激光束的強度矩描述 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

馮國英，周壽桓 著

圖書標籤:

• 激光束
• 強度
• 矩
• 光學
• 光束傳播
• 激光技術
• 電磁場
• 數學方法
• 物理學
• 光學工程

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118111651

版次：1

商品編碼：12050969

包裝：平裝

叢書名： 現代激光技術及應用

開本：16開

齣版時間：2016-10-01

用紙：膠版紙

內容簡介

　　國傢齣版基金項目、“十二五”國傢重點圖書齣版規劃項目
　　叢書共計23分冊，860餘萬字，以激光技術的進展為核心，圍繞高功率、高亮度激光器，激光束的傳輸、控製以及在國防中的應用三個領域，係統且重點突齣地介紹瞭現代激光技術的發展與應用。叢書包含現代激光技術的進展、關鍵科學技術問題，所有編寫人員都是長期從事該領域研究並獲得重要成果的一流研究人員，因此，書中不僅理論係統，還含有大量作者的心得體會、研究成果，實用價值很高，引領性強。
　　叢書可供從事激光技術研究的科研工作者和工程技術人員參考，同時對於物理學、光學、電子技術等專業的本科生、碩士及博士研究生來說，也是一套非常有價值的參考書。

作者簡介

　　馮國英，四川大學電子信息學院教授，博士生導師，副院長。主要研究方嚮為固體激光技術和光通信、激光綫性和非綫性傳輸及其應用技術研究等。在國內外發錶學術論文60餘篇。主研項目獲四川省科技進步二等奬二項，獲國防科工委科技進步二等奬一項，獲四川省科技進步三等奬二項。入選國傢教育部骨乾教師；獲首屆“四川青年五四奬章”，獲“四川省三八紅旗手”稱號。

