激光原理 袁曉東,劉肯 科學齣版社 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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袁曉東，劉肯 著

圖書標籤:

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• 光電子技術
• 非綫性光學
• 激光應用

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齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030472892

商品編碼：29721292962

包裝：平裝

齣版時間：2016-03-01

基本信息

書名：激光原理

定價：45.00元

作者：袁曉東,劉肯

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2016-03-01

ISBN：9787030472892

字數：

頁碼：248

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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《激光原理》首先闡述激光與普通光的本質區彆，使讀者對於激光有一個總體認識；接下來討論激光諧振腔、高斯光束和高斯光束的變換，讀者可以瞭解激光諧振腔和激光光束的性質，掌握激光光束的變換規律和操控方法；通過激光器經典理論和半經典理論的學習，讀者能夠瞭解激光放大和振蕩的基本規律；激光器模式控製和脈衝激光器部分則主要講述如何對激光器進行操控來實現激光的高頻率分辨或者高時間分辨；後對於常見的典型激光器作瞭簡單介紹，使讀者對於不同類型激光器的特點有一個較全麵的瞭解。
　　《激光原理》可作為高等工科院校本科生激光原理課程教材，也可供相關專業方嚮的高等院校師生及工程技術人員參考。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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前言

章 光波的相乾性描述
1．1 激光的概念
1．2 光波的模式密度
1．3 光波的縱嚮相乾性
1．4 橫嚮相乾性
1．5 集光率與輻射度
習題

第2章 光學諧振腔的一般性質
2．1 平行平麵鏡腔的光強透射率
2．2 諧振頻率
2．3 模式頻率寬度
2，4光子壽命與品質因子
習題

第3章 高斯光束與激光諧振腔
3．1 對稱共焦腔中的自再現模
3．2 高斯光束
3．3 薄透鏡對高斯光束的變換
3．4 -般球麵鏡光學諧振腔中的高斯光束
3．5 高階模
3．6 諧振腔的諧振頻率
習題

第4章 高斯光束傳輸變換
4．1 高斯光束的聚焦
4．2 高斯光束的準直
4．3 光綫光學的矩陣方法和高斯光束的傳輸變換
習題

第5章 受激輻射和光增益
5．1 受激輻射
5．2 自發輻射的經典諧振子模型
5．3 激光增益
5．4 增益截麵
5．5 非輻射躍遷和量子效率
習題

第6章 激光放大器
6，1三能級係統與四能級係統的粒子數變化的速率方程
6．2 增益飽和
6．3 放大器增益
6．4 光縴放大器
習題

第7章 連續波激光器
7．1 激光産生的條件
7．2 激光器穩態運轉
習題

第8章 激光器的半經典理論
8．1 密度矩陣
8．2 集居數矩陣
8．3 電磁場方程
8．4 激光器的單模運轉和速率方程解
8．5 激光器的多模運轉
8．6 兩模運轉和模競爭問題
8．7 三模運轉和鎖模
習題

第9章 氣體激光器
9．1 運動原子的多普勒效應
9．2 氣體原子激光器振蕩的定性討論
9．3 氣體原子輻射的頻率分布
9．4 非均勻加寬增益介質的增益係數
9．5 氣體介質激光器的輸齣光強
習題

0章 激光器模式控製
10．1 均勻加寬增益介質激光器
10．2 非均勻加寬增益介質激光器
10．3 激光器的穩頻
習題

1章 脈衝激光器

2章 典型激光器簡介

3章 半導體激光器
附錄A 薄透鏡對光束的變換性質
附錄B 方形球麵鏡諧振腔的諧振頻率
附錄C 1章 式（11．4 5）的推導
附錄D 布拉格聲光光柵的衍射效率與光縴光柵的反射率
附錄E 符號索引
附錄F 習題參考答案與解答
參考文獻

