激光原理與應用 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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楊玉玲 著

圖書標籤:

• 激光原理
• 激光技術
• 光學
• 物理學
• 光電子學
• 應用光學
• 激光應用
• 光縴激光器
• 固體激光器
• 激光器

齣版社： 化學工業齣版社

ISBN：9787122227423

版次：1

商品編碼：11684748

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2015-05-01

用紙：膠版紙

頁數：203

正文語種：中文

編輯推薦

　　《激光原理與應用》以激光産生的基礎理論知識為主，同時對其廣闊的應用領域進行瞭展望。既有基礎理論，又有具體的應用，可供從事光電子技術和光通信技術的科技人員參考，也可以作為高等院校電子科學與技術、光信息科學與技術、光電信息工程和應用物理等專業本科生的教材。

內容簡介

　　《激光原理與應用》首先對激光産生的物理基礎；光與物質相互作用及機理、譜綫加寬機製、速率方程組理論以及介質對光的增益；光學諧振腔的幾何理論、激光振蕩的形成及輸齣特性；光學諧振腔的衍射理論等基礎知識進行瞭介紹。然後對改善激光器特性的各種技術以及激光在各領域的應用等進行瞭論述。
　　《激光原理與應用》可供從事應用物理、光電子等研發的科研人員和技術人員參考，也可作為相關專業的本科生教材。

目錄

第1章 激光産生的物理基礎
1.1 光的本質及激光的發展
1.1.1 光的本質
1.1.2 激光的發展簡史
1.2 産生激光的能級理論
1.2.1 原子能級和簡並度
1.2.2 單個原子的原子態及能級結構
1.2.3 能級躍遷理論
1.2.4 多原子係統的粒子分布
1.3 量子態的基本假設
1.3.1 光子的基本性質
1.3.2 光子的相乾性
1.3.3 光波模式和光子態
1.3.4 光子簡並度
1.3.5 激光的模式
1.4 激光的産生及特性
1.4.1 激光産生過程
1.4.2 激光器基本組成及類型
1.4.3 激光的特性

第2章 光與物質相互作用及機理
2.1 黑體輻射與普朗剋公式
2.2 光與物質相互作用及愛因斯坦關係式
2.2.1 自發輻射
2.2.2 受激吸收
2.2.3 受激輻射
2.2.4 愛因斯坦三係數的關係
2.2.5 自發輻射與受激輻射的光功率
2.3 譜綫加寬機製
2.3.1 光譜綫的綫型和綫寬
2.3.2 均勻加寬
2.3.3 非均勻加寬
2.3.4 均勻加寬與非均勻加寬綫型比較
2.3.5 綜閤加寬
2.4 速率方程組理論
2.4.1 修正的愛因斯坦三係數
2.4.2 三能級係統的速率方程組
2.4.3 四能級係統的速率方程組
2.5 穩態條件下粒子數密度反轉分布及增益係數
2.5.1 小信號條件下反轉粒子數分布
2.5.2 均勻加寬介質小信號增益係數
2.5.3 非均勻加寬介質小信號增益係數
2.5.4 均勻加寬大信號反轉粒子數密度分布
2.5.5 反轉粒子數密度的飽和效應
2.5.6 均勻加寬大信號增益係數
2.5.7 非均勻加寬大信號反轉粒子數密度分布
2.5.8 非均勻加寬大信號增益係數

第3章 光學諧振腔的幾何理論及輸齣特性
3.1 光學諧振腔的幾何理論——光學變換矩陣
3.1.1 光綫在自由空間傳播的光學變換矩陣
3.1.2 光綫經球麵鏡反射的光學變換矩陣
3.1.3 共軸球麵諧振腔的光學變換矩陣
3.2 光學諧振腔的穩定性條件及其分類
3.2.1 光學諧振腔的穩定性條件
3.2.2 穩區圖及其應用
3.2.3 共軸球麵腔分類
3.3 光學諧振腔的損耗
3.3.1 平均單程損耗因子δ
3.3.2 諧振腔的壽命τc
3.3.3 諧振腔的品質因數Q
3.4 激光形成的閾值條件
3.4.1 閾值增益係數
3.4.2 閾值反轉粒子數密度
3.4.3 激光上能級閾值粒子數密度
3.4.4 連續或長脈衝激光器的閾值泵浦功率
3.4.5 短脈衝激光器的閾值泵浦功率
3.5 模式競爭
3.5.1 起振模式數計算
3.5.2 均勻加寬激光器中的模式競爭
3.5.3 非均勻加寬激光器中的模式競爭
3.6 激光器的輸齣特性
3.6.1 連續或長脈衝激光器的輸齣功率
3.6.2 單模激光器的綫寬極限

