●第一篇 激光概況

第1章激光器概況

1.1激光的發明過程

1.1.1激光發明的理論與技術基礎

1.1.2激光原理與激光器結構的產生

1.1.3激光發明史的啟發

1.2激光器種類

1.2.1固體激光器

1.2.2氣體激光器

1.2.3半導體激光器

1.2.4染料激光器

1.2.5化學激光器

1.3激光束的五個特性

1.4以激光為基礎的其他學科

1.4.1光纖光學和導波光學

1.4.2非線性光學

第2章激光應用概述

2.1激光通信

2.2激光存儲：光盤

2.3激光脈衝測距

2.4激光生物醫學工程

2.5激光原子冷凍

2.6激光產生光學頻率梳

2.7光鐘

2.8激光制導技術

2.8.1引言

2.8.2激光雷達

2.8.3激光目標指示器

2.9激光干涉儀

2.9.1增量式和絕對式激光干涉儀

2.9.2單頻和雙頻激光干涉儀

2.10激光加工

2.11光鑷

2.12激光手術刀

2.13激光陀螺與光纖陀螺

2.14激光顯示

2.15激光全息

第二篇 典型激光器

第3章激光形成的物理基礎：粒子的光吸收和光輻射

3.1光的波粒二像性

3.1.1光波模式

3.1.2光(量)子態

3.2光子與粒子之間的相互作用

3.2.1粒子的結構和能級

3.2.2自發輻射的特點

3.2.3自發輻射繫數與自發輻射躍遷平均壽命

3.2.4受激躍遷的特點

3.2.5受激躍遷幾率和受激躍遷繫數

3.2.6愛因斯坦三繫數間的關繫

3.2.7躍遷幾率按頻率的分布

3.2.8自發輻射和受激輻射的強度關繫

3.2.9玻爾茲曼分布

第4章典型激光器

4.1紅寶石及其他固體激光器

4.1.1紅寶石激光器結構

4.1.2工作過程

4.1.3氙燈泵浦的其他固體激光器

4.1.4紅寶石激光器輸出光的特性

4.1.5其他固體激光器

4.1.6形成激光振蕩的基本要素

4.2氦氖激光器

4.2.1HeNe激光器的結構

4.2.2HeNe激光器放電通路、工作電壓和電流

4.2.3HeNe激光器0.6328μm波長激光激發機理

4.2.4激光產生的過程

4.2.5影響激光功率的因素

4.2.6HeNe激光器輸出特性

4.3半導體激光器

4.3.1早期半導體激光器的基本結構

4.3.2GaAs半導體材料的能級(帶)和pn結

4.3.3半導體激光器的工作過程

4.3.4半導體激光形成的條件

4.3.5雙異質結半導體激光器

4.3.6半導體激光器的光波長

4.3.7激光二極管陣列

4.3.8分布反饋式半導體激光器

4.4二氧化碳激光器

4.4.1CO2激光器的基本結構

4.4.2CO2的能級及激發過程

4.4.3其他類型的CO2激光器

4.5光纖激光器

4.6二極管泵浦的Nd∶YAG固體激光器

4.6.1Nd∶YAG激光器的能級

4.6.2激光二極管泵浦的固體激光器的結構

4.7其他氣體和離子激光器

4.7.1氬離子激光器

4.7.2氮氣分子激光器

4.7.3氦鎘激光器

4.7.4準分子激光器

4.8X射線激光器

4.8.1原子布居數反轉過程

4.8.2等離子體條件

4.8.3臺面X射線激光器

4.8.4用飛秒激光產生X射線

4.9特殊類型激光器

4.9.1自由電子激光器

4.9.2化學激光器

4.9.3量子點激光器和微腔激光器

第三篇 形成激光振蕩的：光學諧振腔和激光介質

第5章光學諧振腔

5.1激光諧振腔的分類

5.2諧振腔的穩定性條件

