形變、錶麵粗糙度等，是精密製造和科學研究的重要手段。 激光雷達（LiDAR）： 在自動駕駛、三維建模、環境監測等領域發揮關鍵作用。 機器視覺與激光掃描： 結閤激光技術實現高精度物體識彆、尺寸測量和質量控製。 第七章：信息與通信領域的激光應用 光縴通信： 重點介紹光縴激光器在光通信係統中的核心地位，其高帶寬、低損耗的特性支撐著全球信息網絡的構建。 激光存儲： 如藍光光盤等，利用激光實現數據的讀寫。 激光顯示： 介紹激光電視、激光投影等技術，提供更豐富、更真實的色彩錶現。 全息技術： 利用激光的相乾性記錄和再現三維圖像。 光存儲與光計算： 展望利用激光在更高密度、更高速度的光存儲和光計算領域的潛力。 第八章：醫療健康領域的激光應用 激光手術： 眼科激光手術： 如近視矯正（LASIK）、白內障手術。 皮膚科激光治療： 如激光祛斑、祛痘、脫毛、嫩膚。 外科激光治療： 如激光止血、組織切割、腫瘤治療。 牙科激光應用： 如牙齒美白、牙周病治療。 激光診斷與成像： 激光掃描內窺鏡： 用於體內成像和病竈檢測。 光學相乾斷層成像（OCT）： 在眼科、心血管等領域提供高分辨率的斷層圖像。 激光誘導熒光（LIF）： 用於早期癌癥診斷和組織分析。 光動力療法（PDT）： 利用激光激活光敏劑，殺滅癌細胞。 激光治療與康復： 低強度激光治療（LLLT）： 用於疼痛緩解、促進傷口愈閤。 激光針灸： 作為一種無創治療手段。 第九章：科學研究與國防領域的激光應用 基礎科學研究： 粒子物理： 激光加速器、激光誘導核聚變研究。 天文學： 激光雷達用於大氣探測、激光引星技術。 光譜學： 激光作為光源，實現高分辨率、高靈敏度的光譜分析。 原子和分子物理： 激光冷卻、激光誘捕等用於研究量子現象。 材料科學： 激光用於材料閤成、改性、性能錶徵。 國防軍事應用： 激光測距與瞄準： 提高武器係統的精確性。 激光製導： 指導導彈和炸彈精確打擊目標。 激光武器： 發展用於反導、反無人機、反電子設備等。 激光通信： 用於軍事指揮和偵察。 激光誘餌與乾擾： 用於迷惑敵方偵測設備。 結語 激光技術已滲透到現代社會的方方麵麵，並持續以前所未有的速度發展。本書的編寫旨在為有誌於深入瞭解激光原理、掌握激光技術、並投身於激光應用研究的讀者提供堅實的理論基礎和廣闊的視野。隨著科學技術的不斷進步，激光必將在未來扮演更加重要的角色，為人類社會的進步與發展貢獻更大的力量。

評分☆☆☆☆☆

這本書的編排邏輯簡直是教科書級彆的典範，讀起來有一種行雲流水的順暢感。我對比瞭好幾本同類的參考書，發現這本在知識體係的構建上做得尤為齣色。它沒有采取那種零散堆砌知識點的做法，而是層層遞進，從最基礎的電磁場理論講起，逐步過渡到光與物質的相互作用，最後纔引齣激光器的具體結構和工作原理。這種由淺入深、循序漸進的結構，極大地降低瞭學習的認知負荷。我個人特彆喜歡它對曆史背景的穿插介紹，每當介紹到一個關鍵理論或技術突破時，作者都會簡要提及背後的科學故事和先驅者的貢獻，這讓冰冷的物理知識瞬間變得鮮活起來。此外，書中的術語定義非常嚴謹，每一個關鍵概念都有清晰明確的界定，這在撰寫實驗報告或者進行學術交流時，是至關重要的規範性支撐。這本書與其說是一本教材，不如說是一位耐心的導師，它教會你如何像一個真正的物理學傢那樣去思考問題。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是打開瞭新世界的大門，特彆是對於我們這些初涉光學領域的學生來說。我記得剛開始接觸光子學的時候，那些復雜的數學公式和抽象的概念簡直讓人望而生畏。這本書的行文風格非常接地氣，作者似乎很懂得如何將深奧的物理原理用生動的語言和形象的比喻來闡釋。比如，在講解激光的受激輻射原理時，它不僅僅是簡單地羅列公式，而是通過一個非常巧妙的類比，將光子與原子之間的相互作用描繪得淋灕盡緻。我尤其欣賞它在理論基礎和實際應用之間建立的堅實橋梁。讀完前幾章，我對激光的産生機製已經有瞭非常清晰的認識，這為後續深入研究打下瞭堅實的基礎。書中配有大量的插圖和示意圖，這些視覺輔助材料極大地幫助瞭我理解那些難以想象的微觀過程。而且，書中的例題設計得也非常巧妙，既能考察我們對基本概念的掌握程度，又能引導我們思考更深層次的問題。總而言之，這是一本既有深度又有溫度的教材，讓人在學習的痛苦中找到樂趣。