第4章 光學諧振腔的衍射理論
4.1 光學諧振腔的衍射理論——菲涅耳衍射積分方程
4.1.1 菲涅耳�不�爾霍夫衍射公式
4.1.2 自再現模積分方程
4.2 對稱共焦腔光場分布特性
4.2.1 方形鏡共焦腔自再現模積分方程及其解
4.2.2 方形鏡共焦腔自再現模的特徵
4.2.3 方形鏡共焦腔中的行波場
4.2.4 圓形鏡共焦腔自再現模積分方程的解
4.2.5 圓形鏡共焦腔自再現模的特徵
4.2.6 圓形鏡共焦腔的行波場
4.3 基模高斯光束的基本特點
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 模體積
4.3.4 高斯光束的遠場發散角
4.4 透鏡對高斯光束的作用
4.4.1 薄透鏡對高斯光束的變換
4.4.2 薄透鏡對高斯光束q參數的變換
4.4.3 高斯光束的聚焦
4.4.4 高斯光束的準直

第5章 激光技術
5.1 光波的調製技術
5.1.1 激光調製的概念
5.1.2 激光調製方法
5.2 激光器選模技術
5.2.1 選模的基本概念
5.2.2 激光單橫模的選取方法
5.2.3 激光單縱模的選取方法
5.3 激光器的穩頻技術
5.3.1 影響頻率穩定的因素
5.3.2 穩頻方法
5.4 激光調Q技術
5.4.1 影響Q的因素及調Q原理
5.4.2 調Q方法

第6章 激光應用技術
6.1 激光應用技術的理論基礎
6.1.1 激光與材料相互作用
6.1.2 激光的吸收過程
6.1.3 激光的熱效應
6.1.4 等離子體産生過程
6.1.5 激光燒蝕過程
6.2 激光技術在材料加工領域的應用
6.2.1 激光熔覆技術
6.2.2 激光焊接技術
6.2.3 激光打孔技術
6.2.4 激光切割
6.2.5 激光快速成型
6.3 激光在軍事領域的應用
6.3.1 激光測距
6.3.2 激光雷達、激光導航和激光製導
6.3.3 激光武器
6.4 激光技術在生物、醫學領域的應用
6.4.1 激光在生物檢測中的應用
6.4.2 激光在醫療中的應用
6.4.3 激光在醫療器械上的應用——激光刀
6.5 其他新型激光應用技術
6.5.1 激光輸電技術
6.5.2 激光空間碎片處理技術
6.5.3 激光降雨技術

附錄
附錄1 常用物理常數
附錄2 常見光學元件的光學變換矩陣
附錄3 常用激光晶體的典型技術參數
附錄4 典型氣體激光器基本實驗數據
附錄5 典型固體激光器工作物質參數
參考文獻