5.3諧振空腔的諧振頻率

5.4諧振空腔的線寬

第6章激光介質：光與物質的相互作用

6.1激光介質和光子：光與物質的相互作用

6.1.1光譜線、線型函數和寬度

6.1.2自然展寬

6.1.3踫撞展寬

6.1.4多普勒展寬

6.1.5均勻展寬和非均勻展寬

6.1.6光譜線的綜合展寬

6.2光在介質中的增益

6.2.1增益繫數的定義

6.2.2非均勻展寬(多普勒展寬)介質的增益繫數表達式

6.2.3均勻展寬介質的增益繫數表達式

6.2.4對增益繫數的討論

6.3速率方程及其穩態小信號解

6.3.1激光速率方程

6.3.2穩態小信號情況下的反轉粒子布居數ΔN

6.3.3速率方程與激光器中的弛豫振蕩現像

6.4激光介質中的反轉粒子數飽和及增益飽和

6.4.1問題的提出

6.4.2均勻展寬介質的ΔN飽和與G飽和

6.4.3非均勻展寬介質反轉粒子數飽和與增益飽和

6.4.4綜合展寬工作物質的ΔN飽和與G飽和

第7章激光振蕩增益，損耗和放大

7.1激光器的增益和損耗

7.1.1激光器的損耗和閾值條件

7.1.2連續運轉激光器的穩態增益

7.2激光放大器

第四篇激光束特性

第8章激光束的橫模及傳播

8.1激光腔的橫模與激光束的高亮度

8.1.1激光束的橫向場分布：橫模

8.1.2橫模頻率

8.1.3光束質量的評價M2因子

8.1.4激光的高亮度和橫模選擇

8.2激光束的傳播特性：高斯光束

8.2.1高斯光束的一般特性

8.2.2光學諧振腔中的高斯光束

8.2.3高斯光束經過薄透鏡時的變換——聚焦和準直

8.3激光束的方向性

第9章激光縱模和單色性

9.1激光諧振腔和單色性

9.2激光腔縱模

9.2.1空腔諧振條件

9.2.2空腔諧振頻率及間隔

9.2.3空腔頻率寬度

9.2.4形成激光振蕩的頻率需要滿足的三個條件

9.2.5激光縱模

9.2.6激光振蕩頻率寬度

9.2.7激光頻率漂移

9.2.8多縱模激光的譜寬

9.2.9縱模選擇技術

9.2.10討論：激光器對介質光譜線選擇及激光束單色性

9.3激光器的頻率牽引

9.3.1頻率牽引效應的描述

9.3.2頻率牽引效應的物理解釋

第10章激光器偏振

10.1各向同性腔

10.2激光腔內的布儒斯特窗形成線偏振激光束

10.3激光腔偏振損耗的各向異性形成激光束線偏振

10.4由塞曼效應產生線偏振光或圓偏振光

10.5雙折射腔形成正交線偏振模

第11章激光器的模競爭與激光光強調諧

11.1激光器的縱模競爭

11.1.1均勻展寬介質激光器的模競爭

11.1.2綜合展寬介質激光器的模競爭

11.2激光器的光強調諧特性

11.2.1觀察激光器光強（功率）調諧曲線的裝置

11.2.2均勻展寬介質激光器的光強調諧曲線

11.2.3綜合展寬介質激光器輸出光強度的調諧特性

11.3雙折射雙頻激光器的模競爭和光強調諧特性

11.3.1激光縱模（頻率）的競爭：縱模間隔小於出光帶寬

11.3.2縱模間隔大於出光帶寬

11.3.3腔內晶體石英片旋轉產生頻率分裂時的模競爭

11.4固體Nd∶YAG激光器的模競爭

第12章連續激光器的功率和頻率穩定性

12.1激光器的功率穩定性

12.2激光器的頻率穩定性

12.2.1導致激光頻率不穩定的因素

12.2.2被動穩頻

12.2.3主動穩頻

12.3從介質寬光譜到高穩定、窄線寬的激光束

第13章激光的脈衝特性

13.1激光脈衝器

13.1.1激光弛豫振蕩

