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：29734845145

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

光学现象的奥秘：激光技术的革新与应用 本书旨在揭示激光这一颠覆性技术背后的深层光学原理，并深入探讨其在各个领域的广泛应用。我们不仅会追溯光学发展的历史脉络，更能展现激光如何以前所未有的精度和能力，重塑科学研究、工业生产、医疗保健、信息通讯乃至日常生活。 第一章：光的本质与演化 在深入激光原理之前，理解光的本质至关重要。本章将带领读者回溯人类对光的认识历程。从古希腊哲学家们对光线和视觉的早期猜想，到牛顿对光的粒子说的有力论证，再到惠更斯提出的光的波动说，这些奠基性的理论为我们理解光的双重属性——波粒二象性——埋下了伏笔。 我们将详细介绍麦克斯韦方程组的建立，这一物理学史上的伟大成就统一了电与磁，并预言了电磁波的存在，而光正是其中一种。爱因斯坦的光电效应解释，则有力地支持了光量子（光子）的概念，进一步印证了光的粒子性。光波的衍射、干涉、偏振等经典波动现象将一一展开，这些现象不仅是理解激光特性的基础，也是人类认识光的关键步骤。 本章还将探讨现代光学的一些前沿概念，如相干光与非相干光、单色光与复色光等。通过对这些概念的梳理，读者将为后续理解激光产生的核心机制打下坚实基础。 第二章：激光产生的核心机制——受激辐射 激光，即“受激辐射的光放大”（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation），其名字本身就概括了其产生原理。本章将聚焦于实现激光的关键——受激辐射。 首先，我们将深入探讨物质与电磁场的相互作用。原子和分子的能级结构是理解这一过程的核心。在平衡态下，大多数粒子处于基态，少数处于激发态。通过外加能量（如光、电、化学能等）将粒子从基态提升到激发态，就形成了“粒子数反转”——这是实现激光的必要条件。 接着，我们将详细阐述爱因斯坦的受激辐射理论。当一个处于高能级的粒子受到一个频率与能级差相匹配的光子激发时，它会跃迁到低能级，并辐射出一个与入射光子完全相同（频率、方向、相位、偏振态）的光子。这种“复制”过程，正是光放大的根本。 本章还将介绍自发辐射和受激吸收。自发辐射是激发态粒子在没有任何外加干预下自发跃迁到低能级并辐射光子；受激吸收则是处于低能级的粒子吸收一个光子跃迁到高能级。只有当受激辐射的概率远大于受激吸收和自发辐射时，才能实现光放大。 第三章：激光器的组成与工作原理 激光器是实现激光输出的完整装置，其内部精巧的设计是实现高效光放大的关键。本章将详细解析激光器的基本组成部分及其工作原理。 一个典型的激光器主要由三部分构成： 1. 增益介质（工作物质）： 这是实现粒子数反转和受激辐射的核心。增益介质可以是固体（如红宝石、Nd:YAG晶体）、气体（如He-Ne、CO2）、液体（如染料）或半导体材料。我们将分析不同介质的能级结构特点，以及它们如何影响激光器的输出特性。 2. 激励源（泵浦源）： 激励源负责向增益介质提供能量，使其达到粒子数反转的状态。常见的激励方式包括： 光学泵浦： 利用灯管、另一台激光器或LED作为光源，将能量注入增益介质。 电激励： 通过电场、放电或电流注入来激励介质，例如气体激光器和半导体激光器。 化学激励： 通过化学反应释放能量来激励介质。 我们将探讨不同激励方式的优缺点及其适用范围。 3. 光学谐振腔： 谐振腔由两个或多个反射镜组成，它们将增益介质中的光子来回反射，使得光子在介质中多次通过，不断引发受激辐射，实现有效的光放大。谐振腔的设计对激光器的模式（空间模式和横模、纵模）有着决定性影响，从而决定了激光的指向性、单色性和相干性。我们将讲解不同类型的谐振腔（如平行平板腔、共振腔）以及它们的功能。 此外，本章还将深入探讨激光器的阈值现象、增益饱和以及输出耦合等关键概念，解释激光器是如何在不稳定状态下稳定地产生和输出激光束的。 第四章：激光的主要特性及其优越性 激光之所以能够广泛应用，源于其与普通光源（如白炽灯、LED）相比所具有的独特而优越的特性。本章将逐一剖析这些关键特性： 1. 方向性好： 激光束的发散角极小，近似平行光束，能够传播很远的距离而能量损失不大。这得益于谐振腔的选择性作用，使得只有沿着谐振腔轴线传播的光子才能被有效放大。 2. 单色性好： 激光器的输出光波长非常集中，频谱宽度极窄，几乎是单一颜色的光。这是因为受激辐射产生的光子与激发光子的频率相同，且谐振腔对特定频率的光有选频作用。 3. 相干性好： 激光具有高度的空间相干性和时间相干性。