激光原理及應用(第4版新工科電子信息科學與工程類專業一流精品教材十三五江蘇省高等學校重點教材)
內容大鋼
本書是「十二五」普通高等教育本科國家級規劃教材、「十三五」江蘇省高等學校重點教材和江蘇省本科優秀培育教材。主要內容包括：激光發展簡史及激光的特性，激光產生的基本原理，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，激光特性的控制與改善，典型激光器，半導體激光器，光通信系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。
本書可作為高等學校電子信息類專業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學習參考。
作者介紹
編者:陳鶴鳴//趙新彥//汪靜麗|責編:王羽佳
陳鶴鳴，二級教授，博士生導師。中國工程教育專業認證協會電子信息與電氣工程類專業認證委員會委員、核心專家。中國通信學會光通信專業委員會委員、中國光學學會全息與光信息處理專業委員會委員、中國光學學會教育委員會常務委員，江蘇省光學學會常務理事。中國通信學會高級會員、中國電子學會高級會員。曾任教育部高等學校電子信息類專業教學指導委員會委員，南京郵電大學貝爾英才學院院長、光電工程學院院長兼光通信研究所所長、教務處處長、高教所所長，江蘇省光通信工程技術研究中心主任。
長期從事光通信與光電子技術的教學與科研工作，先後在Optics Express、Optics Letters、Applied Optics、Electronics Letters,以及《物理學報》《光學學報》《通信學報》《中國激光》等重要學術刊物上發表論文100余篇，其中被SCI和EI等檢索50余篇，出版教材4部、譯著1部，獲發明專利授權十余項。先後主持或參加國家重點科技計劃項目、自然科學基金、省部級科研項目和教改項目20余項。曾獲「江蘇省普通高校優秀青年骨幹教師」、「郵電部高等院校優秀青年骨幹教師」、首屆「江蘇省高等學校教學名師」。作為專業負責人的「電子科學與技術專業」被評為國家特色專業建設點、江蘇省品牌專業，並於2013年通過了國家工程教育專業認證；作為團隊帶頭人的「光電子系列課程教學團隊」獲2010年省級優秀教學團隊；作為統稿人完成了「電子信息類專業教學質量國家標準」。
目錄
第1章 概述
1.1 激光發展簡史
1.2 激光的特性
1.2.1 方向性
1.2.2 單色性
1.2.3 相干性
1.2.4 高亮度
1.3 激光應用簡介
習題與思考題一
第2章 激光產生的基本原理
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 激光產生的條件
2.3.1 受激輻射光放大
2.3.2 集居數反轉
2.3.3 激活粒子的能級系統
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 激光介質
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 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 腔內光線往返傳播的矩陣表示
3.4.2 共軸球面腔的穩定性條件
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 平行平面腔的自再現模
3.6.1 平行平面鏡腔的自再現模積分方程
3.6.2 平行平面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 圓形鏡對稱共焦腔
3.8 一般穩定球面腔的模式理論
3.8.1 一般穩定球面腔與共焦腔的等價性
3.8.2 一般穩定球面腔的模式特徵
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 非穩腔的輸出耦合方式
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 高斯光束的聚焦和准直
4.3.1 高斯光束的聚焦
4.3.2 高斯光束的准直
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 球面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 譜線加寬與線型函數
5.1.1 譜線加寬概述
5.1.2 光譜線加寬的機理
5.1.3 均勻加寬、非均勻加寬和綜合加寬
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出模式
6.3.3 非均勻加寬激光器的輸出模式
6.4 連續激光器的輸出功率
6.4.1 均勻加寬單模激光器的輸出功率
6.4.2 非均勻加寬單模激光器的輸出功率
6.4.3 多模激光器
6.5 脈衝激光器的工作特性
6.5.1 短脈衝激光器的輸出能量
6.5.2 弛豫振蕩
習題與思考題六
第7章 激光特性的控制與改善
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 阿秒激光的產生與測量
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 紅寶石固體激光器
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 准分子激光器
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佈與複合發光
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制
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 分佈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 垂直腔表面發射半導體激光器
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出功率
9.5.3 半導體激光器的輸出模式
9.5.4 動態特性
習題與思考題九
第10章 光通信系統中的激光器和放大器
10.1 半導體激光器在光纖通信中的應用
10.1.1 作為光纖通信光源的半導體激光器
10.1.2 半導體激光器在光纖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 光纖放大器
10.2.3 半導體光放大器和光纖放大器的比較
10.3 光纖激光器
10.3.1 摻雜光纖激光器
10.3.2 其他類型的光纖激光器
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 用於無線激光通信的激光器
10.5.1 無線激光通信
10.5.2 用於無線激光通信的激光器
10.6 光通信系統設計與實例
10.6.1 光纖通信系統的設計
10.6.2 空間光通信系統設計實例
習題與思考題十
第11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 像面全息
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 合成全息
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 全息干涉計量
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
第12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 激光在晶體中的非線性光學現象
12.2.1 倍頻光的產生
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
第13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 激光電腦
13.1.3 激光掃描
13.1.4 激光印表機
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 激光制導
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 典型固體激光介質參數
參考文獻
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