激光原理與技術

本教材共11章，第1~4章為激光原理，重點闡述激光的產生原理和過程，包括光子的描述、愛因斯坦受激輻射理論、激光器的基本結構和激光特性、光學諧振腔的相關理論、光與物質的相互作用、速率方程、激光振盪特性等內容；第5~11章為激光技術部分，重點介紹提高激光輸出特性的方法和實現過程，如激光調製技術、調Q技術、模式控制、頻率變換等技術。在每章後配有思維導圖進行歸納總結，並輔以思考題和練習題。本教材適合作為高度院校光電子技術、光信息科學與技術等本科專業教材，也可以作為激光加工和製造等相關科技人員的參考書 ^[1] 

緒論

第1章激光基本原理

1．1光的描述

1．1．1電磁理論

1．1．2光量子理論

1．1．3兩種理論的統一——光波模式和光子狀態

1．2光子的相干性

1．2．1光子的相干性

1．2．2光子簡併度

1．3激光的基本概念

1．3．1原子的能級

1．3．2愛因斯坦受激輻射理論

1．3．3光的受激輻射放大

1．3．4光的自激振盪

1．3．5產生激光的條件

1．4激光器的基本結構

1．4．1工作物質

1．4．2泵浦源

1．4．3光學諧振腔

1．5激光的特性

1．5．1方向性和空間相干性

1．5．2單色性和時間相干性

1．5．3高亮度(強相干光)

本章小結

習題

第2章光學諧振腔

2．1光學諧振腔的基本概念

2．1．1光腔的構成和分類

2．1．2光腔的模式

2．1．3光腔的損耗

2．1．4光子在腔內的平均壽命

目錄

激光原理與技術

2．1．5光腔的品質因數

2．2共軸球面腔的穩定性條件

2．2．1幾何光學的矩陣分析

2．2．2共軸球面腔的穩定性條件

2．2．3諧振腔的穩區圖

2．3諧振腔的本徵模式和衍射積分理論分析方法

2．3．1諧振腔的本徵模式

2．3．2孔闌傳輸線

2．3．3菲涅爾基爾霍夫衍射積分

2．3．4自再現模的積分方程

2．3．5復常數γ的意義

2．3．6分離變量法

2．4方形鏡共焦腔的自再現模

2．4．1求解積分方程

2．4．2鏡面上場的分佈

2．4．3單程損耗

2．4．4單程相移與諧振頻率

2．4．5腔內、外的行波場

2．5高斯光束的傳播特性

2．5．1振幅分佈和光斑尺寸

2．5．2相位分佈

2．5．3遠場發散角

2．6圓形鏡共焦腔的模

2．6．1拉蓋爾高斯近似

2．6．2模的特徵

2．6．3行波場

2．7一般穩定球面腔的模式特徵

2．7．1等價共焦腔

2．7．2一般穩定球面腔的模式特徵

2．8高斯光束

2．8．1高斯光束的性質和q參數

2．8．2高斯光束的變換規律

2．8．3高斯光束的聚焦

2．8．4高斯光束的準直

2．9激光光束質量因子

本章小結

習題

^[2] 

