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冯国英，周寿桓，高春清 著

图书标签:

• 激光技术
• 光束质量
• 模场分析
• 光学测量
• 激光应用
• 光学工程
• 光纤光学
• 激光物理
• 光学仪器
• 表征技术

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118111767

版次：1

商品编码：12146664

包装：精装

丛书名： 现代激光技术及应用丛书

开本：16开

出版时间：2016-12-01

用纸：胶版纸

产品特色

内容简介

　　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。
　　丛书已由国防工业出版社公开出版发行，丛书码洋2099元/套。

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章激光模式的解析表达
1.1传输方程00
1.2基模高斯光束00
1.2.1高斯模场的求解00
1.2.2基本性质00
1.2.3高斯光束q参数00
1.2.4ABCD定律00
1.2.5谐振腔中的q参数0
1.2.6高斯光束Q参数0
1.2.7ABCD定律0
1.2.8谐振腔中的Q参数0
1.2.9本征光线描述高斯光束0
1.3高阶高斯光束0
1.4矩形域的模式（H�睪mn模式）0
1.5圆形域的模式（L�睪pl模式）0
1.6稳定球面腔中的模式0
1.6.1模式参数0
1.6.2共焦腔与无穷多个稳定球面腔等价0
1.6.3稳定球面腔的等价共焦腔0
1.7阶跃光纤中的模式0
1.7.1导波模模式0
1.7.2边界条件和本征值方程0
1.7.3传导模式及截止频率0
1.7.4归一化传输常数0
1.7.5弱波导近似0
1.7.6阶跃光纤中的LP模式(LPmn模式)0
1.8有效折射率法0
参考文献0
第2章模场的数值求解
2.1开腔衍射理论0
2.2复杂光学系统的ABCD矩阵及衍射积分方程0
2.3Fox-Li数值迭代法0
2.4分步傅里叶变换0
2.5无源腔中的模场0
2.6有源腔分析0
2.7VRM腔中的模场0
2.8特征向量法0
2.9平面波展开法0
2.10有限差分法0
2.11有限元法0
2.12多模式的调Q激光0
2.12.1理论分析0
2.12.2实验测量0
参考文献0
第3章涡旋光束
3.1涡旋光束简介0
3.2涡旋光束的特性0
3.2.1轨道角动量0
3.2.2由偏振引起的角动量0
3.3涡旋光束的产生方法0
3.3.1腔内选模法0
3.3.2腔外转换法0
3.4涡旋光束的测量方法0
3.4.1扭矩测量法0
3.4.2光强二阶矩测量法0
3.4.3利用全息光栅法测量光束的螺旋相位
3.4.4利用Mach-Zehnder干涉仪进行测量
3.4.5利用周期渐变光栅进行测量
参考文献
第4章激光束的束宽及光束质量评价参数
4.1束半宽的定义
4.1.11/n定义
4.1.2环围功率（能量）定义
4.1.3熵束宽的定义
4.1.4高斯拟合定义
4.1.5二阶矩定义
4.2束宽的测量
4.2.1针孔扫描法测束宽
4.2.2刀口法测束宽
4.2.3狭缝扫描法测束宽
4.2.4可变光阑法测束宽
4.2.5成像器件测束宽
4.3近场光束质量评价参数
4.3.1光强调制度
4.3.2光强均匀度
4.3.3光强对比度
4.3.4波前分布的均方根
4.3.5波前梯度的均方根
4.3.6高阶对比度
4.3.7强度概率密度分布
4.3.8功率谱密度
4.4远场光束质量评价参数
4.4.1聚焦光斑尺寸
4.4.2远场发散角
4.4.3斯特列尔比
4.4.4桶中功率
4.4.5衍射极限倍数
4.4.6BQ因子
4.4.7BPF因子
4.4.8VBQ因子
4.5传输质量评价参数
4.5.1束参数积
4.5.2空间束宽积
4.5.3M2因子
4.5.4K因子
4.5.5M2曲线
4.6光束质量因子M2和M2曲线的测量方法
4.6.1聚焦两点法测M2
4.6.2光腰两点法测M2
4.6.3调焦两点法测M2
4.6.4三点法测M2
4.6.5多点拟合法测M2
4.6.6M2因子实时测量方法
4.6.7M2曲线的测量
4.6.8基于MZ-PDI的复振幅重建及M2曲线测量
参考文献
第5章激光模式的产生、线性传输及叠加
5.1TEMmn模式的产生
5.2H�睪mn模式的传输
5.3L�睪pl模式的传输
5.4LPmn模式的传输
5.5H�睪mn模式的相干叠加
5.5.1两个H�睪mn模式相干叠加
5.5.2三个H�睪mn模式相干叠加
5.5.3多个H�睪mn模式相干叠加
5.5.4多个H�睪mn模式叠加为L�睪mn模式
5.6L�睪mn模式相干叠加
5.6.1两个L�睪mn模式相干叠加
5.6.2三个L�睪mn模式相干叠加
5.6.3多个L�睪mn模式相干叠加
5.7LPmn模式相干叠加
5.7.1两个LPmn模式相干叠加
5.7.2三个LPmn模式相干叠加
5.7.3多个LPmn模式相干叠加
5.8H�睪mn模式非相干叠加
5.8.1两个H�睪mn模式非相干叠加
5.8.2三个H�睪mn模式非相干叠加
5.8.3多个H�睪mn模式非相干叠加
5.9L�睪pl模式非相干叠加
5.9.1两个L�睪pl模式非相干叠加
5.9.2三个L�睪pl模式非相干叠加
5.9.3多个L�睪pl模式非相干叠加
5.10LPmn模式非相干叠加
5.10.1两个LPmn模式非相干叠加
5.10.2三个LPmn模式非相干叠加
5.10.3多个LPmn模式非相干叠加
5.11正交偏振模式的叠加
5.11.1两个正交偏振的H�睪01和H�睪10模式的叠加
5.11.2两个正交偏振的H�睪02和H�睪20模式的叠加
5.11.3两个正交偏振的L�睪01模式的叠加
5.11.4两个正交偏振的L�睪n1模式的叠加
5.11.5两个正交偏振的LP11模式的叠加
5.11.6两个正交偏振的LP1n模式的叠加
5.12模式耦合
5.12.1到H�睪mn模式的耦合
5.12.2到L�睪mn模式的耦合
5.12.3到阶跃光纤的耦合
5.12.4到其他正交模式系的耦合
参考文献
第6章基于速率方程的光纤激光器模式分析
6.1多模光纤放大器速率方程组的建立
6.1.1光子速率方程
6.1.2泵浦光速率方程
6.1.3信号光速率方程
6.1.4粒子数密度速率方程
6.1.5三能级系统的速率方程组
6.1.6四能级系统的速率方程组
6.1.7多模光纤放大器速率方程组
6.1.8两个LP模式的放大
6.1.9三个LP模式的放大
6.2光纤激光脉冲放大的模式分析
6.2.1多模式高斯单脉冲放大
6.2.2多模式脉冲放大速率方程
6.3共掺光纤激光器理论模型
6.3.1泵浦光和信号光的功率分布
6.3.2不同信号光波长时的输出功率
6.3.3交叉弛豫过程对镱铥共掺光纤激光器的影响
6.3.4输出功率随泵浦功率的变化
6.3.5输出功率随掺杂浓度的变化
参考文献
第7章光纤模式的测量
7.1模式分析的研究进展
7.1.1解析CCD图像法
7.1.2三镜环形腔法
7.1.3低相干干涉法
7.1.4C2成像法
7.1.5相关滤波器法
7.2S2法
7.2.1基本原理
7.2.2数值模拟
7.2.3实验测量
7.3F2法
7.3.1基本原理
7.3.2数值模拟
7.3.3实验测量
参考文献

