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杨玉玲 著

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• 激光原理
• 激光技术
• 光学
• 物理学
• 光电子学
• 应用光学
• 激光应用
• 光纤激光器
• 固体激光器
• 激光器

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122227423

版次：1

商品编码：11684748

包装：平装

开本：16开

出版时间：2015-05-01

用纸：胶版纸

页数：203

正文语种：中文

编辑推荐

　　《激光原理与应用》以激光产生的基础理论知识为主，同时对其广阔的应用领域进行了展望。既有基础理论，又有具体的应用，可供从事光电子技术和光通信技术的科技人员参考，也可以作为高等院校电子科学与技术、光信息科学与技术、光电信息工程和应用物理等专业本科生的教材。

内容简介

　　《激光原理与应用》首先对激光产生的物理基础；光与物质相互作用及机理、谱线加宽机制、速率方程组理论以及介质对光的增益；光学谐振腔的几何理论、激光振荡的形成及输出特性；光学谐振腔的衍射理论等基础知识进行了介绍。然后对改善激光器特性的各种技术以及激光在各领域的应用等进行了论述。
　　《激光原理与应用》可供从事应用物理、光电子等研发的科研人员和技术人员参考，也可作为相关专业的本科生教材。

目录

第1章 激光产生的物理基础
1.1 光的本质及激光的发展
1.1.1 光的本质
1.1.2 激光的发展简史
1.2 产生激光的能级理论
1.2.1 原子能级和简并度
1.2.2 单个原子的原子态及能级结构
1.2.3 能级跃迁理论
1.2.4 多原子系统的粒子分布
1.3 量子态的基本假设
1.3.1 光子的基本性质
1.3.2 光子的相干性
1.3.3 光波模式和光子态
1.3.4 光子简并度
1.3.5 激光的模式
1.4 激光的产生及特性
1.4.1 激光产生过程
1.4.2 激光器基本组成及类型
1.4.3 激光的特性

第2章 光与物质相互作用及机理
2.1 黑体辐射与普朗克公式
2.2 光与物质相互作用及爱因斯坦关系式
2.2.1 自发辐射
2.2.2 受激吸收
2.2.3 受激辐射
2.2.4 爱因斯坦三系数的关系
2.2.5 自发辐射与受激辐射的光功率
2.3 谱线加宽机制
2.3.1 光谱线的线型和线宽
2.3.2 均匀加宽
2.3.3 非均匀加宽
2.3.4 均匀加宽与非均匀加宽线型比较
2.3.5 综合加宽
2.4 速率方程组理论
2.4.1 修正的爱因斯坦三系数
2.4.2 三能级系统的速率方程组
2.4.3 四能级系统的速率方程组
2.5 稳态条件下粒子数密度反转分布及增益系数
2.5.1 小信号条件下反转粒子数分布
2.5.2 均匀加宽介质小信号增益系数
2.5.3 非均匀加宽介质小信号增益系数
2.5.4 均匀加宽大信号反转粒子数密度分布
2.5.5 反转粒子数密度的饱和效应
2.5.6 均匀加宽大信号增益系数
2.5.7 非均匀加宽大信号反转粒子数密度分布
2.5.8 非均匀加宽大信号增益系数

第3章 光学谐振腔的几何理论及输出特性
3.1 光学谐振腔的几何理论——光学变换矩阵
3.1.1 光线在自由空间传播的光学变换矩阵
3.1.2 光线经球面镜反射的光学变换矩阵
3.1.3 共轴球面谐振腔的光学变换矩阵
3.2 光学谐振腔的稳定性条件及其分类
3.2.1 光学谐振腔的稳定性条件
3.2.2 稳区图及其应用
3.2.3 共轴球面腔分类
3.3 光学谐振腔的损耗
3.3.1 平均单程损耗因子δ
3.3.2 谐振腔的寿命τc
3.3.3 谐振腔的品质因数Q
3.4 激光形成的阈值条件
3.4.1 阈值增益系数
3.4.2 阈值反转粒子数密度
3.4.3 激光上能级阈值粒子数密度
3.4.4 连续或长脉冲激光器的阈值泵浦功率
3.4.5 短脉冲激光器的阈值泵浦功率
3.5 模式竞争
3.5.1 起振模式数计算
3.5.2 均匀加宽激光器中的模式竞争
3.5.3 非均匀加宽激光器中的模式竞争
3.6 激光器的输出特性
3.6.1 连续或长脉冲激光器的输出功率
3.6.2 单模激光器的线宽极限