前言/序言

光影的魔術師：揭秘現代科技的基石 想象一下，一束光，它不再是隨意揮灑的普照，而是被賦予瞭極緻的定嚮性、單色性和高強度，能夠精準地切割金屬，又能在毫秒間傳遞海量信息，甚至還能在精細的醫學手術中扮演無聲的舞者。這就是“光”在被人類賦予瞭新的生命力之後，所能展現齣的令人驚嘆的魔力。而這一切的背後，都離不開一個被譽為“二十世紀最偉大的發明之一”的奇跡——激光。 激光，這個詞匯本身就充滿瞭未來感與力量感，它不是簡單的光，而是“受激輻射的光”（Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）的縮寫，準確地捕捉到瞭其核心的産生機製。它如同一位精湛的工匠，將光子的能量匯聚、提煉，最終凝聚成一道不可思議的光束。這束光，擁有著與普通光源截然不同的特性：它具有極高的方嚮性，幾乎沒有發散；它的顔色極為純淨，幾乎是單一的波長；它的能量密度巨大，能夠瞬間釋放齣強大的力量。正是這些獨特的屬性，讓激光從一個純粹的科學概念，一躍成為驅動現代科技飛速發展的強大引擎。 本書將帶領您踏上一段探索激光奧秘的旅程，但我們並非著眼於激光器本身的物理構造或復雜的數學模型。我們的重點在於，當激光這束精煉的光，被引入我們生活的方方麵麵時，它究竟帶來瞭怎樣的變革，又將如何繼續塑造我們的未來。我們將深入探究激光在各個領域的神奇應用，展現其如何從實驗室走嚮工業生産綫，從醫療診室走嚮太空探索，從日常生活走進藝術創作。 無所不在的雕刻傢：工業生産的精密助手 在現代工業的宏大圖景中，激光已成為不可或缺的精密加工工具。它如同一個擁有超凡技藝的雕刻傢，能夠以驚人的精度和效率完成各種復雜任務。 切割與焊接的革新： 想象一下，在汽車製造廠，巨大的金屬闆需要被精確切割成所需的形狀，傳統的機械切割方式不僅效率低下，還容易産生毛刺和變形。而激光切割，則能以極高的速度和極低的損耗，將厚重的金屬闆切割得如同紙張般平整，其切割的切縫甚至可以用發絲來衡量。同樣，在焊接領域，激光焊接以其非接觸式、高熔深、熱影響區小的特點，能夠實現對各種難熔金屬、異種金屬的完美連接，甚至可以焊接微電子元件，保證瞭産品的精密度和可靠性。從航空航天的精密部件到日常生活的電子産品，激光的加工身影無處不在，默默地提升著製造的品質和效率。 錶麵處理與改性的利器： 激光還能對材料錶麵進行精細的處理。例如，通過激光打標，可以在産品上留下清晰、永久的標記，無論是序列號、商標還是二維碼，都能夠清晰呈現，有效防止假冒僞劣。激光熔覆技術則能為工件錶麵添加一層具有特殊性能的塗層，如耐磨、耐腐蝕或導電塗層，大大延長瞭工件的使用壽命。此外，激光還能用於材料的退火、淬火等熱處理過程，實現對材料性能的精確調控。 三維打印的靈魂： 近年來，三維打印技術（也稱為增材製造）以其顛覆性的製造模式迅速崛起。而激光，正是許多先進三維打印技術的核心動力。在選擇性激光燒結（SLS）和選擇性激光熔化（SLM）等技術中，激光束被精確地控製，逐層掃描粉末材料，使其熔融並粘結在一起，最終構建齣復雜的幾何形狀。這種技術突破瞭傳統減材製造的限製，能夠實現高度定製化、復雜結構的設計和製造，在航空航天、醫療器械、模具製造等領域展現齣巨大的潛力。 生命科學的守護者：醫療健康的新希望 在與人類健康息息相關的醫療領域，激光同樣扮演著舉足輕重的角色，為疾病的診斷和治療帶來瞭前所未有的突破。 精準診斷的先鋒： 激光在醫學診斷中的應用，往往以其非侵入性和高靈敏度著稱。例如，激光掃描共聚焦顯微鏡能夠以極高的分辨率對生物組織進行成像，幫助科學傢們觀察細胞的微觀結構和動態變化，為疾病機理的研究提供關鍵綫索。激光多普勒血流測量儀則能無創地測量血液流速，對評估組織灌注和監測手術效果至關重要。 微創治療的能手： 激光最令人矚目的醫學應用之一，在於其作為微創手術工具的強大能力。 眼科手術的革命： 在眼科領域，激光手術已經成為治療近視、白內障、青光眼等眼疾的標準方法。準分子激光角膜切削術（LASIK）能夠精確地重塑角膜麯率，矯正視力；Nd:YAG激光則可用於治療後發障。這些手術創傷小、恢復快，極大地改善瞭患者的生活質量。 腫瘤治療的新途徑： 激光在腫瘤治療方麵也展現齣巨大的潛力。光動力療法（PDT）利用激光激活特定的光敏劑，在腫瘤部位産生有毒的單綫態氧，從而殺死癌細胞，對某些淺錶腫瘤或轉移竈具有良好的療效。此外，高能激光還可以直接用於燒灼腫瘤組織，減少齣血並縮短手術時間。 美容與皮膚科的應用： 在美容領域，激光技術更是廣泛應用於祛除紋身、治療色斑、嫩膚、脫毛等方麵。不同的激光波長和脈衝寬度可以針對不同的皮膚問題，實現精準、安全的治療。 前沿研究的探索者： 除瞭臨床應用，激光還在生命科學研究中扮演著關鍵角色。超快激光技術可以用來探測和操控單個分子的運動，幫助科學傢們理解復雜的生化反應過程。熒光成像技術則可以利用激光激發生物分子産生熒光，實現對特定細胞、蛋白或核酸分子的追蹤和定量分析。 信息時代的加速器：通信與數據傳輸的未來 信息時代的飛速發展，與激光在光通信領域的關鍵作用密不可分。光縴通信，正是激光技術最廣泛、最重要的應用之一。 光縴通信的骨乾： 激光器發齣的光信號，通過光縴傳輸，能夠以極高的速度和極低的損耗，在世界各地之間傳遞海量信息。從互聯網的 backbone 網絡，到我們傢中接入的光縴寬帶，激光都是信息高速公路上的關鍵驅動力。它的高帶寬、低衰減特性，徹底改變瞭我們獲取和傳遞信息的方式，使得視頻通話、在綫學習、遠程辦公等成為可能。 數據存儲與處理： 激光在光盤（CD、DVD、Blu-ray）的讀寫過程中發揮著核心作用，它能夠精確地在介質錶麵刻錄和讀取數據。盡管傳統光盤的使用逐漸減少，但激光在更高密度的數據存儲技術，如全息存儲等領域，仍在積極探索和發展。 信息安全與加密： 激光的定嚮性和高強度特性，也使其在信息安全領域有所應用。例如，利用激光進行秘密信息傳輸，或者通過激光誘導的效應來檢測信息泄露。 探索未知世界的眼睛：科研與測量的尖兵 激光的精確性、穩定性和高強度，使其成為探索宇宙奧秘和進行精密測量的強大工具。 空間探索的觸角： 在天文學領域，激光雷達（LiDAR）被用於探測遙遠星係的距離和結構，分析行星大氣的成分。月球激光測距實驗曾利用激光精確測量地月距離，驗證廣義相對論。 精密測量的利器： 激光乾涉測量技術能夠達到極高的測量精度，常用於精密儀器的校準、引力波的探測（如LIGO實驗），以及地質學中的地殼形變監測。激光測距儀在建築、測量、軍事等領域也有著廣泛應用，可以快速、準確地測量距離。 科學研究的加速器： 在物理學、化學、材料科學等眾多基礎科學領域，激光作為激發源、探測器或加工工具，推動著前沿研究的不斷發展。例如，激光誘導擊穿光譜（LIBS）技術可以快速分析材料的元素組成；飛秒激光和阿秒激光技術則為研究超快現象提供瞭前所未有的手段。 藝術與生活的點綴：文化與娛樂的新維度 除瞭嚴謹的科學和工業應用，激光也為我們的生活增添瞭更多的色彩和樂趣。 舞颱與演齣的魅力： 激光秀以其炫麗的色彩、動感的圖案和與音樂的完美結閤，為演唱會、慶典活動、主題公園等場所帶來瞭震撼的視覺體驗，成為現代舞颱藝術不可或缺的一部分。 科學教育的直觀展示： 簡單的激光筆和光學實驗，能夠直觀地展示光的傳播、反射、摺射等基本原理，激發學生們對物理學的興趣。 創意與設計的新媒介： 激光雕刻機和激光切割機，也為藝術傢和設計師提供瞭新的創作工具，能夠將創意轉化為精美的工藝品、個性化的禮品和獨特的裝飾品。 展望未來：無限可能的光芒 當我們站在今天的視野迴望，激光從一個物理學傢的奇思妙想，演變成瞭驅動現代社會進步的關鍵技術，其影響力之深遠，令人驚嘆。而放眼未來，激光技術的探索和應用仍將繼續深化。量子計算、激光核聚變、更高效的能源轉換，以及對宇宙更深層次的理解，都可能與激光的未來發展緊密相連。 本書旨在勾勒齣激光技術在各個領域的核心應用圖景，讓讀者能夠清晰地認識到，這束被人類駕馭的光，是如何以其獨特的力量，重塑著我們的世界，並不斷開啓著新的可能。它不僅是科技的結晶，更是人類智慧與探索精神的象徵，預示著一個更加光明的未來。

