書名:激光原理及應用(第3版)
作者:陳鶴鳴 等 著
齣版社:電子工業齣版社
齣版時間:2017-01
版 次:3
印刷時間:2017-01
印 次:1
頁 數:378
字 數:690000
開 本:16開
裝 幀:平裝
ISBN:9787121306082
定價:49.00
本教材是“十二五”普通高等教育本科 規劃教材和江蘇省高等學校立項建設的精品教材。主要內容包括:激光發展簡史及激光的特性,激光産生的基本原理,光學諧振腔與激光模式,高斯光束,激光工作物質的增益特性,激光器的工作特性,激光特性的控製與改善,典型激光器,半導體激光器,光通信係統中的激光器和放大器,激光全息技術,激光與物質的相互作用,以及激光在其他領域的應用。
本書可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,也可供高校相關專業的師生及從事光電子技術和光通信技術的科技人員參考。
陳鶴鳴,南京郵電大學,光電工程學院院長,教授,聯邦德國卡爾斯魯厄高頻與量子電子學研究所訪問學者。曾從事guo傢自然科學基金資助項目“光縴測量新方法—計算全息法”以及“計算全息研製相移光柵”的研究。先後在“Optics Express、Applied Optics、Electronics Letters、物理學報、光學學報、通信學報、中國激光等國內外重要學術刊物上發錶論文100餘篇,其中被SCI和EI等檢索20餘篇。
dy 章 概述
1.1 激光發展簡史
1.2 激光的特性
1.2.1 高方嚮性
1.2.2 單色性
1.2.3 相乾性
1.2.4 高亮度
1.3 激光應用簡介
習題與思考題一
第2章 激光産生的基本原理
2.1 原子發光的機理
2.1.1 原子的結構
2.1.2 原子的能級
2.1.3 原子發光的機理
2.2 自發輻射、受激輻射和受激吸收
2.2.1 自發輻射
2.2.2 受激輻射
2.2.3 受激吸收
2.2.4 三個愛因斯坦係數之間的關係
2.3 激光産生的條件
2.3.1 受激輻射光放大
2.3.2 集居數反轉
2.3.3 激活粒子的能級係統
2.3.4 光的自激振蕩
2.4 激光器的基本組成與分類
2.4.1 激光器的基本組成
2.4.2 激光工作物質
2.4.3 泵浦源
2.4.4 光學諧振腔
2.4.5 激光器的分類
習題與思考題二
第3章 光學諧振腔與激光模式
3.1 光學諧振腔的構成和分類
3.1.1 光學諧振腔的構成和分類
3.1.2 典型開放式光學諧振腔
3.2 激光模式
3.2.1 駐波與諧振頻率
3.2.2 縱模
3.2.3 橫模
3.3 光學諧振腔的損耗
3.3.1 光腔的損耗
3.3.2 光子在腔內的平均壽命
3.3.3 無源腔的品質因數――Q值
3.4 光學諧振腔的穩定性條件
3.4.1 腔內光綫往返傳播的矩陣錶示
3.4.2 共軸球麵腔的穩定性條件
3.4.3 臨界腔
3.5 光學諧振腔的衍射理論基礎
3.5.1 自再現模
3.5.2 菲涅耳―基爾霍夫衍射積分
3.5.3 自再現模積分方程
3.5.4 自再現模積分方程解的物理意義
3.6 平行平麵腔的自再現模
3.6.1 平行平麵鏡腔的自再現模積分方程
3.6.2 平行平麵腔模的數值迭代解法
3.6.3 單程衍射損耗、單程相移與諧振頻率
3.7 對稱共焦腔的自再現模
3.7.1 方形鏡對稱共焦腔
3.7.2 圓形鏡共焦腔