第3章光場與物質的相互作用

3．1光場與物質相互作用的理論

3．1．1光場與物質相互作用的理論體系

3．1．2光場與物質相互作用的經典理論

3．2譜線加寬和線型函數

3．2．1基本概念

3．2．2均勻加寬

3．2．3非均勻加寬

3．2．4綜合加寬

3．3典型激光器速率方程

3．3．1愛因斯坦係數的修正

3．3．2單模振盪速率方程組

3．4小信號增益係數

3．4．1增益係數

3．4．2反轉粒子數

3．4．3小信號增益係數

3．5大信號增益係數

3．5．1反轉粒子數飽和

3．5．2均勻加寬工作物質的大信號增益係數

3．5．3非均勻加寬工作物質的大信號增益係數

3．5．4綜合加寬工作物質的大信號增益係數

本章小結

習題

第4章激光振盪特性

4．1連續激光器和脈衝激光器

4．2連續激光器的振盪特性

4．2．1閾值條件

4．2．2振盪模式

4．2．3輸出功率

4．3脈衝激光器的振盪特性

4．3．1閾值條件

4．3．2輸出能量

4．3．3激光器的效率

4．4弛豫振盪

4．4．1弛豫振盪的形成過程

4．4．2弛豫振盪的線性近似分析

4．5單模激光器的線寬極限

4．6激光器的頻率牽引

本章小結

習題

第5章激光調製技術

5．1激光調製的基本概念

5．1．1激光調製的分類

5．1．2內調製和外調制

5．1．3模擬調製

5．1．4數字調製

5．1．5激光調製的特點

5．2電光調製

5．2．1電光調製的物理基礎

5．2．2電光強度調製

5．2．3電光相位調製

5．3聲光調製

5．3．1聲光調製的物理基礎

5．3．2聲光衍射

5．3．3聲光調製器

5．4磁光調製

5．4．1磁光效應

5．4．2磁光調製器

本章小結

習題

第6章激光調Q技術

6．1調Q的基本原理

6．1．1調Q的工作原理

6．1．2調Q技術的分類

6．1．3調Q對激光器的要求

6．2調Q激光器速率方程

6．2．1調Q激光器的速率方程

6．2．2調Q速率方程的解

6．3電光調Q

6．3．1基本原理

6．3．2典型電光調Q方法

6．3．3設計電光調Ｑ激光器應考慮的問題

6．4聲光調Q

6．4．1基本原理

6．4．2聲光調Q器件的結構

6．4．3聲光調Q激光器的輸出特性

6．5被動調Q

6．5．1被動調Q原理

6．5．2典型被動調Q激光器

6．6PTM調Q

6．6．1PTM電光調Q

6．6．2PTM聲光調Q

本章小結

習題

第7章模式選擇技術

7．1橫模選擇原理

7．1．1單橫模激光器

7．1．2橫模選擇原理

7．2橫模選擇方法

7．2．1參數選擇法

7．2．2小孔光闌法

7．2．3透鏡法

7．2．4非穩腔法

7．3縱模選擇原理和方法

7．3．1縱模選擇原理

7．3．2縱模選擇方法

7．4模式測量方法

7．4．1直接觀測法

7．4．2光點掃描法

7．4．3掃描干涉儀法

7．4．4FP照相法

本章小結

習題

^[2] 

第8章鎖模技術

8．1超短脈衝概述

8．2鎖模的基本原理

8．2．1多縱模激光器的輸出特性

8．2．2鎖模的基本原理

8．3主動鎖模

8．3．1振幅調製鎖模

8．3．2相位調製鎖模

8．3．3主動鎖模激光器

8．4被動鎖模

8．4．1固體激光器的被動鎖模

8．4．2染料激光器的被動鎖模

8．5同步泵浦鎖模

8．5．1同步泵浦鎖模原理

8．5．2同步泵浦鎖模激光器

8．6自鎖模

8．6．1自鎖模原理

8．6．2自鎖模摻鈦藍寶石激光器

本章小結

習題

第9章穩頻技術

9．1頻率的穩定性

9．1．1頻率的穩定性和復現性

9．1．2影響頻率穩定性的因素

9．1．3穩頻方法

9．1．4對標準頻率的要求

9．2蘭姆凹陷穩頻

9．2．1系統組成

9．2．2工作原理

9．2．3注意事項

9．3塞曼效應穩頻

9．3．1縱向塞曼效應

9．3．2塞曼效應雙頻穩頻激光器

9．3．3塞曼效應吸收穩頻

9．4飽和吸收穩頻

9．4．1系統組成

9．4．2工作原理

9．5其他穩頻激光器

9．5．1CO2激光器的穩頻

9．5．2固體脈衝激光器的穩頻

9．5．3半導體激光器的穩頻

9．5．4光纖激光器的穩頻

本章小結

習題

第10章頻率變換技術

10．1非線性極化

10．1．1原子的電極化

10．1．2非線性極化

10．1．3非線性介質中的波耦合方程

10.2激光倍頻技術

10.2.1倍頻的波耦合方程

10．2．2相位匹配的意義

10．2．3準相位匹配方法

10．2．4倍頻方式

10．3和頻與三倍頻技術

10．3．1和頻技術

10．3．2三倍頻技術

10．4光參量振盪技術

10．4．1光參量放大

10．4．2光參量振盪

10．4．3光參量振盪運轉方式

10．4．4光參量振盪器的頻率調諧方法

10．5受激拉曼散射技術

10．5．1拉曼散射

10．5．2受激拉曼散射的調諧作用

10．5．3拉曼散射激光器

本章小結

習題

第11章固體激光器

11．1固體激光器的基本原理

11．1．1固體激光器的基本結構

11．1．2固體激光放大器的結構

11．1．3固體激光器的能量轉換

11．2固體工作物質

11．2．1紅寶石晶體

11．2．2摻釹釔鋁石榴石晶體

11．2．3釹玻璃

11．2．4激光陶瓷

11．2．5鉺玻璃(摻鉺磷酸鹽玻璃)

11．2．6摻鈥釔鋁石榴石

11．2．7摻鈦藍寶石晶體

11．3泵浦光源

11．3．1惰性氣體放電燈

11．3．2激光二極管

11．3．3太陽光

11．4典型固體激光器

11．4．1燈泵固體激光器

11．4．2側面泵浦固體激光器

11．4．3端面泵浦固體激光器

本章小結

習題

附錄

參考文獻

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