激光技術的奧秘：原理、發展與應用 內容簡介 本書旨在為讀者係統性地介紹激光這一顛覆性技術的深層原理、發展脈絡及其在各個領域的廣泛應用。我們將深入剖析激光的誕生機製，探索其獨特的物理特性，並追溯其從實驗室概念走嚮現實世界的漫長而輝煌的曆程。同時，本書還將詳細闡述激光技術如何深刻地改變瞭科學研究、工業生産、醫療健康、通信傳輸乃至軍事國防等眾多領域，勾勒齣激光技術未來發展的前景與挑戰。 第一章 激光的誕生：光子的奇妙旅程 在探尋激光的奧秘之前，我們首先需要理解“光”本身的本質。光，作為一種電磁波，同時又錶現齣粒子的性質，即“光子”。原子內部的電子圍繞原子核運動，它們並非處於任意能量狀態，而是遵循量子化的能級規則。當原子吸收能量時，其內部的電子會躍遷到更高能級的激發態；當電子從高能級躍遷迴低能級時，就會釋放齣光子，這一過程被稱為自發輻射。 然而，要産生激光，僅僅依靠自發輻射是遠遠不夠的。激光的核心在於一種更為特殊的輻射方式——受激輻射。當一個處於激發態的原子遇到一個與其能量差恰好匹配的光子時，這個光子會“激發”該原子，使其電子立刻躍遷迴低能級，並釋放齣一個與入射光子在頻率、方嚮、相位和偏振都完全相同的“孿生”光子。這意味著，一旦存在一個光子，它就有可能引發一係列的受激輻射，從而産生大量同質化的光子，這就是激光的雛形。 為瞭實現持續的受激輻射，我們需要創造一種“粒子數反轉”的態，即在某個能級上，處於高能級的原子數量要多於處於低能級的原子數量。在自然狀態下，低能級上的原子數量總是多於高能級，因此難以形成受激輻射的鏈式反應。要實現粒子數反轉，我們需要引入“泵浦”機製。泵浦可以是光學泵浦（利用其他光源激發）、電學泵浦（通過電場激發）或化學泵浦（通過化學反應）。通過泵浦，大量原子被激發到高能級，從而實現瞭粒子數反轉。 第二章 激光器：製造“神奇之光”的機器 激光器是實現激光産生的核心裝置。一個典型的激光器主要由三個關鍵部分組成： 1. 工作物質（增益介質）： 這是産生激光光子的核心。工作物質可以是固體（如紅寶石、Nd:YAG晶體）、氣體（如He-Ne、CO2）、液體（如染料）或半導體材料。不同的工作物質在不同的波長範圍內具有特定的發射特性。 2. 泵浦源： 如前所述，泵浦源的目的是為工作物質提供能量，以實現粒子數反轉。泵浦源的效率和功率直接影響激光器的性能。 3. 光學諧振腔： 這是激光器實現光放大和方嚮控製的關鍵。光學諧振腔通常由兩個相互平行的反射鏡組成，它們分彆位於工作物質的兩端。其中一個反射鏡是全反射鏡，另一個則為部分反射鏡（輸齣鏡）。在諧振腔內，光子在工作物質中不斷來迴反射，每一次通過工作物質都會引起更多的受激輻射，從而使激光束得到放大。輸齣鏡則允許一部分激光束以極高的方嚮性、單色性和相乾性輸齣，形成我們所熟知的激光。 根據工作物質的不同，激光器可以分為多種類型，例如： 氣體激光器： 如He-Ne激光器，以其良好的單色性和穩定性而聞名，常用於測量、乾涉等精密應用。CO2激光器則功率強大，適用於切割、焊接等工業領域。 固體激光器： 如Nd:YAG激光器，具有輸齣功率高、波長可調等優點，廣泛應用於科研、醫療和工業。 半導體激光器： 體積小、效率高、易於集成，是我們日常生活中最常見的激光器，如CD/DVD播放器、條形碼掃描儀、光縴通信中的光源等。 染料激光器： 能夠輸齣可調諧的激光，在光譜學研究和激光醫療等領域具有重要價值。 第三章 激光的獨特魅力：超乎尋常的光學特性 激光之所以能夠取代許多傳統光源，並創造齣無數新的應用，源於其與生俱來的獨特光學特性： 1. 單色性（Monochromaticity）： 激光的譜綫非常狹窄，幾乎隻包含一個單一的波長。這意味著激光的顔色極其純淨，與普通光源發齣的包含多種顔色的混閤光截然不同。這種高度的單色性使得激光在光譜測量、乾涉和衍射實驗中具有無可比擬的優勢。 2. 方嚮性（Directionality）： 激光束的發散角極小，即使在傳播很遠的距離後，光束仍然能保持很小的尺寸。這種高度的方嚮性使得激光能夠精確地聚焦到微小的目標上，並能在長距離傳輸中保持能量密度。這是激光雷達、激光測量和激光通信等應用的基礎。 3. 相乾性（Coherence）： 激光的光波在時間和空間上都錶現齣高度的相乾性。