評分☆☆☆☆☆

哇，這本書的封麵設計我真的太喜歡瞭！深邃的藍色背景，點綴著幾束抽象的光綫，還有那個簡潔卻有力的書名“激光原理與應用”，一下子就抓住瞭我的眼球。我平時就對物理學，尤其是光物理領域特彆感興趣，而激光作為現代科技的一個重要基石，更是讓我充滿瞭好奇。雖然我還沒有完全深入閱讀這本書，但僅僅是翻閱目錄和序言，我就被它所展現的宏大圖景所吸引。它似乎不僅僅是一本枯燥的教科書，更像是一扇通往奇妙世界的窗口。我特彆期待它能詳細講解激光的産生機製，從原子躍遷到受激輻射，這些基礎理論對我來說一直是“書中自有黃金屋”般的神秘存在。然後，它還會將這些理論巧妙地聯係到我們日常生活中，甚至是一些高科技領域。比如，我一直很好奇，為什麼手術可以用激光完成？為什麼CD/DVD播放器能讀取信息？還有那些科幻電影裏炫酷的激光武器，書中會不會揭示其中的原理？總之，這本書給瞭我一個巨大的想象空間，我相信它一定能滿足我對激光世界的探知欲，並且在不經意間，拓寬我的視野，讓我對這個世界有更深刻的理解。

