激光束的强度矩描述 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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冯国英，周寿桓 著

图书标签:

• 激光束
• 强度
• 矩
• 光学
• 光束传播
• 激光技术
• 电磁场
• 数学方法
• 物理学
• 光学工程

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118111651

版次：1

商品编码：12050969

包装：平装

丛书名： 现代激光技术及应用

开本：16开

出版时间：2016-10-01

用纸：胶版纸

内容简介

　　国家出版基金项目、“十二五”国家重点图书出版规划项目
　　丛书共计23分册，860余万字，以激光技术的进展为核心，围绕高功率、高亮度激光器，激光束的传输、控制以及在国防中的应用三个领域，系统且重点突出地介绍了现代激光技术的发展与应用。丛书包含现代激光技术的进展、关键科学技术问题，所有编写人员都是长期从事该领域研究并获得重要成果的一流研究人员，因此，书中不仅理论系统，还含有大量作者的心得体会、研究成果，实用价值很高，引领性强。
　　丛书可供从事激光技术研究的科研工作者和工程技术人员参考，同时对于物理学、光学、电子技术等专业的本科生、硕士及博士研究生来说，也是一套非常有价值的参考书。

作者简介

　　冯国英，四川大学电子信息学院教授，博士生导师，副院长。主要研究方向为固体激光技术和光通信、激光线性和非线性传输及其应用技术研究等。在国内外发表学术论文60余篇。主研项目获四川省科技进步二等奖二项，获国防科工委科技进步二等奖一项，获四川省科技进步三等奖二项。入选国家教育部骨干教师；获首届“四川青年五四奖章”，获“四川省三八红旗手”称号。