《激光模场及光束质量表征》是一部深入探讨激光技术核心问题的专著。本书着眼于现代激光器在科研、工业、医疗、通信等众多前沿领域日益增长的应用需求，系统性地阐述了激光模场分布的形成机制、特性及其对激光性能的关键影响。同时，本书对如何精确、全面地表征激光光束质量提出了详尽的理论框架和实践方法，旨在为激光工程技术人员、研究学者以及相关领域的研究生提供一份严谨而实用的参考。 第一部分：激光模场理论基础 本书的开篇，深入剖析了激光器腔内谐振模理论。从麦克斯韦方程组出发，推导了高斯光束的场分布，详细介绍了不同阶数的高斯-拉盖尔多项式（Hermite-Gaussian 和 Laguerre-Gaussian）模场的数学描述。书中详细解释了这些模场是如何在激光谐振腔内通过增益介质、反射镜的衍射和像差等因素耦合形成的。读者将了解到，激光器输出的并非单一的理想高斯光束，而是由不同模场叠加而成的复杂分布，理解模场特性是掌握激光性能的基础。 谐振腔理论与高斯光束：本书详细讲解了平行平板腔、稳定腔、不稳定腔等不同类型谐振腔的特点，以及这些腔体如何影响腔内光场的分布。对高斯光束的瑞利长度、束腰半径、曲率半径等关键参数进行了深入分析，并给出了其在传播过程中的演化规律。 高斯-拉盖尔多项式模场：本书将逐一呈现零阶高斯模（TEM00）以及更高阶的Hermite-Gaussian 和 Laguerre-Gaussian 模场的数学表达式、空间分布特点，并结合图像示例，直观地展示不同模场形态。例如，TEM00模的光强分布呈圆形单峰，而更高阶模则可能呈现多环、多峰或更复杂的空间结构。 模场耦合与选择：本书深入探讨了在实际激光器设计中，如何通过腔镜参数、光阑设置、增益介质形状等手段，有效地耦合和选择特定阶数的模场，以获得具有特定空间分布和性能的激光输出。特别强调了获得高质量TEM00模对于许多精密应用的重要性。 第二部分：激光模场演化与非线性效应 激光在传播过程中，尤其是在高功率输出或通过光学元件时，其模场分布会发生复杂的变化。本书的第二部分将聚焦于这些模场演化过程，并特别关注激光与介质相互作用产生的非线性效应。 衍射与传播：详细阐述了惠更斯-菲涅尔衍射原理在高斯光束传播中的应用，分析了光束束腰位置、传播距离对模场分布的影响。本书还将涉及傍轴近似的适用范围和局限性，以及在远离傍轴情况下模场演化的处理方法。 光学元件的像差与畸变：透镜、反射镜等光学元件并非理想，其制造和装调过程中的像差（如球差、彗差、像散、场曲、畸变）会引入光波前畸变，直接影响激光的模场分布和光束质量。本书将详细分析各种像差对高斯光束和高阶模场的影响，并介绍如何通过设计和选择低像差元件来抑制这些影响。 非线性光学效应：随着激光功率的提高，其与介质的相互作用将变得更加复杂。本书将详细介绍自聚焦、自陷、自诱导透明现象等由克尔效应、二次谐波产生等非线性光学现象引起的模场变化。这些效应不仅会改变光束的传播路径，还会显著影响光束的能量分布和空间相干性。对于高功率激光系统，理解并控制这些非线性效应是保障系统稳定运行和性能的关键。 第三部分：激光光束质量表征理论与方法 准确地量化和表征激光光束质量是评估激光器性能、优化激光系统设计以及确保应用效果的基础。本书的第三部分将系统介绍衡量激光光束质量的各种理论模型和实验测量方法。 光束质量参数的定义与理论：本书将详细介绍几种国际公认的光束质量评价标准，包括： M²因子：这是目前最常用、最直接的光束质量评价参数，它将激光光束与理想的基模高斯光束进行对比，M²=1代表理想高斯光束，M²值越大，光束质量越差。本书将推导M²因子的数学表达式，并阐述其与光束发散角、束腰半径等参数的关系。 