評分☆☆☆☆☆

我是一名對光電信息技術非常感興趣的學生，一直希望能在專業課之餘，找到一本能夠拓寬知識麵的書籍。當我在書店偶然瞥見《激光原理與應用》這本書時，就被它的內容所吸引。這本書的書名就直接點明瞭它的核心內容，這讓我覺得非常直接和實用。我最期待的是書中關於激光與光學器件相互作用的部分。例如，不同類型的激光器（如氣體激光器、固體激光器、半導體激光器）在發光原理、輸齣特性上有什麼差異？它們各自的優缺點是什麼？書中是否會包含一些關於激光腔設計、諧振模式的理論分析？另外，關於激光的調製和解調技術，我一直覺得非常神奇。它是如何將信息編碼到激光信號中，又如何準確地將其提取齣來？這對於我理解光通信、光計算等前沿技術至關重要。我希望這本書能夠用清晰易懂的方式解釋這些復雜的概念，並且能夠給我一些實際的應用案例，讓我能夠更好地將理論知識與實際問題相結閤。

評分☆☆☆☆☆

我之前在網上看到過一些關於激光技術的科普文章，但是總感覺意猶未盡，缺乏係統性的梳理。這本書的齣現，簡直就是我一直在尋找的“及時雨”。從它流暢的語言風格和清晰的結構劃分來看，作者一定花瞭很多心思來組織內容。我尤其關注的是書中關於激光在不同工業領域的應用部分。例如，在材料加工方麵，激光切割和焊接的精度和效率究竟能達到什麼程度？它如何改變瞭傳統的製造業？我腦海中閃過許多關於精密儀器製造、微電子加工的畫麵，不知道書中會不會深入剖析這些應用場景。另外，書中對激光在通信領域的應用也有著濃墨重彩的介紹，這讓我聯想到光縴通信的飛速發展，不禁思考激光在這個過程中扮演瞭怎樣的關鍵角色。還有，我最近聽說激光雷達在自動駕駛技術中至關重要，不知道這本書會不會對這方麵有所涉及，解釋它的工作原理和實際效果。總之，我希望這本書能提供給我一個全麵而深入的激光技術應用圖景，讓我能夠更好地理解這項技術是如何改變我們的生活和社會的。

評分☆☆☆☆☆

我一直對那些能夠改變世界的顛覆性技術特彆著迷，而激光絕對是其中之一。當我拿到《激光原理與應用》這本書時，就迫不及待地想要深入瞭解它的內容。我最期待的是書中關於激光在信息技術和安全領域應用的章節。例如，激光在光存儲技術中的原理是什麼？它如何實現高密度的數據存儲？這對於理解我們目前使用的各種存儲設備有著至關重要的意義。另外，我一直對激光在安防領域，如激光掃描、激光測距，甚至激光武器的原理充滿好奇。書中是否會對此進行詳細的解讀？它是否會涉及到一些關於激光安全性的討論，比如激光防護的措施？我希望這本書能夠提供給我一個全麵且深入的視角，讓我能夠理解激光技術是如何滲透到我們生活的方方麵麵，並且在未來的發展中扮演著怎樣的關鍵角色。這本書就像一個寶藏，等待我去挖掘其中的奧秘。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對物理學前沿研究抱有濃厚興趣的普通讀者，我一直對“激光”這個詞充滿瞭敬畏感。它不僅僅是科學傢的工具，更是推動人類文明進步的重要力量。我翻閱《激光原理與應用》這本書的時候，首先被它龐大的知識體係所震撼。它似乎不僅僅停留在基礎理論層麵，更是將目光投嚮瞭激光在各個尖端科技領域的應用，這讓我感到非常興奮。我特彆好奇書中是否會詳細介紹激光在生物醫學領域的應用，比如激光手術、激光治療，甚至激光在基因測序等方麵的潛在作用。我一直覺得，科學技術最終是要服務於人類健康和福祉的，而激光在這方麵無疑扮演著重要的角色。此外，書中關於激光在天文學、空間探測等領域的應用，也讓我充滿瞭想象。它是否會揭示激光如何幫助我們觀測遙遠的星係，或者如何在太空探索中發揮作用？我希望這本書能夠打開我的視野，讓我看到激光技術的無限可能，並且能夠引發我對更多未知領域的好奇心。