目录

第1章线性光学系统
1.1光线向量
1.2光学系统的2×2矩阵描述
1.2.1ABCD定律
1.3光学系统的2×2矩阵的特性
1.3.1行列式的值
1.3.2逆矩阵和反向变换矩阵
1.3.3本征值
1.3.4本征向量
1.4像散光学系统的4×4矩阵描述
1.4.1ABCD定律
1.5光学系统4×4矩阵的特性
1.5.1对偶性
1.5.2空间对称性
1.5.3矩阵的旋转
1.5.4本征值
1.5.5本征向量
参考文献
第2章激光束的强度分布
2.1基模高斯光束的强度分布
2.1.1基模高斯光束的场分布
2.1.2基模高斯光束的基本性质
2.1.3基模高斯光束的强度分布
2.1.4基模高斯光束的q-1参数
2.1.5q参数的abcd定律
2.1.6谐振腔中的自再现基模高斯光束
2.1.7基模高斯光束的复光线
2.1.8基模高斯光束在无源腔内的传输变换规律
2.2H�睪mn模式光束的强度分布
2.3L�睪pl模式光束的强度分布
2.4LPmn模式光束的强度分布
2.5嵌入高斯光束的强度分布
2.6像散光束的强度分布
2.6.1像散的产生
2.6.2像散基模高斯光束
2.6.3像散H�睪mn模式光束
2.6.4像散L�睪pl模式光束
2.6.5像散LPmn模式光束
2.7扭曲光束的强度分布
2.7.1扭曲光束的产生
2.7.2扭曲基模高斯光束
2.7.3扭曲H�睪mn模式光束
2.7.4扭曲L�睪pl模式光束
2.7.5扭曲LPmn模式光束
2.8光束强度分布的测量方法
2.8.1针孔扫描法
2.8.2狭缝扫描法
2.8.3二维阵列探测器法
2.8.4复振幅传输法
参考文献
第3章强度矩定义及传输
3.1零阶强度矩
3.2一阶强度矩
3.2.1基模高斯光束的一阶强度矩
3.2.2H�睪mn模式光束的一阶强度矩
3.2.3L�睪pl模式光束的一阶强度矩
3.2.4LPmn模式光束的一阶强度矩
3.3二阶强度矩
3.3.1二阶强度矩参量的定义
3.3.2H�睪mn模式光束
3.3.3L�睪pl模式光束
3.3.4LPmn模式光束
3.3.5束半宽平方矩阵的旋转变换
3.3.6V矩阵的定义
3.3.7V矩阵的ABCD定律
3.3.8V矩阵的旋转变换
3.3.9V矩阵的自由空间传输变换
3.3.10V矩阵的薄透镜变换
3.4任意阶强度矩
3.5强度矩传输的ABCD定理
3.6强度矩描述的光束特征参数
3.6.1束半宽平方矩阵
3.6.2远场发散半角平方矩阵
3.6.3束宽和远场发散半角的主方位角
3.6.4束腰位置和束腰半径
3.6.5瑞利长度
3.6.6等效曲率半径
3.6.7平整度参数
参考文献
第4章光束的像散和扭曲
4.1光束的像散
4.1.1像散基模高斯光束的像散系数aZF
4.1.2像散H�睪mn模式光束的像散系数aZF
4.1.3像散L�睪pl模式光束的像散系数aZF
4.1.4像散LPmn模式光束的像散系数aZF
4.1.5像散光束的像散系数aZF
4.2光束的扭曲
4.2.1扭曲度tnear、tfar和扭曲系数tZF
4.2.2扭曲基模高斯光束的扭曲系数tZF
4.2.3扭曲H�睪mn模式光束的扭曲系数tZF
4.2.4扭曲L�睪pl模式光束的扭曲系数tZF
4.2.5扭曲LPmn模式光束的扭曲系数tZF
参考文献
第5章光束质量M曲线和M矩阵
5.1M参数的定义
5.1.1由二阶强度矩束宽二次曲线确定M参数
5.1.2由V矩阵元确定M参数
5.1.3由二阶强度矩束宽三点法确定M参数
5.2M参数的传输不变性
5.2.1自由空间传输的不变性
5.2.2旋转对称线性光学系统变换的不变性
5.2.3光场旋转变换的不变量
5.3M曲线
5.3.1H�睪mn模式光束的极坐标M曲线
5.3.2L�睪pl模式光束的极坐标M曲线
5.3.3LPmn模式光束的极坐标M曲线
5.3.4像散H�睪mn模式光束的极坐标M曲线
5.3.5普通像散光束的极坐标M曲线
5.3.6扭曲H�睪mn模式光束的极坐标M曲线
5.4束质量QZF
5.4.1H�睪mn模式光束的束质量QZF
5.4.2L�睪pl模式光束的束质量QZF
5.4.3LPmn模式光束的束质量QZF
5.5M2矩阵
5.5.1H�睪mn模式光束的M2矩阵
5.5.2H�睪mn模式光束旋转后的M2矩阵
5.5.3L�睪pl模式光束的M2矩阵
5.5.4L�睪pl模式光束旋转后的M2矩阵
5.5.5多模式光束的M2矩阵
5.5.6像散光束的M2矩阵
5.6M4矩阵
5.6.1像散基模高斯光束的M4矩阵
5.6.2像散H�睪mn模式光束的M4矩阵
5.6.3一般像散光束的M4矩阵
5.7光束特征
5.7.1理想基模高斯光束
5.7.2H�睪mn模式光束
5.7.3无像散无扭曲光束
5.7.4像散光束
5.7.5扭曲光束
5.8光束的传输旋转不变量
5.8.1旋转对称光束
5.8.2像散光束
5.8.3扭曲光束
参考文献