13.1.2脈衝激光器的時間特性

13.1.3脈衝激光器的峰值功率和能量

13.1.4脈衝激光器的空間能量分布：M2

13.2Q調制脈衝激光器

13.2.1電光Q開關激光器

13.2.2聲光Q開關激光器

13.2.3可飽和吸收材料Q開關激光器

13.3鎖模與超短脈衝激光器

13.3.1激光器縱模的相位

13.3.2鎖模的基本原理

13.3.3鎖模的方法

13.3.4鎖模激光器的結構

13.3.5幾種典型的鎖模激光器

13.3.6飛秒激光器

第五篇 功能激光器和激光器儀器

第14章功能激光器

14.1塞曼雙頻激光器

14.1.1塞曼效應

14.1.2模牽引效應

14.1.3縱向塞曼雙頻激光器

14.1.4橫向塞曼雙頻激光器

14.2雙折射雙頻激光器

14.2.1石英晶體雙折射雙頻激光器

14.2.2應力雙折射雙頻激光器

14.3雙折射-塞曼雙頻激光器

14.4倍頻激光器

14.4.1倍頻效應

14.4.2相位匹配

14.4.3倍頻激光器的基本結構

14.5帶外回饋鏡的激光器

14.5.1激光器的光回饋效應

14.5.2正交偏振激光器的光回饋效應

第15章基於激光振蕩的傳感和測量儀器

15.1基於激光腔調諧的位移測量技術

15.2環形激光原理

15.2.1環形激光器的諧振腔和諧振條件

15.2.2二頻環形激光陀螺

15.2.3四頻環形激光陀螺

15.2.4用四頻環形激光陀螺測量弱磁場

15.3雙折射和光學材料內應力測量

15.3.1頻率分裂法測量雙折射和內應力

15.3.2激光內干涉測量雙折射和內應力

15.4微片激光內干涉長度測量技術

第六篇 激光原理及激光束的基本實驗

第16章實驗繫統和實驗內容

16.1橫模實驗繫統

16.1.1導語

16.1.2貓眼逆向器

16.1.3以貓眼作激光諧振腔鏡及其橫模變換

16.1.4貓眼諧振腔橫模實驗繫統

16.1.5不同階橫模圖樣的觀察

16.1.6橫模的偏振態

16.2激光縱模頻率觀察

16.2.1導語

16.2.2激光掃描干涉儀和激光縱模觀察

16.2.3用掃描干涉儀觀察縱模和測量縱模間隔

16.2.4激光模式偏振態的觀察

16.2.5激光器腔長調諧和激光縱模(頻率)強度的改變

16.2.6在諧振腔長改變的過程中出光帶寬的計算

16.3激光器的縱模(頻率)分裂觀察繫統

16.3.1導語

16.3.2激光腔內的應力件引入的激光頻率分裂實驗

16.3.3激光腔內的石件引入的激光頻率分裂實驗

16.3.4頻率分裂模式偏振態的觀察

16.4激光器的縱模(頻率)競爭

16.4.1導語

16.4.2模競爭實驗繫統

16.4.3模競爭現像的觀察

16.4.4頻率分裂激光器模競爭引入的偏振交替改變

16.5激光回饋實驗

16.5.1激光回饋

16.5.2實驗裝置和現像

16.6實施多項激光原理實驗的綜合繫統

參考文獻

習題和答案

本書把激光原理、技術、器件、應用等融合為一體，並補充了若干新進展，更正了一些流行的概念。全書分為六篇共16章。第一篇介紹激光概況。第二篇簡述光的發射和吸收後，介紹典型激光器。第三篇介紹組成激光件——諧振腔和激光介質，以及光與物質的相互作用。第四篇介紹激光束的5個特性。第五篇介紹激光振蕩傳感。第六篇介紹激光原理的綜合性實驗。各篇具有一定獨立性，可按篇學習。另外本書還自編、收錄了二百多道習題，並給出了答案。本書可作為研究生、本科生的教材，也是研究人員、工程師的推薦參考書。