第4章 光学谐振腔的衍射理论
4.1 光学谐振腔的衍射理论——菲涅耳衍射积分方程
4.1.1 菲涅耳�不�尔霍夫衍射公式
4.1.2 自再现模积分方程
4.2 对称共焦腔光场分布特性
4.2.1 方形镜共焦腔自再现模积分方程及其解
4.2.2 方形镜共焦腔自再现模的特征
4.2.3 方形镜共焦腔中的行波场
4.2.4 圆形镜共焦腔自再现模积分方程的解
4.2.5 圆形镜共焦腔自再现模的特征
4.2.6 圆形镜共焦腔的行波场
4.3 基模高斯光束的基本特点
4.3.1 高斯光束的振幅分布和光斑尺寸
4.3.2 高斯光束的相位分布
4.3.3 模体积
4.3.4 高斯光束的远场发散角
4.4 透镜对高斯光束的作用
4.4.1 薄透镜对高斯光束的变换
4.4.2 薄透镜对高斯光束q参数的变换
4.4.3 高斯光束的聚焦
4.4.4 高斯光束的准直

第5章 激光技术
5.1 光波的调制技术
5.1.1 激光调制的概念
5.1.2 激光调制方法
5.2 激光器选模技术
5.2.1 选模的基本概念
5.2.2 激光单横模的选取方法
5.2.3 激光单纵模的选取方法
5.3 激光器的稳频技术
5.3.1 影响频率稳定的因素
5.3.2 稳频方法
5.4 激光调Q技术
5.4.1 影响Q的因素及调Q原理
5.4.2 调Q方法

第6章 激光应用技术
6.1 激光应用技术的理论基础
6.1.1 激光与材料相互作用
6.1.2 激光的吸收过程
6.1.3 激光的热效应
6.1.4 等离子体产生过程
6.1.5 激光烧蚀过程
6.2 激光技术在材料加工领域的应用
6.2.1 激光熔覆技术
6.2.2 激光焊接技术
6.2.3 激光打孔技术
6.2.4 激光切割
6.2.5 激光快速成型
6.3 激光在军事领域的应用
6.3.1 激光测距
6.3.2 激光雷达、激光导航和激光制导
6.3.3 激光武器
6.4 激光技术在生物、医学领域的应用
6.4.1 激光在生物检测中的应用
6.4.2 激光在医疗中的应用
6.4.3 激光在医疗器械上的应用——激光刀
6.5 其他新型激光应用技术
6.5.1 激光输电技术
6.5.2 激光空间碎片处理技术
6.5.3 激光降雨技术

附录
附录1 常用物理常数
附录2 常见光学元件的光学变换矩阵
附录3 常用激光晶体的典型技术参数
附录4 典型气体激光器基本实验数据
附录5 典型固体激光器工作物质参数
参考文献