光之脉动：探索激光束的能量分布与空间特性 本书并非详述“激光束的强度矩描述”，而是将目光投向激光这项颠覆性技术所展现出的丰富多姿的物理现象，以及我们如何理解和量化激光束的内在“生命力”——其能量如何分布、如何在空间中传播、以及这些特性如何影响其应用。我们将深入探究激光这一独特光源的核心特质，从其诞生伊始的光学奇迹，逐步揭示其能量形态的奥秘，并聚焦于一系列与之紧密相关的关键概念，为读者构建一个关于激光束特性的全面认知框架。 第一章：激光，超越光明的存在 在进入对激光束能量分布的细致剖析之前，我们首先需要理解激光本身为何如此与众不同。本书将从激光的基本原理出发，简要回顾其产生机制。我们将探讨激发态、粒子数反转、受激辐射这些构成激光核心的物理概念，理解它们如何促成激光的单色性、方向性、相干性以及高强度等革命性特征。不同于我们日常接触到的普通光源，激光并不是自然界随机发出的光，而是经过精确控制和放大产生的，这种“秩序”赋予了它独一无二的性能。我们将借此机会，重温激光从理论构想到实际应用的辉煌历程，体会这项发明如何深刻地改变了科学、工业、医疗和通信等众多领域。 第二章：能量的涟漪：理解光束的横向分布 激光束的能量并非均匀地散布在整个光束截面上，而是呈现出一种特定的空间分布模式。本章将着重探讨激光束在横向（垂直于传播方向）上的能量分布特性。我们会引入描述这种分布的核心概念，如“光斑”（beam profile），并介绍不同类型的激光输出模式，特别是基模（TEM00）和高斯光束。高斯光束作为最常见、也是理论分析中最基础的激光模式，其能量分布近似于高斯函数，在光束中心能量最强，并向外逐渐衰减。我们将深入理解高斯函数的数学形式，以及它如何精确地描述光强随径向距离的变化。 除此之外，我们还会探讨其他重要的光束模式，例如拥有多个光强峰的模式，以及它们与高斯光束在能量分布上的差异。理解这些不同的模式对于选择合适的激光器以满足特定应用需求至关重要。例如，在精密加工领域，能量集中的高斯基模激光器往往是首选，而某些科学研究则可能需要利用具有复杂能量分布的模式。我们将通过图示和实例，直观地展示不同光束模式的能量分布形态，帮助读者建立起对这些抽象概念的感性认识。 第三章：聚焦的力量：光束的纵向传播与束腰 光束的能量分布不仅体现在横向上，其在传播方向（纵向）上的行为同样值得关注。本章将聚焦于激光束的纵向传播特性，特别是其“束腰”（beam waist）的概念。束腰是指光束横截面面积最小的点，也是能量密度最高的地方。我们将探讨束腰的大小、位置以及光束在传播过程中如何从束腰处扩散（发散）。 我们会引入描述光束发散角的关键参数，如“瑞利长度”（Rayleigh length）。瑞利长度定义了光束半径从束腰值增加到 √2 倍所需传播的距离，它直观地反映了光束的准直程度。发散角越小，光束越准直，能量在长距离传输中衰减得越慢。我们将分析束腰大小与瑞利长度之间的关系，以及它们如何受激光器的参数（如输出功率、光束质量因子M²等）和光学元件（如透镜）的影响。 此外，本章还将讨论聚焦透镜对激光束的影响。当激光束通过透镜时，其束腰位置和大小会发生变化，最终实现对光束的聚焦。我们将解释透镜的焦距如何决定聚焦点的深浅和能量密度，并分析在聚焦过程中，光束的能量分布如何从接近均匀的传播状态转变为在焦点处高度集中的状态。这些概念对于激光加工、激光测量以及光学成像等应用至关重要。 第四章：能量的衡量：光强与功率的量化 要量化激光束的“强度”，我们必须引入能量和功率的概念。本章将深入探讨激光束的功率（power）和光强（intensity）这两个核心指标。