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：29734831303

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

激光的世界：光能的奥秘与无限可能 引言： 自问世以来，激光以其独特的单色性、相干性、方向性和高亮度，深刻地改变了科学研究、工业生产、医疗健康、通信技术乃至日常生活。它不再仅仅是实验室里的奇妙发明，而是驱动现代社会进步的重要技术引擎。本书旨在揭示激光的深层原理，带领读者穿越光波的奇幻世界，探索其诞生、发展以及如何被巧妙地应用于解决现实世界的挑战。我们不求面面俱到，而是聚焦于激光核心的物理机制，并结合当下具有代表性的应用场景，勾勒出激光技术广阔而令人兴奋的图景。 第一章：光的本质与量子革命——激光的哲学基石 要理解激光，首先必须回到光的本源。光，作为一种基本粒子和波动的统一体，其行为的奇特性远超我们日常的直观感受。本章将从经典电磁波理论出发，深入浅出地阐述光的波动性，包括干涉、衍射等现象，这些是理解激光相干性的重要基础。然而，经典理论在解释黑体辐射、光电效应等现象时显得捉襟见肘。在这里，量子力学的曙光——普朗克的光量子假说应运而生，宣告了微观世界的革命。爱因斯坦的光电效应解释，更是确立了光子的概念，为理解光与物质的相互作用提供了全新的视角。我们将详细探讨这些里程碑式的理论突破，揭示“光子”这一微观能量粒子的诞生，以及它们如何在宏观世界的尺度上，编织出激光的奇迹。理解了光的量子本质，我们才能真正走进激光的核心——受激辐射。 第二章：原子在光场中的舞蹈——受激辐射的奥秘 当一个原子被一个具有特定能量的光子激发后，它会进入一个高能态。然而，高能态是不稳定的，原子倾向于回到低能态，并在此过程中释放出能量。这一过程可以是自发辐射，也可以是受激辐射。自发辐射的光子方向、相位和偏振都是随机的，就像普通光源发出的光。而受激辐射，则是激光的灵魂所在。当一个处于高能态的原子，遇到一个能量恰好等于其能级差的光子时，这个外来光子会“引导”原子跃迁回低能态，并释放出一个与外来光子在方向、相位、偏振、频率上完全一致的光子。这就像一个指挥官，一声令下，所有士兵（原子）同步前进（发射光子）。本章将深入剖析原子能级结构、吸收、自发辐射和受激辐射的概率以及它们之间的相互关系。我们将通过对玻尔模型、量子力学原子模型等经典模型的梳理，来理解原子如何与光子进行能量交换，从而为受激辐射的诞生奠定理论基础。 第三章：迈向“光的放大”——粒子数反转的艺术 受激辐射是产生与入射光子完全相同的光子的机制，但要实现“光的放大”，即产生比入射光更多的光子，仅仅依靠受激辐射是不够的。我们需要一个关键条件：粒子数反转。在通常状态下，原子的能量分布遵循玻尔兹曼分布，即低能态的粒子数远多于高能态的粒子数。在这种情况下，入射光子更多地会被原子吸收，而不是引发受激辐射。要打破这一“自然规律”，就需要通过外部能量输入，将大量原子“泵”入高能态，使得高能态的粒子数反转于低能态，即粒子数反转。本章将详细探讨实现粒子数反转的各种“泵浦”机制，包括光学泵浦、电学泵浦、化学泵浦等。我们将分析不同泵浦方式的优缺点，以及它们如何有效地为激光介质提供能量。理解粒子数反转，是理解激光器为何能产生强大相干光束的决定性一步。 第四章：激光器的核心组件——谐振腔的魔力 有了受激辐射和粒子数反转，我们就拥有了产生激光的“种子”。然而，要将这束微弱的、无方向性的受激辐射放大成一束高强度、高方向性的激光束，离不开激光器的另一个关键组成部分——谐振腔。