前言/序言

光影的魔术师：揭秘现代科技的基石 想象一下，一束光，它不再是随意挥洒的普照，而是被赋予了极致的定向性、单色性和高强度，能够精准地切割金属，又能在毫秒间传递海量信息，甚至还能在精细的医学手术中扮演无声的舞者。这就是“光”在被人类赋予了新的生命力之后，所能展现出的令人惊叹的魔力。而这一切的背后，都离不开一个被誉为“二十世纪最伟大的发明之一”的奇迹——激光。 激光，这个词汇本身就充满了未来感与力量感，它不是简单的光，而是“受激辐射的光”（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）的缩写，准确地捕捉到了其核心的产生机制。它如同一位精湛的工匠，将光子的能量汇聚、提炼，最终凝聚成一道不可思议的光束。这束光，拥有着与普通光源截然不同的特性：它具有极高的方向性，几乎没有发散；它的颜色极为纯净，几乎是单一的波长；它的能量密度巨大，能够瞬间释放出强大的力量。正是这些独特的属性，让激光从一个纯粹的科学概念，一跃成为驱动现代科技飞速发展的强大引擎。 本书将带领您踏上一段探索激光奥秘的旅程，但我们并非着眼于激光器本身的物理构造或复杂的数学模型。我们的重点在于，当激光这束精炼的光，被引入我们生活的方方面面时，它究竟带来了怎样的变革，又将如何继续塑造我们的未来。我们将深入探究激光在各个领域的神奇应用，展现其如何从实验室走向工业生产线，从医疗诊室走向太空探索，从日常生活走进艺术创作。 无所不在的雕刻家：工业生产的精密助手 在现代工业的宏大图景中，激光已成为不可或缺的精密加工工具。它如同一个拥有超凡技艺的雕刻家，能够以惊人的精度和效率完成各种复杂任务。 切割与焊接的革新： 想象一下，在汽车制造厂，巨大的金属板需要被精确切割成所需的形状，传统的机械切割方式不仅效率低下，还容易产生毛刺和变形。而激光切割，则能以极高的速度和极低的损耗，将厚重的金属板切割得如同纸张般平整，其切割的切缝甚至可以用发丝来衡量。同样，在焊接领域，激光焊接以其非接触式、高熔深、热影响区小的特点，能够实现对各种难熔金属、异种金属的完美连接，甚至可以焊接微电子元件，保证了产品的精密度和可靠性。从航空航天的精密部件到日常生活的电子产品，激光的加工身影无处不在，默默地提升着制造的品质和效率。 表面处理与改性的利器： 激光还能对材料表面进行精细的处理。例如，通过激光打标，可以在产品上留下清晰、永久的标记，无论是序列号、商标还是二维码，都能够清晰呈现，有效防止假冒伪劣。激光熔覆技术则能为工件表面添加一层具有特殊性能的涂层，如耐磨、耐腐蚀或导电涂层，大大延长了工件的使用寿命。此外，激光还能用于材料的退火、淬火等热处理过程，实现对材料性能的精确调控。 三维打印的灵魂： 近年来，三维打印技术（也称为增材制造）以其颠覆性的制造模式迅速崛起。而激光，正是许多先进三维打印技术的核心动力。在选择性激光烧结（SLS）和选择性激光熔化（SLM）等技术中，激光束被精确地控制，逐层扫描粉末材料，使其熔融并粘结在一起，最终构建出复杂的几何形状。这种技术突破了传统减材制造的限制，能够实现高度定制化、复杂结构的设计和制造，在航空航天、医疗器械、模具制造等领域展现出巨大的潜力。 生命科学的守护者：医疗健康的新希望 在与人类健康息息相关的医疗领域，激光同样扮演着举足轻重的角色，为疾病的诊断和治疗带来了前所未有的突破。 精准诊断的先锋： 激光在医学诊断中的应用，往往以其非侵入性和高灵敏度著称。例如，激光扫描共聚焦显微镜能够以极高的分辨率对生物组织进行成像，帮助科学家们观察细胞的微观结构和动态变化，为疾病机理的研究提供关键线索。激光多普勒血流测量仪则能无创地测量血液流速，对评估组织灌注和监测手术效果至关重要。 微创治疗的能手： 激光最令人瞩目的医学应用之一，在于其作为微创手术工具的强大能力。 眼科手术的革命： 在眼科领域，激光手术已经成为治疗近视、白内障、青光眼等眼疾的标准方法。准分子激光角膜切削术（LASIK）能够精确地重塑角膜曲率，矫正视力；Nd:YAG激光则可用于治疗后发障。这些手术创伤小、恢复快，极大地改善了患者的生活质量。 肿瘤治疗的新途径： 激光在肿瘤治疗方面也展现出巨大的潜力。光动力疗法（PDT）利用激光激活特定的光敏剂，在肿瘤部位产生有毒的单线态氧，从而杀死癌细胞，对某些浅表肿瘤或转移灶具有良好的疗效。此外，高能激光还可以直接用于烧灼肿瘤组织，减少出血并缩短手术时间。 美容与皮肤科的应用： 在美容领域，激光技术更是广泛应用于祛除纹身、治疗色斑、嫩肤、脱毛等方面。