3.8 一般穩定球麵腔的模式理論
3.8.1 一般穩定球麵腔與共焦腔的等價性
3.8.2 一般穩定球麵腔的模式特徵
3.9 非穩定諧振腔
3.9.1 非穩腔的基本結構
3.9.2 非穩腔的幾何自再現波型
3.9.3 非穩腔的幾何放大率
3.9.4 非穩腔的能量損耗
3.9.5 非穩腔的輸齣耦閤方式
3.9.6 非穩腔的主要特點
習題與思考題三
第4章 高斯光束
4.1 高斯光束的基本性質
4.1.1 高斯光束
4.1.2 高斯光束的基本性質
4.1.3 高斯光束的特徵參數
4.2 高斯光束的傳輸與變換規律
4.2.1 高斯光束的傳輸與變換規律
4.2.2 實例分析
4.3 高斯光束的聚焦和準直
4.3.1 高斯光束的聚焦
4.3.2 高斯光束的準直
4.4 高斯光束的自再現變換
4.4.1 利用薄透鏡實現自再現變換
4.4.2 球麵反射鏡對高斯光束的自再現變換
4.5 高斯光束的匹配
4.6 激光束質量因子
習題與思考題四
第5章 激光工作物質的增益特性
5.1 譜綫加寬與綫型函數
5.1.1 譜綫加寬概述
5.1.2 光譜綫加寬的機理
5.1.3 均勻加寬、非均勻加寬和綜閤加寬
5.2 速率方程
5.2.1 對自發輻射、受激輻射、受激吸收概
率的修正
5.2.2 單模振蕩速率方程
5.2.3 多模振蕩速率方程
5.3 均勻加寬激光工作物質對光的增益
5.3.1 增益係數
5.3.2 反轉集居數飽和
5.3.3 增益飽和
5.4 非均勻加寬激光工作物質對光的增益
5.4.1 增益飽和
5.4.2 燒孔效應
習題與思考題五
第6章 激光器的工作特性
6.1 連續與脈衝工作方式
6.1.1 短脈衝運轉
6.1.2 長脈衝和連續運轉
6.2 激光器的振蕩閾值
6.2.1 閾值增益係數
6.2.2 閾值反轉集居數密度
6.2.3 閾值泵浦功率和能量
6.3 激光器的振蕩模式
6.3.1 起振縱模數
6.3.2 均勻加寬激光器的輸齣模式
6.3.3 非均勻加寬激光器的輸齣模式
6.4 連續激光器的輸齣功率
6.4.1 均勻加寬單模激光器的輸齣功率
6.4.2 非均勻加寬單模激光器的輸齣功率
6.4.3 多模激光器
6.5 脈衝激光器的工作特性
6.5.1 短脈衝激光器的輸齣能量
6.5.2 弛豫振蕩
習題與思考題六
第7章 激光特性的控製與改善
7.1 模式選擇
7.1.1 橫模選擇
7.1.2 縱模選擇
7.2 穩頻技術
7.2.1 頻率的穩定性
7.2.2 穩頻方法
7.3 調Q技術
7.3.1 調Q激光器工作原理
7.3.2 Q調製方法
7.3.3 調Q激光器基本理論
7.4 超短脈衝技術
7.4.1 鎖模原理
7.4.2 鎖模方法
7.4.3 均勻加寬激光器主動鎖模自洽理論
7.4.4 阿秒激光的産生與測量
7.5 激光調製技術
7.5.1 激光調製的基本概念
7.5.2 電光調製、聲光調製和磁光調製
7.5.3 直接調製
7.6 激光偏轉技術
7.6.1 機械偏轉
7.6.2 電光偏轉
7.6.3 聲光偏轉
7.7 光電器件設計及參數選用原則
7.7.1 電光調製器的設計
7.7.2 電光調Q激光器的設計
7.7.3 聲光調製器的設計
習題與思考題七
第8章 典型激光器
8.1 固體激光器
8.1.1 固體激光器的基本結構和泵浦方式
8.1.2 紅寶石激光器
8.1.3 釹激光器
8.1.4 摻鈦藍寶石激光器
8.2 氣體激光器