功率是指单位时间内激光束传递的能量，通常用瓦特（W）或毫瓦（mW）来表示。而光强则是在单位面积上单位时间内传递的能量，它更能反映激光束的“能量密度”或“聚焦能力”。 我们将详细阐述光强与功率、光束面积之间的关系。对于一个给定的激光器，其输出功率是固定的，但通过光学手段将其聚焦到更小的区域，可以极大地提高光强，从而产生更强的加工效果或更灵敏的探测能力。我们会讨论如何测量激光的功率和光强，并介绍相关的测量仪器和方法。 同时，本章还将引入“能量密度”（energy density）的概念，即单位体积内的能量。在某些脉冲激光的应用中，单位时间内发射的脉冲数量和每个脉冲携带的能量共同决定了总的能量传递效率。理解这些量化指标，是进行激光应用设计、性能评估以及安全防护的基础。 第五章：光束质量：M²因子与真实世界的激光 理想的高斯光束具有完美的传播特性，但真实的激光束往往会偏离理想状态。本章将引入“光束质量因子”（beam quality factor），通常用M²（M-squared）来表示。M²因子是衡量实际激光束与其理想高斯光束传播特性差异的关键参数。M²=1的激光束是理想的高斯基模光束，而M²>1的激光束则意味着其光束质量较差，发散角更大，聚焦能力也随之下降。 我们将详细解释M²因子的物理意义，以及它如何与光束的横向能量分布、发散角以及聚焦能力等参数相关联。M²因子越高，激光束的“质量”就越差，其能量就越难被有效地聚焦到一个很小的点上，也越容易在传播过程中发生扩散。 本书将通过分析M²因子对聚焦光斑大小、焦深以及光强的影响，来阐述光束质量的重要性。在许多精密应用中，选择M²因子较低的激光器是至关重要的，因为它直接关系到加工精度、效率以及探测的灵敏度。我们将探讨影响M²因子的因素，例如激光腔内的光学元件质量、热效应以及泵浦能量的不均匀性等。理解M²因子，是评估和选择激光器以满足特定应用需求的“硬核”指标。 第六章：应用中的光束特性 在前面的章节中，我们已经从理论上构建了理解激光束能量分布和空间特性的框架。本章将把这些理论知识应用到实际的激光应用场景中，展示激光束特性如何直接影响其性能。 我们将以几个典型的激光应用为例，如： 激光焊接与切割： 在这些高功率应用中，激光束需要被精确地聚焦到一个极小的点，以产生足够高的能量密度来熔化或汽化材料。光束质量（M²）和聚焦能力直接决定了切割的精度和速度，以及焊接的深度和质量。 激光雷达（LiDAR）： 激光雷达通过发射激光脉冲并测量反射信号来感知周围环境。要求激光束具有良好的准直性和方向性，以便在远距离也能精确地探测目标。低发散角和高光强是其关键优势。 激光打标： 激光打标需要在材料表面形成清晰、持久的标记。这需要激光束能够精确控制能量密度，既要能在材料表面留下痕迹，又不能过度损伤材料。光束模式和聚焦能力在此类应用中起着重要作用。 医学应用（如激光手术、眼科治疗）： 精密的能量控制和极高的空间分辨率是激光在医疗领域应用的基石。例如，眼科手术中使用的激光器需要将能量精确地聚焦到视网膜上的微小区域，其光束质量和聚焦精度至关重要。 通过分析这些应用，我们将进一步巩固读者对激光束能量分布、传播特性以及光束质量的理解，并认识到这些物理特性是如何在实际工程和技术中发挥关键作用的。 结语 本书旨在通过对激光束能量分布、空间特性、量化指标以及实际应用的全面阐述，为读者提供一个深刻理解激光这一强大工具的视角。我们希望通过层层递进的讲解，帮助您不仅仅是“知道”激光，更能“理解”激光的内在“活力”与“力量”，从而在未来的学习和工作中，能够更有效地驾驭和运用这项改变世界的光学技术。