這意味著所有光子都以相同的相位嚮前傳播，就像一支訓練有素的軍隊。這種相乾性使得激光能夠産生乾涉和衍射現象，並被廣泛應用於全息術、激光測量和光學乾涉儀等領域。 4. 高亮度（High Brightness）： 亮度是單位時間和單位麵積發齣的光功率。由於激光的單色性、方嚮性和相乾性，其能量高度集中，因此具有極高的亮度，遠超任何傳統光源。高亮度使得激光能夠實現超精細的加工、産生極高的溫度，並在科學研究中探測極其微弱的信號。 第四章 激光技術的演進：從夢想走嚮現實 激光的誕生並非一蹴而就，而是經曆瞭漫長的理論探索和實驗驗證過程。早在1917年，愛因斯坦就提齣瞭受激輻射的概念，為激光的誕生奠定瞭理論基礎。然而，真正將受激輻射轉化為實際應用，還需要更多關鍵技術的突破。 1950年代，美國物理學傢查爾斯·湯斯（Charles Townes）及其同事在微波領域實現瞭受激輻射的放大，發明瞭“微波激射器”（MASER），為激光器的問世鋪平瞭道路。1960年，美國休斯實驗室的西奧多·梅曼（Theodore Maiman）成功研製齣世界上第一颱激光器——紅寶石激光器，標誌著激光時代的正式開啓。 自此，激光技術進入瞭快速發展的時期。科學傢們不斷開發齣不同類型、不同波長、不同功率的激光器，其性能也日益提升。從最初的實驗室研究工具，激光逐漸走入工業生産綫，進入醫療機構，並最終融入我們的日常生活。每一次技術上的突破，都為激光器帶來瞭新的應用領域和更廣闊的市場。 第五章 激光的應用：點亮世界的“魔幻之光” 激光技術的蓬勃發展，極大地拓展瞭人類的能力邊界，並在各個領域催生瞭無數革命性的應用： 工業領域： 激光焊接、激光切割、激光打標、激光精密加工等技術，因其高精度、高效率、低損傷的特點，已成為現代工業生産不可或缺的工具。從汽車製造到電子産品生産，激光技術都在默默地提升著産品質量和生産效率。 醫療領域： 激光在醫療上的應用可謂“包羅萬象”。激光手術具有創傷小、齣血少、恢復快的優點，廣泛應用於眼科（近視矯正）、皮膚科（去除疤痕、雀斑）、外科（腫瘤切除）、牙科等。同時，激光還被用於輔助診斷（如光動力療法）和醫學成像。 信息通信： 光縴通信是現代通信的基石，而激光正是光縴通信中信息傳輸的“載體”。激光的高帶寬和低損耗特性，使得信息能夠以前所未有的速度和容量進行傳輸，支撐著互聯網的飛速發展。 科學研究： 激光在基礎科學研究中扮演著至關重要的角色。高強度激光可以模擬極端條件下的物理過程；高精度激光測量可以探測微小的位移和形變；激光光譜學可以分析物質的化學成分和結構；激光誘導的等離子體更是成為研究物質相變、核聚變等前沿領域的重要手段。 測量與檢測： 激光測距儀、激光掃描儀、激光雷達（LiDAR）等技術，能夠實現高精度、遠距離的測量和三維建模，在地理測繪、自動駕駛、工業自動化、文物保護等領域發揮著關鍵作用。 軍事國防： 激光在軍事上的應用也日益廣泛，包括激光製導武器、激光測距儀、激光乾擾係統、激光探測設備等，能夠提升武器的精確性和作戰效能。 消費品領域： 我們日常生活中接觸到的CD/DVD/藍光播放器、激光打印機、條形碼掃描儀、激光指示器、激光投影儀等，都離不開激光技術的支持。 第六章 激光技術的未來：無限可能，持續探索 盡管激光技術已經取得瞭舉世矚目的成就，但其發展仍未止步。未來的激光技術將更加注重以下幾個方嚮： 更高功率、更高效率： 滿足更廣泛的工業加工和能源應用需求。 更短波長、更長波長： 拓展激光在光譜分析、精密加工和特定醫療領域的應用。 更高集成度、更低成本： 推動激光技術在消費電子和物聯網領域的普及。 更智能化的激光係統： 結閤人工智能和機器學習，實現激光應用的自動化和智能化。 新型激光材料與機製的探索： 如量子點激光、飛秒激光、超快激光等，將帶來前所未有的新特性和新應用。 激光在新能源、量子計算、生物醫學等前沿領域的深度融閤： 激光有望在這些新興領域扮演更加核心的角色。 激光，這一由人類智慧創造的“神奇之光”，正以其強大的能量和無限的可能，不斷地改變著我們的世界，並將在未來的科技發展中繼續扮演舉足輕重的角色。本書的編寫，正是希望能夠激發讀者對激光技術的好奇心，理解其背後的科學原理，並感受其為人類社會帶來的巨大貢獻。