8.2.1 氣體激光器的泵浦方式
8.2.2 氦氖激光器
8.2.3 二氧化碳激光器
8.2.4 氬離子激光器
8.3 染料激光器
8.3.1 染料激光器的泵浦方式與基本結構
8.3.2 染料激光器的工作原理
8.4 新型激光器
8.4.1 準分子激光器
8.4.2 自由電子激光器
8.4.3 化學激光器
8.4.4 聲子激光器
8.4.5 納米激光器
8.4.6 生物激光器
習題與思考題八
第9章 半導體激光器
9.1 半導體激光器物理基礎
9.1.1 半導體的能帶結構和電子狀態
9.1.2 半導體中載流子的分布與復閤發光
9.1.3 PN結
9.1.4 半導體激光材料
9.2 半導體激光器的工作原理
9.2.1 半導體激光器受激發光條件
9.2.2 半導體激光器有源介質的增益係數
9.2.3 閾值條件
9.2.4 半導體激光器的速率方程及其穩態解
9.3 半導體激光器有源區對載流子和光子的限製
9.3.1 異質結半導體激光器
9.3.2 量子阱激光器
9.3.3 光約束因子
9.4 半導體激光器的諧振腔結構
9.4.1 FP腔半導體激光器
9.4.2 分布反饋式半導體激光器與布拉格反射式半導體激光器
9.4.3 垂直腔錶麵發射半導體激光器
9.5 半導體激光器的特性
9.5.1 閾值特性
9.5.2 半導體激光器的效率與輸齣功率
9.5.3 半導體激光器的輸齣模式
9.5.4 動態特性
習題與思考題九
dy 0章 光通信係統中的激光器和放大器
10.1 半導體激光器在光縴通信中的應用
10.1.1 作為光縴通信光源的半導體激光器
10.1.2 半導體激光器在光縴通信中的應用與發展
10.2 光放大器
10.2.1 半導體光放大器
10.2.2 光縴放大器
10.2.3 半導體光放大器和光縴放大器的比較
10.3 光縴激光器
10.3.1 摻雜光縴激光器
10.3.2 其他類型的光縴激光器
10.4 光子晶體激光器
10.4.1 光子晶體
10.4.2 光子晶體激光器
10.4.3 光子晶體激光器的應用前景
10.5 用於無綫激光通信的激光器
10.5.1 無綫激光通信
10.5.2 用於無綫激光通信的激光器
10.6 光通信係統設計與實例
10.6.1 光縴通信係統的設計
10.6.2 空間光通信係統設計實例
習題與思考題十
dy 1章 激光全息技術
11.1 激光全息技術的原理和分類
11.1.1 激光全息的原理
11.1.2 全息照相的特點
11.1.3 激光全息技術的分類
11.2 白光再現的全息技術
11.2.1 白光反射全息
11.2.2 像麵全息
11.2.3 彩虹全息
11.2.4 真彩色全息
11.3 幾種特殊的全息技術
11.3.1 計算全息
11.3.2 數字全息
11.3.3 閤成全息
11.3.4 激光超聲全息
11.3.5 瞬態全息
11.4 激光全息技術的應用
11.4.1 全息顯示和全息電影
11.4.2 全息乾涉計量
11.4.3 全息顯微技術
11.4.4 全息光學元件
11.4.5 全息技術的其他應用
習題與思考題十一
dy 2章 激光與物質的相互作用
12.1 激光在物質中的傳播
12.1.1 激光在物質中的傳播和吸收
12.1.2 激光的散射
12.2 激光在晶體中的非綫性光學現象
12.2.1 倍頻光的産生
12.2.2 相位匹配
12.3 激光對物質的加熱與蒸發
12.3.1 激光熱蒸發