目錄

第1章綫性光學係統
1.1光綫嚮量
1.2光學係統的2×2矩陣描述
1.2.1ABCD定律
1.3光學係統的2×2矩陣的特性
1.3.1行列式的值
1.3.2逆矩陣和反嚮變換矩陣
1.3.3本徵值
1.3.4本徵嚮量
1.4像散光學係統的4×4矩陣描述
1.4.1ABCD定律
1.5光學係統4×4矩陣的特性
1.5.1對偶性
1.5.2空間對稱性
1.5.3矩陣的鏇轉
1.5.4本徵值
1.5.5本徵嚮量
參考文獻
第2章激光束的強度分布
2.1基模高斯光束的強度分布
2.1.1基模高斯光束的場分布
2.1.2基模高斯光束的基本性質
2.1.3基模高斯光束的強度分布
2.1.4基模高斯光束的q-1參數
2.1.5q參數的abcd定律
2.1.6諧振腔中的自再現基模高斯光束
2.1.7基模高斯光束的復光綫
2.1.8基模高斯光束在無源腔內的傳輸變換規律
2.2H�睪mn模式光束的強度分布
2.3L�睪pl模式光束的強度分布
2.4LPmn模式光束的強度分布
2.5嵌入高斯光束的強度分布
2.6像散光束的強度分布
2.6.1像散的産生
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扭麯光束的強度分布
2.7.1扭麯光束的産生
2.7.2扭麯基模高斯光束
2.7.3扭麯H�睪mn模式光束
2.7.4扭麯L�睪pl模式光束
2.7.5扭麯LPmn模式光束
2.8光束強度分布的測量方法
2.8.1針孔掃描法
2.8.2狹縫掃描法
2.8.3二維陣列探測器法
2.8.4復振幅傳輸法
參考文獻
第3章強度矩定義及傳輸
3.1零階強度矩
3.2一階強度矩
3.2.1基模高斯光束的一階強度矩
3.2.2H�睪mn模式光束的一階強度矩
3.2.3L�睪pl模式光束的一階強度矩
3.2.4LPmn模式光束的一階強度矩
3.3二階強度矩
3.3.1二階強度矩參量的定義
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束半寬平方矩陣的鏇轉變換
3.3.6V矩陣的定義
3.3.7V矩陣的ABCD定律
3.3.8V矩陣的鏇轉變換
3.3.9V矩陣的自由空間傳輸變換
3.3.10V矩陣的薄透鏡變換
3.4任意階強度矩
3.5強度矩傳輸的ABCD定理
3.6強度矩描述的光束特徵參數
3.6.1束半寬平方矩陣
3.6.2遠場發散半角平方矩陣
3.6.3束寬和遠場發散半角的主方位角
3.6.4束腰位置和束腰半徑
3.6.5瑞利長度
3.6.6等效麯率半徑
3.6.7平整度參數
參考文獻
第4章光束的像散和扭麯
4.1光束的像散
4.1.1像散基模高斯光束的像散係數aZF
4.1.2像散H�睪mn模式光束的像散係數aZF
4.1.3像散L�睪pl模式光束的像散係數aZF
4.1.4像散LPmn模式光束的像散係數aZF
4.1.5像散光束的像散係數aZF
4.2光束的扭麯
4.2.1扭麯度tnear、tfar和扭麯係數tZF
4.2.2扭麯基模高斯光束的扭麯係數tZF
4.2.3扭麯H�睪mn模式光束的扭麯係數tZF
4.2.4扭麯L�睪pl模式光束的扭麯係數tZF
4.2.5扭麯LPmn模式光束的扭麯係數tZF
參考文獻
第5章光束質量M麯綫和M矩陣
5.1M參數的定義
5.1.1由二階強度矩束寬二次麯綫確定M參數
5.1.2由V矩陣元確定M參數
5.1.3由二階強度矩束寬三點法確定M參數
5.2M參數的傳輸不變性
5.2.1自由空間傳輸的不變性
5.2.2鏇轉對稱綫性光學係統變換的不變性
5.2.3光場鏇轉變換的不變量
5.3M麯綫
5.3.1H�睪mn模式光束的極坐標M麯綫
5.3.2L�睪pl模式光束的極坐標M麯綫
5.3.3LPmn模式光束的極坐標M麯綫
5.3.4像散H�睪mn模式光束的極坐標M麯綫
5.3.5普通像散光束的極坐標M麯綫
5.3.6扭麯H�睪mn模式光束的極坐標M麯綫
5.4束質量QZF
5.4.1H�睪mn模式光束的束質量QZF
5.4.2L�睪pl模式光束的束質量QZF
5.4.3LPmn模式光束的束質量QZF
5.5M2矩陣
5.5.1H�睪mn模式光束的M2矩陣
5.5.2H�睪mn模式光束鏇轉後的M2矩陣
5.5.3L�睪pl模式光束的M2矩陣
5.5.4L�睪pl模式光束鏇轉後的M2矩陣
5.5.5多模式光束的M2矩陣
5.5.6像散光束的M2矩陣
5.6M4矩陣
5.6.1像散基模高斯光束的M4矩陣
5.6.2像散H�睪mn模式光束的M4矩陣
5.6.3一般像散光束的M4矩陣
5.7光束特徵
5.7.1理想基模高斯光束
5.7.2H�睪mn模式光束
5.7.3無像散無扭麯光束
5.7.4像散光束
5.7.5扭麯光束
5.8光束的傳輸鏇轉不變量
5.8.1鏇轉對稱光束
5.8.2像散光束
5.8.3扭麯光束
參考文獻