谐振腔通常由两个相对放置的反射镜构成，一侧为全反射镜，另一侧为部分反射镜（输出镜）。光在谐振腔内来回反射，每一次通过增益介质时都会发生受激辐射，从而不断被放大。同时，谐振腔的几何结构和反射镜的性质决定了只有特定频率和特定模式的光才能在其中稳定传播并被放大，从而实现了光谱的纯化和空间模式的约束。本章将深入探讨谐振腔的工作原理，包括腔模、纵模、横模等概念，以及它们对激光输出特性的影响。我们将分析不同类型的谐振腔（如平形腔、共振腔等）以及它们在不同激光器设计中的应用。 第五章：多姿多彩的激光世界——不同类型激光器及其特点 激光家族的成员繁多，它们在工作介质、泵浦方式、输出特性等方面各有千秋，适用于不同的应用场景。本章将重点介绍几种具有代表性的激光器，包括： 气体激光器： 如氦氖激光器、二氧化碳激光器，它们以气体为工作介质，结构简单，输出稳定，在科研、测量、切割等领域有着广泛应用。我们将分析不同气体激光器的能级结构、放电原理以及它们如何实现连续或脉冲输出。 固体激光器： 如红宝石激光器、Nd:YAG激光器，它们以固体晶体或玻璃为工作介质，易于实现高功率输出，是工业加工、医疗美容等领域的重要工具。我们将探讨不同固体激光器的激活离子、增益介质的特性以及其独特的泵浦和谐振方式。 半导体激光器： 如二极管激光器，它们体积小、效率高、易于集成，广泛应用于光通信、激光打印机、DVD播放器等日常消费电子产品。我们将深入了解半导体p-n结的能带结构、载流子注入以及如何在其中实现受激辐射。 染料激光器： 它们以有机染料溶液为工作介质，具有输出波长可调的独特优势，在光谱学研究、医学诊断等领域发挥着重要作用。我们将探讨染料分子的荧光特性以及如何通过改变染料溶液和泵浦方式来实现波长调谐。 通过对这些不同类型激光器的介绍，读者将能对激光技术的广泛性和多样性有一个宏观的认识。 第六章：激光的应用——点亮科技与生活的每一个角落 激光并非仅仅是物理原理的展示，它更是解决现实世界问题的强大工具。本章将聚焦于激光在各个领域的标志性应用，展现其强大的实用价值。 工业制造： 激光切割、激光焊接、激光打标等技术，以其高精度、高效率、无接触等优势，极大地提升了制造业的水平。我们将探讨激光与材料相互作用的机制，以及如何通过优化激光参数来满足不同的加工需求。 通信技术： 光纤通信正是建立在激光技术之上。激光作为信息载体，能够传输海量数据，彻底改变了我们获取信息的方式。我们将简要介绍光纤通信的基本原理，以及激光在其中扮演的关键角色。 医疗健康： 从激光手术、激光近视矫正，到激光治疗皮肤疾病、激光祛除纹身，激光在医疗领域的应用日益广泛，以其精准、微创的特点，为患者带来福音。我们将探讨不同波长和功率的激光在生物组织中的作用机制。 科学研究： 激光光谱学、激光诱导击穿光谱（LIBS）、激光全息术等，为科学家们提供了强大的研究工具，帮助我们更深入地理解物质的结构和性质，探索宇宙的奥秘。 信息存储与显示： CD、DVD、蓝光光盘的读写，以及激光投影技术，都离不开激光的支持。 这些应用仅仅是激光技术广阔前景的冰山一角。随着技术的不断发展，激光将在更多领域展现出其独特的价值。 结语： 激光，作为人类智慧的结晶，其发展历程充满了探索与创新。从对光本质的深刻理解，到对原子能级跃迁的精妙控制，再到谐振腔的神奇设计，每一步都凝聚着科学家的智慧和努力。本书希望通过对激光原理的深入剖析和对典型应用的介绍，为读者打开一扇通往激光世界的大门，激发对这一迷人技术的浓厚兴趣。未来，激光技术必将继续蓬勃发展，为人类社会带来更多惊喜和变革。