评分☆☆☆☆☆

对于一本名为《激光束的强度矩描述》的书籍，我最关注的是它能否在理论深度和实际应用之间找到一个恰到好处的平衡点。我希望作者能够深入浅出地讲解“强度矩”这一核心概念，不仅仅停留在数学公式的堆砌，而是能够阐释其物理意义，以及它如何反映激光束的能量分布特性。比如，强度矩是否能够用来表征激光束的聚焦能力、束腰的尺寸，甚至是光束质量的优劣？我猜想，书中可能会涉及高斯光束、模式耦合等内容，而强度矩很可能就是分析这些复杂光束特性的重要工具。我期待作者能用严谨而不失趣味的语言，带领读者一步步揭开激光束“强度”的神秘面纱。另外，对于实际应用部分，我希望看到书中能够详细介绍强度矩在激光加工、光学测量、通信传输、医学治疗等领域的具体体现。例如，在激光焊接中，如何通过精确控制强度矩来优化焊接质量？在显微成像中，强度矩又扮演着怎样的角色？我希望这本书能够为我提供一些实际操作上的指导，或者至少让我对这些应用场景有一个更清晰、更深入的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名“激光束的强度矩描述”让我产生了极大的好奇心。我之前接触过一些关于激光的基础知识，但对于“强度矩”这个具体描述方式，却知之甚少。我想象中，这本书可能会深入探讨如何通过数学模型来量化和分析激光束的能量分布。我非常期待书中能够详细介绍不同的强度矩定义，以及它们各自的物理意义。例如，一阶强度矩是否与光束的质心有关？二阶强度矩又能否反映光束的宽度和离散程度？我希望能看到书中包含一些实际的测量数据和分析案例，用以佐证理论的有效性。此外，我希望这本书能够拓展到激光束在各种复杂介质中的传播行为，以及强度矩如何影响这些传播过程。例如，在湍大气中，强度矩的变化是否会影响激光通信的稳定性？在非线性光学材料中，强度矩的改变又会引发怎样的效应？如果书中能够提供一些前沿的研究进展和未来的发展趋势，那将是锦上添花。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计非常吸引人，深邃的蓝色背景上，一道锐利的红色激光束仿佛穿越时空而来，光影交错间透露出科技的神秘与力量。虽然我并非激光物理领域的专业人士，但仅凭这封面，就足以激起我对其中内容的强烈好奇。我尤其期待书中是否能用通俗易懂的方式，将“激光束的强度矩描述”这个略显专业和抽象的概念，以生动形象的方式呈现出来，比如通过类比生活中的现象，或者引入有趣的实验案例。如果书中能够从激光的起源、发展，到其在各个领域的广泛应用，再深入到其核心的物理原理，我将会非常欣喜。例如，在介绍强度矩时，是否会涉及到能量分布、光斑形状、衍射效应等影响因素？这些因素又是如何通过数学模型来量化的？我希望这本书不仅仅是一本枯燥的教科书，更能激发读者对光学世界的探索欲望，甚至能引导初学者逐步深入，了解激光的奥秘。此外，如果书中能够包含一些历史性的叙述，例如激光技术的重要里程碑、关键人物的贡献，相信会为这本书增添更多人文色彩，让读者在学习科学知识的同时，也能感受到人类智慧的闪耀。

评分☆☆☆☆☆

我拿到这本书时，被其厚重的纸质和清晰的排版所吸引，封面上“强度矩描述”几个字，立刻勾起了我对激光束行为的兴趣。我一直对激光在科学研究和工业生产中的应用感到惊叹，但其背后涉及的理论知识，尤其是像“强度矩”这样的概念，对我来说一直有些模糊。我希望这本书能够为我解答一些长久以来的疑问，例如，不同类型的激光器，其强度矩是否会有显著差异？强度矩的变化又会如何影响激光束的传播和聚焦？我期待书中能够提供一些直观的图示或者模拟动画，来帮助我理解这些抽象的概念。如果书中能够从基础的光学原理讲起，逐渐过渡到激光的特有性质，并且在强度矩的部分，能够详细解释其数学定义、计算方法，以及它在实际测量和分析中的应用，那将是极大的帮助。我非常希望能够通过阅读这本书，提升自己对激光技术的认知水平，并且能够更好地理解激光在科研和工程领域中的重要性，也许还能从中找到一些解决实际问题的灵感。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书，最先吸引我的是它略带学术气息的书名——《激光束的强度矩描述》。我猜想，这本书的内容一定会比较硬核，但同时也会非常实用。我一直对激光技术在精密测量和高能物理等领域的前沿应用感到着迷，而“强度矩”很可能就是理解这些应用的关键。我希望书中能够详细阐述强度矩是如何被用来表征激光束的横向能量分布，以及这种描述方式的优势所在。例如，是否比简单的功率或能量密度更能捕捉到光束的精细结构？书中是否会介绍一些先进的测量仪器和数据处理方法，来获取准确的强度矩信息？我非常期待能够看到书中对不同形状、不同模式的激光束，其强度矩特征的详细分析。例如，对于多模激光束，强度矩是否能够区分和量化不同模式的贡献？这本书能否为我提供一个深入理解激光束特性的理论框架，并且能够启发我在实际工作中，如何更好地利用激光束的强度特性来解决问题。