光之脈動：探索激光束的能量分布與空間特性 本書並非詳述“激光束的強度矩描述”，而是將目光投嚮激光這項顛覆性技術所展現齣的豐富多姿的物理現象，以及我們如何理解和量化激光束的內在“生命力”——其能量如何分布、如何在空間中傳播、以及這些特性如何影響其應用。我們將深入探究激光這一獨特光源的核心特質，從其誕生伊始的光學奇跡，逐步揭示其能量形態的奧秘，並聚焦於一係列與之緊密相關的關鍵概念，為讀者構建一個關於激光束特性的全麵認知框架。 第一章：激光，超越光明的存在 在進入對激光束能量分布的細緻剖析之前，我們首先需要理解激光本身為何如此與眾不同。本書將從激光的基本原理齣發，簡要迴顧其産生機製。我們將探討激發態、粒子數反轉、受激輻射這些構成激光核心的物理概念，理解它們如何促成激光的單色性、方嚮性、相乾性以及高強度等革命性特徵。不同於我們日常接觸到的普通光源，激光並不是自然界隨機發齣的光，而是經過精確控製和放大産生的，這種“秩序”賦予瞭它獨一無二的性能。我們將藉此機會，重溫激光從理論構想到實際應用的輝煌曆程，體會這項發明如何深刻地改變瞭科學、工業、醫療和通信等眾多領域。 第二章：能量的漣漪：理解光束的橫嚮分布 激光束的能量並非均勻地散布在整個光束截麵上，而是呈現齣一種特定的空間分布模式。本章將著重探討激光束在橫嚮（垂直於傳播方嚮）上的能量分布特性。我們會引入描述這種分布的核心概念，如“光斑”（beam profile），並介紹不同類型的激光輸齣模式，特彆是基模（TEM00）和高斯光束。高斯光束作為最常見、也是理論分析中最基礎的激光模式，其能量分布近似於高斯函數，在光束中心能量最強，並嚮外逐漸衰減。我們將深入理解高斯函數的數學形式，以及它如何精確地描述光強隨徑嚮距離的變化。 除此之外，我們還會探討其他重要的光束模式，例如擁有多個光強峰的模式，以及它們與高斯光束在能量分布上的差異。理解這些不同的模式對於選擇閤適的激光器以滿足特定應用需求至關重要。例如，在精密加工領域，能量集中的高斯基模激光器往往是首選，而某些科學研究則可能需要利用具有復雜能量分布的模式。我們將通過圖示和實例，直觀地展示不同光束模式的能量分布形態，幫助讀者建立起對這些抽象概念的感性認識。 第三章：聚焦的力量：光束的縱嚮傳播與束腰 光束的能量分布不僅體現在橫嚮上，其在傳播方嚮（縱嚮）上的行為同樣值得關注。本章將聚焦於激光束的縱嚮傳播特性，特彆是其“束腰”（beam waist）的概念。束腰是指光束橫截麵麵積最小的點，也是能量密度最高的地方。我們將探討束腰的大小、位置以及光束在傳播過程中如何從束腰處擴散（發散）。 我們會引入描述光束發散角的關鍵參數，如“瑞利長度”（Rayleigh length）。瑞利長度定義瞭光束半徑從束腰值增加到 √2 倍所需傳播的距離，它直觀地反映瞭光束的準直程度。發散角越小，光束越準直，能量在長距離傳輸中衰減得越慢。我們將分析束腰大小與瑞利長度之間的關係，以及它們如何受激光器的參數（如輸齣功率、光束質量因子M²等）和光學元件（如透鏡）的影響。 此外，本章還將討論聚焦透鏡對激光束的影響。當激光束通過透鏡時，其束腰位置和大小會發生變化，最終實現對光束的聚焦。我們將解釋透鏡的焦距如何決定聚焦點的深淺和能量密度，並分析在聚焦過程中，光束的能量分布如何從接近均勻的傳播狀態轉變為在焦點處高度集中的狀態。這些概念對於激光加工、激光測量以及光學成像等應用至關重要。 第四章：能量的衡量：光強與功率的量化 要量化激光束的“強度”，我們必須引入能量和功率的概念。本章將深入探討激光束的功率（power）和光強（intensity）這兩個核心指標。功率是指單位時間內激光束傳遞的能量，通常用瓦特（W）或毫瓦（mW）來錶示。而光強則是在單位麵積上單位時間內傳遞的能量，它更能反映激光束的“能量密度”或“聚焦能力”。 我們將詳細闡述光強與功率、光束麵積之間的關係。對於一個給定的激光器，其輸齣功率是固定的，但通過光學手段將其聚焦到更小的區域，可以極大地提高光強，從而産生更強的加工效果或更靈敏的探測能力。我們會討論如何測量激光的功率和光強，並介紹相關的測量儀器和方法。 同時，本章還將引入“能量密度”（energy density）的概念，即單位體積內的能量。在某些脈衝激光的應用中，單位時間內發射的脈衝數量和每個脈衝攜帶的能量共同決定瞭總的能量傳遞效率。理解這些量化指標，是進行激光應用設計、性能評估以及安全防護的基礎。 第五章：光束質量：M²因子與真實世界的激光 理想的高斯光束具有完美的傳播特性，但真實的激光束往往會偏離理想狀態。本章將引入“光束質量因子”（beam quality factor），通常用M²（M-squared）來錶示。M²因子是衡量實際激光束與其理想高斯光束傳播特性差異的關鍵參數。M²=1的激光束是理想的高斯基模光束，而M²>1的激光束則意味著其光束質量較差，發散角更大，聚焦能力也隨之下降。 我們將詳細解釋M²因子的物理意義，以及它如何與光束的橫嚮能量分布、發散角以及聚焦能力等參數相關聯。M²因子越高，激光束的“質量”就越差，其能量就越難被有效地聚焦到一個很小的點上，也越容易在傳播過程中發生擴散。 本書將通過分析M²因子對聚焦光斑大小、焦深以及光強的影響，來闡述光束質量的重要性。在許多精密應用中，選擇M²因子較低的激光器是至關重要的，因為它直接關係到加工精度、效率以及探測的靈敏度。我們將探討影響M²因子的因素，例如激光腔內的光學元件質量、熱效應以及泵浦能量的不均勻性等。理解M²因子，是評估和選擇激光器以滿足特定應用需求的“硬核”指標。 第六章：應用中的光束特性 在前麵的章節中，我們已經從理論上構建瞭理解激光束能量分布和空間特性的框架。本章將把這些理論知識應用到實際的激光應用場景中，展示激光束特性如何直接影響其性能。 我們將以幾個典型的激光應用為例，如： 激光焊接與切割： 在這些高功率應用中，激光束需要被精確地聚焦到一個極小的點，以産生足夠高的能量密度來熔化或汽化材料。光束質量（M²）和聚焦能力直接決定瞭切割的精度和速度，以及焊接的深度和質量。 激光雷達（LiDAR）： 激光雷達通過發射激光脈衝並測量反射信號來感知周圍環境。要求激光束具有良好的準直性和方嚮性，以便在遠距離也能精確地探測目標。低發散角和高光強是其關鍵優勢。 激光打標： 激光打標需要在材料錶麵形成清晰、持久的標記。這需要激光束能夠精確控製能量密度，既要能在材料錶麵留下痕跡，又不能過度損傷材料。光束模式和聚焦能力在此類應用中起著重要作用。 醫學應用（如激光手術、眼科治療）： 精密的能量控製和極高的空間分辨率是激光在醫療領域應用的基石。例如，眼科手術中使用的激光器需要將能量精確地聚焦到視網膜上的微小區域，其光束質量和聚焦精度至關重要。 通過分析這些應用，我們將進一步鞏固讀者對激光束能量分布、傳播特性以及光束質量的理解，並認識到這些物理特性是如何在實際工程和技術中發揮關鍵作用的。 結語 本書旨在通過對激光束能量分布、空間特性、量化指標以及實際應用的全麵闡述，為讀者提供一個深刻理解激光這一強大工具的視角。我們希望通過層層遞進的講解，幫助您不僅僅是“知道”激光，更能“理解”激光的內在“活力”與“力量”，從而在未來的學習和工作中，能夠更有效地駕馭和運用這項改變世界的光學技術。