这意味着激光束中的所有光波都具有相同的频率、方向和相位关系。这种相干性使得激光能够产生强烈的干涉和衍射现象，是全息术等应用的基础。 4. 亮度高： 激光单位面积上的光功率密度极高，即其亮度非常高。这是由于激光光束集中的能量和良好的方向性。 我们将通过对比分析，直观展示激光这些特性超越传统光源的优势，为理解激光的各项应用奠定基础。 第五章：激光器种类繁多及其技术发展 激光技术的发展日新月异，种类繁多的激光器满足了不同应用的需求。本章将对各类主流激光器进行分类介绍和技术梳理。 1. 按工作介质分类： 气体激光器： 如氦氖（He-Ne）激光器（可见红光、绿光、黄光）、二氧化碳（CO2）激光器（红外光，功率高）、准分子激光器（紫外光，能量高）。 固体激光器： 如红宝石激光器（可见红光）、Nd:YAG激光器（近红外光，应用广泛）、光纤激光器（高效率，易于集成）。 液体激光器： 如染料激光器（可调谐性强，光谱覆盖范围广）。 半导体激光器： 如二极管激光器（体积小，效率高，产量大，广泛用于通信、演示等）。 2. 按工作模式分类： 连续（CW）激光器： 输出功率稳定的激光。 脉冲激光器： 输出短促、高功率的激光脉冲，包括调Q激光器、锁模激光器等。 我们将简要介绍每种激光器的基本原理、特点、典型应用以及近年来在技术上的突破和发展趋势，如高功率激光、超快激光、可调谐激光等的进展。 第六章：激光技术的广泛应用 激光的独特性能使其在现代社会的各个角落都发挥着不可替代的作用。本章将重点介绍激光技术在各个领域的经典和前沿应用。 1. 工业领域： 激光加工： 激光焊接、激光切割、激光打标、激光淬火、激光熔覆等，因其高精度、高效率、非接触性而成为先进制造的关键技术。 测量与检测： 激光测距、激光雷达（LiDAR）、激光三角测量、三维扫描等，用于工程测量、自动驾驶、环境监测。 2. 信息与通信领域： 光纤通信： 激光是光纤通信系统的光源，实现高速、大容量的信息传输。 信息存储： 激光唱片（CD）、激光DVD、蓝光光盘等。 条形码扫描： 商店、物流等场所的条形码读取。 3. 医疗保健领域： 激光手术： 眼科手术（近视矫正、白内障）、皮肤科手术、肿瘤治疗等，因其精度高、创伤小而备受青睐。 诊断与成像： 激光多普勒血流仪、激光诱导荧光（LIF）成像、激光共聚焦显微镜等。 治疗： 激光理疗、牙科治疗。 4. 科学研究领域： 精密测量： 激光干涉仪用于测量微小位移和形变。 光谱学： 激光光谱技术用于物质成分分析。 粒子加速与控制： 激光驱动的粒子加速器。 基础物理研究： 基础物理实验中广泛使用各种激光器。 5. 其他领域： 军事与国防： 激光制导武器、激光测距仪、激光干扰等。 娱乐与显示： 激光投影仪、舞台灯光。 新能源： 激光诱导核聚变（研究中）。 我们将通过具体的实例，生动展示激光技术如何革新和推动各行各业的发展。 第七章：激光安全与未来展望 任何强大的技术都伴随着潜在的风险，激光也不例外。本章将关注激光安全问题，并对激光技术的未来发展进行展望。 1. 激光安全： 激光的危害： 激光对眼睛和皮肤可能造成的损伤，以及不同功率和波长激光的危险等级。 激光安全防护： 个人防护装备（如激光防护眼镜）、工程控制措施、管理制度等。 激光安全标准与法规： 国际和国内相关的安全标准和法规介绍。 2. 激光技术的未来展望： 更高功率、更高效率的激光器： 满足能源、加工等领域的需求。 更短脉冲、更强场强的超快激光： 推动基础科学研究和精密加工。 新型激光增益介质和结构： 拓展激光波长范围和功能。 量子光学与激光的结合： 量子通信、量子计算等前沿领域。 人工智能与激光技术的融合： 提升激光系统的智能化水平。 通过对激光原理的深入解析和对其应用潜力的广泛探讨，本书旨在为读者提供一个全面而深刻的激光技术知识体系，激发对这一革命性技术的进一步探索兴趣。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，作为一本专业教材，这本书在知识体系的全面性上做得非常出色，它几乎涵盖了激光领域所有基础且核心的知识点，但更难得的是它在对这些知识进行梳理和分类时的清晰度。它没有采用那种大杂烩式的堆砌，而是构建了一个清晰的知识树结构。我尤其欣赏它在介绍非线性光学效应时所采取的由浅入深的态度，首先从宏观现象入手，再逐步深入到微观的介质响应理论，这样的铺陈使得复杂的电磁场与物质相互作用过程变得可以被理性地分析和预测。对于一个希望全面掌握激光技术基础，并为未来深入研究打下坚实基础的读者而言，这本教材提供了一个非常稳定且权威的基石。它的内容深度和广度，都体现了其作为“规划教材”的专业水准。