因子K（k-factor）：这是另一种衡量光束质量的参数，尤其适用于高斯-拉盖尔多项式模场。 光束宽度（Beam Width）：介绍基于不同定义的“光束宽度”概念，如D4σ（二阶矩定义）、1/e²强度半径、全宽度半高（FWHM）等，并探讨它们各自的适用场景和局限性。 光束发散角（Beam Divergence）：定义和计算远场发散角，以及其与光束腰部的关系。 光束质量的实验测量技术：本书将详尽介绍实现上述光束质量参数测量的各种实验技术： 针孔法：利用小孔成像原理，通过测量通过针孔的光斑大小来估算光束的发散角。 刀口扫描法：通过逐渐遮挡光束边缘，测量剩余光强的变化来确定光束的等效宽度。 CCD/CMOS相机测量法：利用面阵探测器（CCD或CMOS相机）捕捉光斑图像，通过图像处理算法提取光强分布，进而计算出各种光束质量参数。本书将详细介绍图像采集、预处理、中心点定位、光强积分、参数提取等关键步骤，并分析探测器分辨率、噪声、动态范围等因素对测量精度的影响。 近场与远场测量：分析在近场和远场条件下测量光斑大小和形状的特点，以及如何通过光学系统（如透镜）将远场光斑成像到探测器上进行测量。 干涉仪与波前传感器：对于更精密的测量，本书将介绍如何利用干涉仪（如Zygo干涉仪）和波前传感器（如Shack-Hartmann传感器）来直接测量激光的光波前，从而精确计算出光束质量参数，并能够识别和量化像差的影响。 光束质量综合评价与应用：本书将讨论如何结合多种表征方法，对激光光束质量进行全面评价。重点介绍在不同应用场景下，对光束质量的不同侧重点，例如： 材料加工：需要高功率、高亮度、小的发散角，以实现高效率的切割、焊接和表面处理。 光通信：需要高相干性、小的低阶像差，以减小信号衰减和串扰。 激光雷达与遥感：需要良好的指向性和低发散角，以提高探测距离和精度。 生物医学：需要精确的空间聚焦能力和可控的光斑大小，以实现精准治疗和成像。 第四部分：实例分析与前沿进展 为了帮助读者更好地理解理论知识，本书的最后部分将通过具体的激光器类型和应用场景，进行案例分析，并展望该领域的未来发展趋势。 不同类型激光器的模场与光束质量：本书将选取几种典型的激光器，如半导体激光器、光纤激光器、固体激光器、气体激光器等，分析它们各自的增益介质特性、腔体结构以及输出激光的模场分布和光束质量特点。例如，阐述光纤激光器如何在长距离光纤中有效保持TEM00模，以及其高光束质量的优势。 应用导向的光束质量优化：本书将展示如何根据具体的应用需求，通过调整激光器设计参数、优化光学传输路径，来获得满足要求的光束质量。例如，如何为激光焊接设计合适的激光器，使其输出的激光光斑具有较大的束腰和合适的发散角。 前沿研究方向展望：最后，本书将对激光模场和光束质量表征领域的最新研究进展进行介绍，包括： 自适应光学在激光光束控制中的应用：介绍如何利用变形镜和波前传感器实时补偿光波前畸变，从而提高激光光束质量。 新型光束整形技术：如矢量光束、光学涡旋光束的产生及其在精密测量、光镊等领域的应用。 高速、高精度光束质量测量技术：应对日益增长的高速、高功率激光系统的测量需求。 人工智能在激光器设计与优化中的应用：探讨如何利用机器学习等方法，加速激光器设计和光束质量优化过程。 本书力求理论与实践相结合，不仅提供了扎实的理论基础，也给出了实用的实验指导。书中大量的图示、表格和计算示例，将帮助读者深刻理解复杂的概念，并能够将其应用于实际的激光系统设计、性能评估和故障诊断中。通过阅读本书，读者将对激光模场形成机制、光束质量的内涵、评价方法以及如何在实际应用中优化和控制激光光束质量，建立起系统、全面的认识。