評分☆☆☆☆☆

我拿到這本書時，被其厚重的紙質和清晰的排版所吸引，封麵上“強度矩描述”幾個字，立刻勾起瞭我對激光束行為的興趣。我一直對激光在科學研究和工業生産中的應用感到驚嘆，但其背後涉及的理論知識，尤其是像“強度矩”這樣的概念，對我來說一直有些模糊。我希望這本書能夠為我解答一些長久以來的疑問，例如，不同類型的激光器，其強度矩是否會有顯著差異？強度矩的變化又會如何影響激光束的傳播和聚焦？我期待書中能夠提供一些直觀的圖示或者模擬動畫，來幫助我理解這些抽象的概念。如果書中能夠從基礎的光學原理講起，逐漸過渡到激光的特有性質，並且在強度矩的部分，能夠詳細解釋其數學定義、計算方法，以及它在實際測量和分析中的應用，那將是極大的幫助。我非常希望能夠通過閱讀這本書，提升自己對激光技術的認知水平，並且能夠更好地理解激光在科研和工程領域中的重要性，也許還能從中找到一些解決實際問題的靈感。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書，最先吸引我的是它略帶學術氣息的書名——《激光束的強度矩描述》。我猜想，這本書的內容一定會比較硬核，但同時也會非常實用。我一直對激光技術在精密測量和高能物理等領域的前沿應用感到著迷，而“強度矩”很可能就是理解這些應用的關鍵。我希望書中能夠詳細闡述強度矩是如何被用來錶徵激光束的橫嚮能量分布，以及這種描述方式的優勢所在。例如，是否比簡單的功率或能量密度更能捕捉到光束的精細結構？書中是否會介紹一些先進的測量儀器和數據處理方法，來獲取準確的強度矩信息？我非常期待能夠看到書中對不同形狀、不同模式的激光束，其強度矩特徵的詳細分析。例如，對於多模激光束，強度矩是否能夠區分和量化不同模式的貢獻？這本書能否為我提供一個深入理解激光束特性的理論框架，並且能夠啓發我在實際工作中，如何更好地利用激光束的強度特性來解決問題。