評分☆☆☆☆☆

這本書的文字錶達風格非常古典且嚴謹，透露著一股老派學者的沉穩氣質。它很少使用過於時髦的網絡語言或者過於隨意的口吻，而是采用瞭一種精確、凝練的書麵語，這使得在處理涉及到精確量化的問題時，誤解的可能性降到瞭最低。我特彆注意到瞭它對數學推導過程的詳略處理。在一些核心公式的推導中，作者並沒有跳過任何關鍵的代數步驟，而是耐心、清晰地展示瞭每一步的邏輯連接，這對於那些數學基礎相對薄弱，但又渴望理解“為什麼”的讀者來說，簡直是福音。我曾為瞭理解某個量子效率的推導卡殼瞭很久，但翻閱這本書後，發現作者用一種近乎於散文詩般的嚴謹性，將復雜的微擾理論闡述得層次分明。讀完一個章節，總有一種“原來如此，盡在掌握”的豁然開朗之感，這種滿足感是其他教材難以給予的。

評分☆☆☆☆☆

如果讓我用一個詞來概括這本書的價值，我會選擇“全麵性”。它不僅僅覆蓋瞭激光物理的核心內容，還巧妙地將相關的前沿領域也囊括瞭進來。例如，在介紹半導體激光器時，它沒有停留在傳統的pn結結構，而是深入探討瞭量子阱、量子點等先進結構對增益特性的影響，這對於關注現代光電子技術發展的讀者來說，無疑是極大的加分項。書中對不同類型激光器（如氣體、固體、半導體、光縴激光器）的比較分析也做得非常到位，通過對比不同工作介質的特性，幫助讀者構建一個多維度的激光器知識網絡。我注意到，書中的參考文獻列錶也相當權威和龐大，錶明作者在編寫過程中進行瞭極其廣泛的文獻調研，確保瞭內容的權威性和時效性。這本書足以支撐本科階段的學習，甚至在研究生初期作為快速入門和查漏補缺的工具書，也毫不遜色。

評分☆☆☆☆☆

老實說，我拿到這本書時，內心是有點忐忑的，畢竟“特色專業規劃教材”這個名頭聽起來就意味著高難度和高要求。但實際翻閱後，發現它遠比我想象的要友好得多，同時又保持瞭應有的學術高度。讓我印象深刻的是它對激光器性能參數的分析部分。以往我總覺得，波長、閾值功率、光束質量這些參數之間的關係錯綜復雜，難以捉摸。這本書則采用瞭一種係統化的分解分析方法，將復雜的係統拆解成若乾個可分析的子模塊，然後逐一剖析它們的相互影響，最後再進行整閤。這種工程思維的引入，對於我們未來從事光電子器件設計和調試工作非常有指導意義。更難得的是，它並沒有止步於理想化的理論模型，而是深入探討瞭實際係統中存在的各種非理想因素，比如腔內損耗、增益飽和效應等，並提供瞭相應的數學描述和應對策略。這本書的實用性和前瞻性是顯而易見的。