评分☆☆☆☆☆

这本书的实用性远超我的预期，它不仅仅停留在理论的殿堂里徘徊，而是非常接地气地将理论与实际应用紧密结合。我非常喜欢它在介绍不同类型激光器（如气体激光器、固体激光器等）时所采用的结构化描述方式，每一个部分的介绍都清晰地列出了工作原理、结构特点以及典型应用场景，阅读起来效率极高。更值得称赞的是，书中对实验技术的介绍也相当到位，即便是对实验操作不甚熟悉的读者，也能通过文字和图示大致了解实验的搭建思路和关键参数的控制要点。这对于我们这些需要动手设计和调试光路的学生来说，简直是雪中送炭。它教会我的不仅仅是“是什么”，更是“怎么做”，这种实践导向的教育理念，是很多纯理论教材所缺乏的宝贵财富。

评分☆☆☆☆☆

深入阅读后，我发现这套教材的叙事风格非常独特，它有一种沉稳而又充满探索欲的语调，仿佛作者是一位对光科学充满热情的探险家，正带领我们揭开激光技术的神秘面纱。它的理论深度掌握得恰到好处，既能满足课堂教学的严谨性要求，又为后续的专业研究留下了广阔的思考空间。我特别关注了关于光与物质相互作用的那部分内容，作者没有将它简单地视为一个孤立的章节，而是将其与半导体物理、非线性光学等前沿领域巧妙地串联起来，展现了激光技术在整个电子科学体系中的核心地位。这种宏观与微观相结合的视角，极大地拓宽了我的视野。我甚至发现，一些在其他教材中被一笔带过的概念，在这里都得到了细致入微的剖析，不得不佩服编者在内容取舍上的匠心独ای。对于致力于未来从事相关研发工作的学生来说，这无疑是打下坚实基础的绝佳选择。

评分☆☆☆☆☆

这本教材的排版真是让人眼前一亮，特别是图文结合的方式，对于理解复杂的物理概念起到了极大的帮助。我记得在学习波动光学那一章节时，那些精美的插图几乎是手把手地带着我走过了傅里叶变换和衍射的深奥路径。作者似乎非常清楚初学者的认知障碍在哪里，所以他们没有一味地堆砌公式，而是用非常形象的比喻和清晰的逻辑链条来构建知识体系。比如，在讲解激光的受激辐射原理时，书中用了一个很生动的类比，让原本抽象的量子跃迁过程变得触手可及。而且，书中对关键术语的定义极其严谨，这对于建立扎实的理论基础至关重要。我尤其欣赏它在例题设计上的巧妙之处，那些看似基础的计算题，实则暗藏着对核心概念的深度考察，做完之后会有一种“原来如此”的顿悟感。整体感觉，这不仅仅是一本工具书，更像是一位经验丰富的导师在身边耐心指导，让你在攻克难关时充满了信心。

评分☆☆☆☆☆

在阅读体验上，这本书带来的感受是极其舒适和连贯的。它的章节逻辑衔接得非常自然流畅，仿佛在讲述一个宏大的故事，每一个新的理论点都是前一个知识点的必然延伸。我注意到作者在引入新概念时，总是会先回顾一下前面学过的内容，做一次小小的知识点梳理，这极大地降低了知识断层的风险。这种循序渐进的教学方法，对于那些需要长时间保持高度集中力的理工科学习者来说，是保持学习动力的关键。而且，书中的排版考虑到了长时间阅读的需求，字体和行间距的设计都非常人性化，长时间阅读下来眼睛的疲劳感也相对较轻。总而言之，它成功地将一门可能枯燥的硬核学科，转化成了一次充满引导性和启发性的阅读旅程。