评分☆☆☆☆☆

这本书的逻辑架构和内容组织能力，简直是教科书级别的典范。我过去阅读其他教材时，常常感到章节之间的衔接有些生硬，仿佛是几篇独立的论文拼凑而成。但翻开这本，你会发现作者显然花费了大量心血来构建一个严密的知识体系。从宏观的激光器分类到微观的粒子激发过程，每一步的过渡都处理得极其自然和平滑。举个例子，当讲到半导体激光器的工作原理时，它并没有仅仅停留在pn结的简单描述上，而是深入探讨了异质结的能带匹配如何影响载流子的注入效率和光子产率，这种层次感的递进，让人读起来心悦诚服。更让我欣赏的是，作者似乎非常懂得读者的“痛点”，在关键的物理模型推导完成后，总会穿插一些简洁明了的工程应用实例或者历史背景介绍，这极大地缓解了纯理论学习带来的疲惫感，也让知识点不再是孤立的符号组合。我个人对其中的光与物质的相互作用那一章印象深刻，它用非常直观的方式解释了线型增益和吸收的细节，为后续理解阈值和效率奠定了极佳的基础。

评分☆☆☆☆☆

从一个初学者的角度来看，这本书最大的优势在于其极高的自洽性和完整性。它几乎涵盖了所有初阶到中阶激光物理所必需的核心知识点，且每一部分的介绍都保持了高度的一致性，没有出现前后矛盾或标准不统一的情况，这对于建立正确的知识框架至关重要。我注意到，在讨论激光器的效率和噪声特性时，它非常细致地平衡了理论分析与实际工程参数之间的关系，比如对量子极限效率的讨论，会结合实际材料的限制因素进行修正，这种务实的态度非常可贵。再者，这本书的参考书目部分做得非常出色，它不仅列出了经典著作，还指向了一些近年的高影响力文献，为有志于深入研究的读者提供了清晰的进阶路径。总体而言，这本书的编辑质量和学术水准都达到了顶尖水平，它成功地将一门看似艰深复杂的学科，以一种结构清晰、逻辑严密的方式呈现在我们面前，绝对是专业学习路上的一个里程碑式的选择。

评分☆☆☆☆☆

老实说，这本书的份量感是压倒性的，但绝不是那种故意堆砌篇幅的注水书。当你真正沉浸进去阅读时，会体会到其内容的密度和广度。我最欣赏它的一点是，它在处理基础理论的同时，并没有完全抛弃现代激光技术的前沿动态。例如，在讨论锁模技术时，它不仅详细介绍了Kerr透镜锁模等经典方法，还用了一小节篇幅概述了近年来兴起的拓扑光子学在超快激光脉冲产生中的应用潜力，这体现了编者对学科发展脉络的深刻洞察力。另外，这本书的习题设计也颇具匠心，它们不是那种简单的套用公式的计算题，很多题目都是半开放式的设计，需要读者综合运用多个章节的知识点进行分析和推理，真正考验了对原理的掌握程度，而不是简单的记忆能力。我敢断定，如果能扎实地完成书后的大部分习题，那么在光电相关的专业课程中取得高分几乎是板上钉钉的事情。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得相当有格调，深邃的蓝色背景，搭配着简洁有力的白色和橙色字体，立刻就能让人感受到它蕴含的专业性和深度。我拿到手的时候，首先注意到的是纸张的质感，非常厚实，印刷的清晰度也无可挑剔，即便是复杂的公式和图表，也看得一清二楚，这对于需要反复研读的教材来说至关重要。我当时正准备系统学习光电子技术的基础知识，但市面上很多教材要么过于侧重理论的枯燥推导，要么又过于简略以至于实用性不强。而这本的排版布局，我感觉把握得恰到好处，它并没有一开始就将读者推入深奥的量子力学模型中，而是循序渐进地从光的本性、介质与光的相互作用讲起，为后续的激光产生和特性分析打下了坚实的基础。尤其是那些关于能级跃迁和受激辐射的插图，用色和构图都极为精妙，一下子就把抽象的概念具象化了。我花了点时间粗略翻阅了目录，发现它对光腔理论的讲解部分似乎非常详尽，光束的模式和稳定性分析应该是它的强项，我很期待接下来的学习体验，希望它能真正成为我探索激光世界的得力助手。

评分☆☆☆☆☆

这本书的行文风格非常严谨，但又透露着一种对科学的赤诚与热情，读起来丝毫没有传统教材那种拒人于千里之外的冰冷感。作者在阐述一些复杂的物理概念时，会巧妙地运用类比和形象化的语言，即便是一些对光学背景知识掌握不深的人，也能大致跟上思路。例如，描述激光腔中的光场分布时，它用到了类似于“驻波的形状决定了声音的音色”这样的类比，瞬间拉近了读者与抽象电磁波概念的距离。我尤其喜欢它在处理数学推导时的态度——既不放过任何一个关键步骤，但也不会过度纠缠于不影响核心理解的代数变换。它会清晰地标示出哪些是必须推导的核心公式，哪些是可以通过查阅附录或使用特定软件快速验证的辅助部分。这种权衡把握得非常老道，让学习效率得到了极大的提升。这本书的深度和广度，让我觉得它不仅仅是一本课堂教材，更像是一本可以伴随工程师职业生涯的工具书。