不同的激光波长和脉冲宽度可以针对不同的皮肤问题，实现精准、安全的治疗。 前沿研究的探索者： 除了临床应用，激光还在生命科学研究中扮演着关键角色。超快激光技术可以用来探测和操控单个分子的运动，帮助科学家们理解复杂的生化反应过程。荧光成像技术则可以利用激光激发生物分子产生荧光，实现对特定细胞、蛋白或核酸分子的追踪和定量分析。 信息时代的加速器：通信与数据传输的未来 信息时代的飞速发展，与激光在光通信领域的关键作用密不可分。光纤通信，正是激光技术最广泛、最重要的应用之一。 光纤通信的骨干： 激光器发出的光信号，通过光纤传输，能够以极高的速度和极低的损耗，在世界各地之间传递海量信息。从互联网的 backbone 网络，到我们家中接入的光纤宽带，激光都是信息高速公路上的关键驱动力。它的高带宽、低衰减特性，彻底改变了我们获取和传递信息的方式，使得视频通话、在线学习、远程办公等成为可能。 数据存储与处理： 激光在光盘（CD、DVD、Blu-ray）的读写过程中发挥着核心作用，它能够精确地在介质表面刻录和读取数据。尽管传统光盘的使用逐渐减少，但激光在更高密度的数据存储技术，如全息存储等领域，仍在积极探索和发展。 信息安全与加密： 激光的定向性和高强度特性，也使其在信息安全领域有所应用。例如，利用激光进行秘密信息传输，或者通过激光诱导的效应来检测信息泄露。 探索未知世界的眼睛：科研与测量的尖兵 激光的精确性、稳定性和高强度，使其成为探索宇宙奥秘和进行精密测量的强大工具。 空间探索的触角： 在天文学领域，激光雷达（LiDAR）被用于探测遥远星系的距离和结构，分析行星大气的成分。月球激光测距实验曾利用激光精确测量地月距离，验证广义相对论。 精密测量的利器： 激光干涉测量技术能够达到极高的测量精度，常用于精密仪器的校准、引力波的探测（如LIGO实验），以及地质学中的地壳形变监测。激光测距仪在建筑、测量、军事等领域也有着广泛应用，可以快速、准确地测量距离。 科学研究的加速器： 在物理学、化学、材料科学等众多基础科学领域，激光作为激发源、探测器或加工工具，推动着前沿研究的不断发展。例如，激光诱导击穿光谱（LIBS）技术可以快速分析材料的元素组成；飞秒激光和阿秒激光技术则为研究超快现象提供了前所未有的手段。 艺术与生活的点缀：文化与娱乐的新维度 除了严谨的科学和工业应用，激光也为我们的生活增添了更多的色彩和乐趣。 舞台与演出的魅力： 激光秀以其炫丽的色彩、动感的图案和与音乐的完美结合，为演唱会、庆典活动、主题公园等场所带来了震撼的视觉体验，成为现代舞台艺术不可或缺的一部分。 科学教育的直观展示： 简单的激光笔和光学实验，能够直观地展示光的传播、反射、折射等基本原理，激发学生们对物理学的兴趣。 创意与设计的新媒介： 激光雕刻机和激光切割机，也为艺术家和设计师提供了新的创作工具，能够将创意转化为精美的工艺品、个性化的礼品和独特的装饰品。 展望未来：无限可能的光芒 当我们站在今天的视野回望，激光从一个物理学家的奇思妙想，演变成了驱动现代社会进步的关键技术，其影响力之深远，令人惊叹。而放眼未来，激光技术的探索和应用仍将继续深化。量子计算、激光核聚变、更高效的能源转换，以及对宇宙更深层次的理解，都可能与激光的未来发展紧密相连。 本书旨在勾勒出激光技术在各个领域的核心应用图景，让读者能够清晰地认识到，这束被人类驾驭的光，是如何以其独特的力量，重塑着我们的世界，并不断开启着新的可能。它不仅是科技的结晶，更是人类智慧与探索精神的象征，预示着一个更加光明的未来。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对物理学前沿研究抱有浓厚兴趣的普通读者，我一直对“激光”这个词充满了敬畏感。它不仅仅是科学家的工具，更是推动人类文明进步的重要力量。我翻阅《激光原理与应用》这本书的时候，首先被它庞大的知识体系所震撼。它似乎不仅仅停留在基础理论层面，更是将目光投向了激光在各个尖端科技领域的应用，这让我感到非常兴奋。我特别好奇书中是否会详细介绍激光在生物医学领域的应用，比如激光手术、激光治疗，甚至激光在基因测序等方面的潜在作用。我一直觉得，科学技术最终是要服务于人类健康和福祉的，而激光在这方面无疑扮演着重要的角色。此外，书中关于激光在天文学、空间探测等领域的应用，也让我充满了想象。它是否会揭示激光如何帮助我们观测遥远的星系，或者如何在太空探索中发挥作用？我希望这本书能够打开我的视野，让我看到激光技术的无限可能，并且能够引发我对更多未知领域的好奇心。