评分☆☆☆☆☆

我最近拜读了一部关于人脑科学的震撼之作，这本书彻底颠覆了我过去对思维、记忆和意识的理解。作者以一种极其严谨但又不失趣味的方式，深入浅出地介绍了神经科学领域的最新研究成果。书中详细阐述了大脑的复杂结构，从微观的神经元连接到宏观的脑区功能划分，让我对这个“人体中最神秘的器官”有了全新的认识。它解释了学习和记忆是如何在大脑中形成的，那些看似模糊的过往经历，在神经元网络中留下了怎样的痕迹。更令我着迷的是，书中对意识的探索，关于“自我”的产生，以及我们如何感知世界和做出决策。作者通过一系列引人入胜的实验案例，揭示了大脑的奇妙之处，比如它惊人的可塑性，以及在特定情况下可能出现的幻觉和认知偏差。读完这本书，我感觉自己仿佛拥有了一把解读人类思维奥秘的金钥匙，对自身和他人的行为有了更深刻的理解。它不仅是一本科学普及读物，更是一次关于认识自我、理解人性的深刻旅程。

评分☆☆☆☆☆

近期有幸接触到一本关于城市规划与可持续发展的理论研究，其前瞻性和深刻性让我印象深刻。书中并没有空谈理论，而是结合了全球范围内多个城市在现代化进程中所面临的挑战，提出了系统性的解决方案。作者详细分析了人口增长、资源短缺、环境污染以及社会不平等这些普遍存在的城市病，并深入探讨了如何通过智能技术、绿色建筑、公共交通优化以及社区参与等多种手段，实现城市的可持续发展。书中对不同发展模式的案例剖析，例如新加坡的“花园城市”理念，哥本哈根的自行车友好城市建设，以及一些新兴城市在发展过程中避免“先污染后治理”的成功经验，都为我们提供了宝贵的实践参考。它让我认识到，城市的发展不仅仅是基础设施的建设，更是一个复杂而精密的生态系统，需要长远的规划和全方位的考量。这本书对我最大的启发在于，未来的城市应该是一个更加人性化、智能化、低碳化，并且能够真正促进居民福祉的有机体，而不是冰冷的水泥森林。