12.3.2 光化學效應激光蒸發
12.4 激光誘導化學過程
12.4.1 激光切斷分子
12.4.2 激光引起的多光子吸收
12.4.3 液體、固體的光化學反應
習題與思考題十二
dy 3章 激光在其他領域的應用
13.1 激光在信息領域的應用
13.1.1 激光存儲
13.1.2 激光計算機
13.1.3 激光掃描
13.1.4 激光打印機
13.2 激光在工業領域的應用
13.2.1 激光在精密計量中的應用
13.2.2 激光在材料加工中的應用
13.3 激光在生物醫學領域的應用
13.3.1 激光與生物體的相互作用
13.3.2 激光在生物體檢測及診斷中的應用
13.3.3 激光醫療
13.3.4 醫用激光光源
13.4 激光在國防科技領域的應用
13.4.1 激光測距
13.4.2 激光雷達
13.4.3 激光製導
13.4.4 激光陀螺
13.4.5 激光武器
13.5 激光在科學技術前沿中的應用
13.5.1 激光光譜學
13.5.2 激光核聚變
13.5.3 超短脈衝激光技術
13.5.4 激光冷卻與原子捕陷
13.5.5 利用激光操縱微粒
習題與思考題十三
附錄A 典型氣體激光器基本實驗數據
附錄B 典型固體激光工作物質參數
參考文獻
這本書的“激光發展簡史”部分,雖然列舉瞭一些重要的裏程碑事件和人物,但其敘述方式過於流水賬,缺乏對關鍵技術突破背後科學原理和時代背景的深入解讀,讓我感覺像是在閱讀一篇簡略的百科條目。比如,在提到第一颱激光器的誕生時,書中隻是簡單地提及瞭“梅曼在1960年成功研製齣紅寶石激光器”,但對於當時激光理論的成熟度,例如愛因斯坦的受激輻射理論是如何為激光器的誕生奠定基礎的,也沒有進行詳細的迴顧。同樣,在介紹不同類型激光器的發展時,如氣體激光器、半導體激光器、染料激光器等,書中僅僅是提及瞭它們的齣現時間,而沒有深入分析這些新型激光器是如何剋服前代技術的局限性,以及它們各自在科學和技術領域帶來的革命性影響。我更希望看到的是對技術演進過程中所麵臨的挑戰、關鍵的科學發現以及由此帶來的應用拓展的詳細闡述。例如,在半導體激光器的發展曆程中,如何解決異質結材料的製備難題,如何提高其量子效率和穩定性,這些背後的工程和科學智慧,是曆史敘述中不可或缺的部分,但在這本書中卻鮮有提及。
評分這本書在“激光特性”部分,雖然列舉瞭一些基礎的激光性質,如單色性、方嚮性、相乾性和亮度,但這些描述更像是對教科書上基礎概念的復述,缺乏實際應用中的深度挖掘和量化分析。例如,在解釋單色性時,書中隻是提到瞭“光譜綫很窄”,但沒有給齣具體的光譜綫寬度數值範圍,也沒有討論不同類型激光器的單色性差異,更沒有說明在精密測量或光譜學應用中,如何根據應用需求來選擇具有特定單色性指標的激光器。同樣,對於方嚮性,書中提到“光束發散角很小”,但沒有提供具體的發散角數值,也沒有討論不同激光器的橫模(TEM)對發散角的影響,以及如何通過光學元件(如擴束鏡)來控製和改變光束的發散度。我更期待的是能夠看到一些關於這些特性在實際應用中如何被量化、如何被測量,以及如何通過選擇不同的激光器或附加光學器件來優化這些特性的內容。例如,在激光雷達應用中,對光束方嚮性和發散度的精確控製至關重要,但書中對這方麵的討論幾乎為空白。對於相乾性,書中也隻是籠統地說“相乾性好”,但沒有深入探討相乾長度、相乾時間的概念,以及它們對全息術、乾涉測量等應用的影響。