評分☆☆☆☆☆

從一個實踐者的角度來看，這本書的實用性和深度達到瞭一個很好的平衡點。理論的講解固然重要，但如果脫離瞭實際應用，知識很快就會變得空泛。我發現這本書在關鍵的理論推導完成後，往往會緊接著引入一些相關的工程應用實例或者實驗設計思路。這些插敘雖然沒有占去大量篇幅，但它們像指南針一樣，為抽象的理論指明瞭方嚮。例如，在討論瞭半導體激光器的效率問題後，書中自然地延伸到瞭光縴通信或者材料加工中的實際需求和限製，這極大地激發瞭我的興趣，讓我不僅僅滿足於理解“是什麼”，更想探究“為什麼”以及“如何應用”。這種理論與實踐的無縫對接，讓這本書不僅僅是一本應試教材，更像是一本可以伴隨職業生涯成長的參考手冊。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計著實讓人眼前一亮，那種沉穩的深藍配上燙金的書名，拿在手裏就感覺分量十足，仿佛蘊含著無窮的知識。初翻開的時候，我最先注意到的是它的字體選擇和排版布局。印刷質量無可挑剔，紙張的選擇也偏嚮於那種略帶磨砂質感的，長時間閱讀眼睛不容易疲勞。尤其是那些復雜的公式和圖錶，印製得極其清晰銳利，絲毫沒有模糊不清的現象，這對於理工科的學習資料來說簡直是太重要瞭。每一章的章節標題都設計得簡潔有力，讓人對即將進入的主題有一個明確的預期。作者對細節的把控真的體現瞭專業水準，比如章節之間的過渡頁和目錄頁的設計，都經過瞭精心的考量，讀起來是一種享受，而不是枯燥的符號堆砌。整體來看，這本書的物理呈現，就已經為接下來的深度學習奠定瞭一個非常積極的心理基礎，讓人願意沉下心來，仔細研讀每一個字句。

評分☆☆☆☆☆

這本書的寫作風格非常獨特，它不像某些教科書那樣總是保持一種冰冷、絕對客觀的語調。相反，它帶有一種溫和而堅定的學術權威感。作者在闡述復雜理論時，用詞精準，但並不刻意賣弄深奧的術語，而是力求用最精確的語言來描述物理現象的本質。我特彆欣賞其中一些地方的處理，比如對曆史發展脈絡的梳理，它沒有生硬地列齣時間綫，而是將關鍵的科學發現融入到理論的演進中，讓人感覺到科學知識的積纍是一個不斷試錯和突破的過程。這種敘述方式，使得閱讀過程充滿瞭人文關懷，讓人感覺自己不是在與冰冷的定律對話，而是在與一位經驗豐富的導師交流，他既掌握瞭前沿知識，也理解初學者的睏惑。

評分☆☆☆☆☆

我嘗試著從內容編排的邏輯性來評估這本書的“易學”程度。坦白說，激光原理這個領域本身就充滿瞭高深的物理概念和復雜的數學推導，很多教材往往一開始就將讀者推入高深的境地，讓人望而卻步。然而，這本書在構建知識體係上展現瞭高超的技巧。它沒有急於求成，而是循序漸進地從最基礎的光學基礎概念開始鋪陳，像是搭建樓房的基石，打得非常牢固。對於一些核心概念的引入，作者似乎總能找到一個非常貼切的比喻或者一個簡潔的物理圖像來幫助理解，這比純粹的公式轟炸要有效得多。比如，在講解腔模結構的那一章節，我感覺作者似乎能‘看’到讀者在哪個環節會卡住，並提前設置瞭“拐杖”，這使得我在攻剋那些傳統上被認為是難點的部分時，感覺阻力小瞭很多。這種對讀者學習路徑的體貼入微的關懷，是很多理論教材所欠缺的。

評分☆☆☆☆☆

對我而言，衡量一本專業書籍價值的另一個重要維度是它的“可檢索性”和“復習效率”。這本書在這方麵做得非常齣色。書中的術語定義都非常清晰，並且關鍵公式和結論往往被突齣顯示，這在考前快速迴顧時提供瞭極大的便利。更重要的是，它建立瞭一套清晰的內部引用體係，使得我在迴顧某個概念時，可以迅速追溯到它在前麵章節的初始定義或推導步驟，而不用在全書中大海撈針。這種結構化的知識組織，極大地提高瞭信息的迴溯效率。一本好書，不應該隻在第一次閱讀時提供價值，而應該在你後續需要查閱和鞏固時，依然能迅速成為你的得力助手，這本書顯然具備瞭這種長久的參考價值。