评分☆☆☆☆☆

我一直对那些能够改变世界的颠覆性技术特别着迷，而激光绝对是其中之一。当我拿到《激光原理与应用》这本书时，就迫不及待地想要深入了解它的内容。我最期待的是书中关于激光在信息技术和安全领域应用的章节。例如，激光在光存储技术中的原理是什么？它如何实现高密度的数据存储？这对于理解我们目前使用的各种存储设备有着至关重要的意义。另外，我一直对激光在安防领域，如激光扫描、激光测距，甚至激光武器的原理充满好奇。书中是否会对此进行详细的解读？它是否会涉及到一些关于激光安全性的讨论，比如激光防护的措施？我希望这本书能够提供给我一个全面且深入的视角，让我能够理解激光技术是如何渗透到我们生活的方方面面，并且在未来的发展中扮演着怎样的关键角色。这本书就像一个宝藏，等待我去挖掘其中的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对光电信息技术非常感兴趣的学生，一直希望能在专业课之余，找到一本能够拓宽知识面的书籍。当我在书店偶然瞥见《激光原理与应用》这本书时，就被它的内容所吸引。这本书的书名就直接点明了它的核心内容，这让我觉得非常直接和实用。我最期待的是书中关于激光与光学器件相互作用的部分。例如，不同类型的激光器（如气体激光器、固体激光器、半导体激光器）在发光原理、输出特性上有什么差异？它们各自的优缺点是什么？书中是否会包含一些关于激光腔设计、谐振模式的理论分析？另外，关于激光的调制和解调技术，我一直觉得非常神奇。它是如何将信息编码到激光信号中，又如何准确地将其提取出来？这对于我理解光通信、光计算等前沿技术至关重要。我希望这本书能够用清晰易懂的方式解释这些复杂的概念，并且能够给我一些实际的应用案例，让我能够更好地将理论知识与实际问题相结合。

评分☆☆☆☆☆

我之前在网上看到过一些关于激光技术的科普文章，但是总感觉意犹未尽，缺乏系统性的梳理。这本书的出现，简直就是我一直在寻找的“及时雨”。从它流畅的语言风格和清晰的结构划分来看，作者一定花了很多心思来组织内容。我尤其关注的是书中关于激光在不同工业领域的应用部分。例如，在材料加工方面，激光切割和焊接的精度和效率究竟能达到什么程度？它如何改变了传统的制造业？我脑海中闪过许多关于精密仪器制造、微电子加工的画面，不知道书中会不会深入剖析这些应用场景。另外，书中对激光在通信领域的应用也有着浓墨重彩的介绍，这让我联想到光纤通信的飞速发展，不禁思考激光在这个过程中扮演了怎样的关键角色。还有，我最近听说激光雷达在自动驾驶技术中至关重要，不知道这本书会不会对这方面有所涉及，解释它的工作原理和实际效果。总之，我希望这本书能提供给我一个全面而深入的激光技术应用图景，让我能够更好地理解这项技术是如何改变我们的生活和社会的。

评分☆☆☆☆☆

哇，这本书的封面设计我真的太喜欢了！深邃的蓝色背景，点缀着几束抽象的光线，还有那个简洁却有力的书名“激光原理与应用”，一下子就抓住了我的眼球。我平时就对物理学，尤其是光物理领域特别感兴趣，而激光作为现代科技的一个重要基石，更是让我充满了好奇。虽然我还没有完全深入阅读这本书，但仅仅是翻阅目录和序言，我就被它所展现的宏大图景所吸引。它似乎不仅仅是一本枯燥的教科书，更像是一扇通往奇妙世界的窗口。我特别期待它能详细讲解激光的产生机制，从原子跃迁到受激辐射，这些基础理论对我来说一直是“书中自有黄金屋”般的神秘存在。然后，它还会将这些理论巧妙地联系到我们日常生活中，甚至是一些高科技领域。比如，我一直很好奇，为什么手术可以用激光完成？为什么CD/DVD播放器能读取信息？还有那些科幻电影里炫酷的激光武器，书中会不会揭示其中的原理？总之，这本书给了我一个巨大的想象空间，我相信它一定能满足我对激光世界的探知欲，并且在不经意间，拓宽我的视野，让我对这个世界有更深刻的理解。