评分☆☆☆☆☆

刚接触到一本关于古代文明衰落原因的书籍，真是引人深思。书中并没有简单地将原因归咎于某个单一事件，而是通过大量的考古证据和历史文献，层层剥茧，揭示了导致古老文明走向覆灭的错综复杂的因素。作者详尽地分析了气候变化对农业的影响，导致了粮食短缺和社会动荡；探讨了资源枯竭如何削弱了国家的经济基础和军事实力；更深入地剖析了社会内部的阶级矛盾、政治腐败以及文化价值观的冲突，这些都像是一点点腐蚀文明肌体的毒素。书中对不同文明案例的对比研究，例如罗马帝国的瓦解、玛雅文明的消失，以及复活节岛石像的神秘覆灭，都为我们提供了宝贵的历史借鉴。它让我深刻地认识到，任何一个文明的繁荣都不是永恒的，都需要警惕潜在的危机，并积极寻找应对之道。这本书给我最大的启示是，历史的教训并非遥不可及，而是与我们当下的社会发展息息相关。它鼓励我们从历史的沧桑变化中汲取智慧，以更加审慎和负责任的态度，去面对我们所处的时代。

评分☆☆☆☆☆

最近品读了一本关于海洋生态系统深度探索的著作，我被书中描绘的那个神秘而充满活力的水下世界深深吸引。作者的文字如同拥有魔力，将我带入了蔚蓝深海之中，潜入了珊瑚礁的斑斓世界，甚至探索了漆黑的深渊。书中对各种奇特海洋生物的描写，从发光的深海鱼类到巨大的鲸类，再到微小的浮游生物，都栩栩如生，让我仿佛能够感受到它们在水中游弋的姿态。更让我震撼的是，作者不仅展现了海洋的壮美，也深刻地揭示了人类活动对海洋生态造成的严峻挑战。书中详述了塑料污染如何扼杀海洋生物，过度捕捞如何导致渔业资源枯竭，以及气候变化如何改变着洋流和海水温度，威胁着整个海洋食物链的平衡。读这本书，我不仅增长了关于海洋生物多样性的知识，更对保护我们赖以生存的蓝色星球有了更深的责任感。它让我意识到，海洋不仅仅是美丽的风景，更是维系地球生命的重要一环，我们必须行动起来，守护这份宝贵的蓝色遗产。

评分☆☆☆☆☆

最近读完了一本关于宇宙起源的科普巨著，实在是大开眼界。书中的叙事引人入胜，仿佛带领我穿越了时空隧道，亲眼目睹了宇宙从一个奇点膨胀到浩瀚星系的壮丽过程。作者用生动形象的比喻，将那些极其抽象的物理概念解释得通俗易懂，比如将宇宙大爆炸比作一个巨大的气球逐渐充气膨胀，将暗物质和暗能量比作隐藏在幕后的神秘力量，让原本晦涩难懂的理论变得妙趣横生。书中对黑洞的描写尤其令人着迷，那些吞噬一切的光学奇迹，以及可能存在的“虫洞”通道，无不激发着我对未知的好奇心。它不仅仅是知识的堆砌，更是一种思维的启迪，让我重新审视我们在宇宙中的位置，思考生命的意义。读完之后，我感觉自己的视野被极大地拓宽了，对宇宙的敬畏之情油然而生。这本书不仅仅适合对天文学感兴趣的读者，更是每一个对世界充满好奇的人的必读之作。它教会我，即使我们身处渺小的地球，也能够仰望星空，探索无限的可能。

评分☆☆☆☆☆

好书，趁着双十一入的，好评

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书写的很详尽，专业。。。。。。。。

评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

好书，好书啊

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吾消费京东商城数年，深知各产品琳琅满目。然，唯此宝物与众皆不同，为出淤泥之清莲。使吾为之动容，心驰神往，以至茶饭不思，寝食难安，辗转反侧无法忘怀。于是乎紧衣缩食，凑齐银两，倾吾之所有而能买。东哥之热心、快递员之殷切，无不让人感激涕零，可谓迅雷不及掩耳盗铃儿响叮当仁不让世界充满爱。待打开包裹之时，顿时金光四射，屋内升起七彩祥云，处处皆是祥和之气。吾惊讶之余甚是欣喜若狂，呜呼哀哉！此宝乃是天上物，人间又得几回求！遂沐浴更衣，焚香祷告后与人共赏此宝。人皆赞叹不已，故生此宝物款型及做工，超高性价比之慨，且赞吾独具慧眼与时尚品位。产品介绍果然句句实言，毫无夸大欺瞒之嫌。实乃大家之风范，忠义之商贾。

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