評分☆☆☆☆☆

這本書的書名“激光束的強度矩描述”讓我産生瞭極大的好奇心。我之前接觸過一些關於激光的基礎知識，但對於“強度矩”這個具體描述方式，卻知之甚少。我想象中，這本書可能會深入探討如何通過數學模型來量化和分析激光束的能量分布。我非常期待書中能夠詳細介紹不同的強度矩定義，以及它們各自的物理意義。例如，一階強度矩是否與光束的質心有關？二階強度矩又能否反映光束的寬度和離散程度？我希望能看到書中包含一些實際的測量數據和分析案例，用以佐證理論的有效性。此外，我希望這本書能夠拓展到激光束在各種復雜介質中的傳播行為，以及強度矩如何影響這些傳播過程。例如，在湍大氣中，強度矩的變化是否會影響激光通信的穩定性？在非綫性光學材料中，強度矩的改變又會引發怎樣的效應？如果書中能夠提供一些前沿的研究進展和未來的發展趨勢，那將是錦上添花。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計非常吸引人，深邃的藍色背景上，一道銳利的紅色激光束仿佛穿越時空而來，光影交錯間透露齣科技的神秘與力量。雖然我並非激光物理領域的專業人士，但僅憑這封麵，就足以激起我對其中內容的強烈好奇。我尤其期待書中是否能用通俗易懂的方式，將“激光束的強度矩描述”這個略顯專業和抽象的概念，以生動形象的方式呈現齣來，比如通過類比生活中的現象，或者引入有趣的實驗案例。如果書中能夠從激光的起源、發展，到其在各個領域的廣泛應用，再深入到其核心的物理原理，我將會非常欣喜。例如，在介紹強度矩時，是否會涉及到能量分布、光斑形狀、衍射效應等影響因素？這些因素又是如何通過數學模型來量化的？我希望這本書不僅僅是一本枯燥的教科書，更能激發讀者對光學世界的探索欲望，甚至能引導初學者逐步深入，瞭解激光的奧秘。此外，如果書中能夠包含一些曆史性的敘述，例如激光技術的重要裏程碑、關鍵人物的貢獻，相信會為這本書增添更多人文色彩，讓讀者在學習科學知識的同時，也能感受到人類智慧的閃耀。

評分☆☆☆☆☆

對於一本名為《激光束的強度矩描述》的書籍，我最關注的是它能否在理論深度和實際應用之間找到一個恰到好處的平衡點。我希望作者能夠深入淺齣地講解“強度矩”這一核心概念，不僅僅停留在數學公式的堆砌，而是能夠闡釋其物理意義，以及它如何反映激光束的能量分布特性。比如，強度矩是否能夠用來錶徵激光束的聚焦能力、束腰的尺寸，甚至是光束質量的優劣？我猜想，書中可能會涉及高斯光束、模式耦閤等內容，而強度矩很可能就是分析這些復雜光束特性的重要工具。我期待作者能用嚴謹而不失趣味的語言，帶領讀者一步步揭開激光束“強度”的神秘麵紗。另外，對於實際應用部分，我希望看到書中能夠詳細介紹強度矩在激光加工、光學測量、通信傳輸、醫學治療等領域的具體體現。例如，在激光焊接中，如何通過精確控製強度矩來優化焊接質量？在顯微成像中，強度矩又扮演著怎樣的角色？我希望這本書能夠為我提供一些實際操作上的指導，或者至少讓我對這些應用場景有一個更清晰、更深入的認識。