評分從一個資深激光技術愛好者的角度來看,這本書在“激光器工作特性”這一章節的處理方式,讓我感到有些不盡如人意。書中對激光器的各種工作模式,如連續波(CW)和脈衝模式,以及不同模式下的輸齣特性,都有提及,但這些描述都停留在非常錶麵的層麵,缺乏對工作原理的深層剖析。例如,在談到脈衝激光器的産生機製時,書中僅僅是提到瞭“Q開關”和“鎖模”技術,但對於這兩種技術的核心物理過程,比如Q開關如何通過改變腔鏡損耗來産生高峰值功率的短脈衝,鎖模是如何實現光脈衝在腔內的同步而産生更短、更窄的脈衝,都沒有進行詳細的數學推導或物理模型闡釋。我原本希望能看到更多關於激光器增益介質的飽和效應、腔內能量存儲、以及不同模式下激光輸齣的譜綫展寬等方麵的討論,這些對於理解激光器的實際性能至關重要。同時,在激光器效率的討論上,書中也隻是簡單列舉瞭“光學效率”、“電光效率”等概念,但對於影響這些效率的各項因素,比如泵浦效率、耦閤效率、損耗因素等,並沒有進行深入的分析和量化。這使得我在理解如何優化激光器的設計和選擇閤適的激光器類型時,感到信息量不足,難以做齣有針對性的判斷。
評分在“激光應用”這一章節,這本書給人的感覺是內容過於泛泛,缺乏針對性和深度。書中列舉瞭諸如激光切割、激光焊接、激光治療、激光通信等多個應用領域,但對每個領域的介紹都比較淺顯,更像是簡單的羅列,而沒有深入探討激光在該應用中扮演的具體角色、關鍵的技術原理以及麵臨的挑戰。例如,在激光切割方麵,書中僅僅提到瞭“利用高能量密度實現材料的熔化或汽化”,卻沒有深入分析不同激光器(如CO2激光器、光縴激光器、YAG激光器)在切割不同材料時的優劣勢,也沒有討論影響切割質量的關鍵參數,如功率密度、聚焦方式、切割速度、輔助氣體等。同樣,在激光醫療應用中,書中提到瞭“激光手術”、“激光美容”,但對於不同激光波長在生物組織中的吸收特性、激光與生物組織相互作用的生物物理機理,以及如何根據不同的治療需求選擇和優化激光參數,都沒有進行詳細的闡述。我期望的是能夠看到一些更具體、更具操作性的內容,例如激光在某個特定領域的應用案例分析,或者對某一激光應用技術進行深入的原理剖析和參數優化探討。
評分這本書的整體編排實在讓我大失所望,特彆是關於激光與光電子技術的結閤部分,感覺像是生硬地拼湊在一起,缺乏深入的理論支撐和清晰的邏輯鏈條。雖然書名提到瞭“光電子技術”,但具體到如何利用激光的光學特性來與光電子器件進行互動,如何設計和分析相關的光學係統,書中給齣的內容卻顯得非常淺顯。例如,在討論激光在光電探測器中的應用時,僅僅是泛泛地提到瞭“提高探測效率”,卻沒有深入講解其背後的物理機製,比如激光的相乾性如何影響乾涉效應,從而提升信噪比,也沒有給齣具體的計算公式或設計指南。同樣,在激光與半導體器件的耦閤方麵,例如激光驅動LED的調製原理,書中也隻是簡單帶過,沒有詳細闡述調製深度、響應速度等關鍵參數的實現與優化。我期待的是能看到一些關於激光與光敏器件(如光電二極管、CCD、CMOS傳感器)相互作用的細緻分析,包括激光參數(波長、功率、光斑大小)對探測器性能的影響,以及如何通過優化激光源和探測器參數來達到特定的應用目的。然而,這些內容在書中幾乎是空白,讓我覺得這本書在“光電子技術”這一塊的價值大打摺扣,更像是一個粗略的概覽,而非一本深入探討激光在光電子領域應用的專業書籍。
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