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第一篇　气体激光器 1

引言 1

目录 1

第一章　气体放电的基本原理 3

§1.1.1　气体放电的基本过程 3

一、气体放电粒子种类及其碰撞的基本规律 3

二、激发与电离 8

三、复合、吸附与转荷 13

四、带电粒子在电离气体中的运动 15

§1.1.2　气体击穿与各种放电形式 20

一、气体击穿及伏安特性 20

二、辉光放电 23

一、He-Ne激光器工作物质能级的特点 32

第二章　氦氖激光器 32

§1.2.1　He-Ne激光器的工作原理 32

二、He-Ne激光器的激发机理 34

§1.2.2　He-Ne激光器的工作特性与输出特性 37

一、电子温度 37

二、增益 37

三、输出功率 40

四、输出谱线 43

§1.2.3　He-Ne激光器的结构与设计 45

一、He-Ne激光器的结构 45

二、He-Ne激光器的设计 46

§1.3.1　Ar+激光器的工作原理 50

一、Ar+的能级结构 50

第三章　氩离子激光器 50

二、Ar+激光器的激发机理 51

三、Ar+激光器的工作特性与结构的特点 52

§1.3.2　Ar+激光器的工作特性 52

一、等离子体的参数 52

二、抽运效应 53

三、阈值电流强度 54

§1.3.3　Ar+激光器的输出特性 55

一、输出功率 55

二、输出谱线 58

§1.3.4　Ar+激光器的结构与设计 58

一、Ar+激光器的结构 58

二、Ar+激光器的设计计算 61

一、CO2分子振转能级的结构 63

第四章　二氧化碳激光器 63

§1.4.1　CO2激光器的工作原理 63

二、CO2激光器的激发机理 65

三、CO2激光器的弛豫过程 69

四、辅助气体 71

§1.4.2　普通CO2激光器的工作特性和输出特性 73

一、电子温度 73

二、增益 75

三、输出功率 77

四、输出谱线 80

§1.4.3　普通CO2激光器的结构与设计 82

一、结构 82

二、小型CO2激光器的设计 83

一、高功率CO2激光器的特点 85

§1.4.4　高功率CO2激光器 85

二、轴快流高功率CO2激光器 88

三、横流高功率CO2激光器 92

四、慢速流动扩散冷却板条CO2激光器 95

§1.4.5　横向激励高气压CO2激光器 96

一、TEACO2激光器的特点 96

二、常用的TEACO2激光器的结构 97

三、TEACO2激光器的工作特性 100

§1.4.6　高功率CO2激光器的设计举例 102

一、实验结果及分析 103

二、理论计算 103

三、实验结果和理论计算的关系 105

四、放电参数的确定 106

五、激光能级的激励功率 107

六、电子束维持TEACO2激光器 108

第五章　高功率CO2激光器的结构设计 111

§1.5.1　光学谐振腔的结构设计 111

一、高功率CO2激光器的谐振腔 111

二、谐振腔的机械结构设计 111

§1.5.2　放电系统的结构设计 115

一、横流电激励CO2激光器的放电结构 115

二、轴快流CO2激光器的放电结构 120

§1.5.3　高功率气体激光器循环系统的结构设计 121

一、横流激光器气体循环系统的结构设计 122

二、轴快流激光器气体循环系统的结构设计 124

§1.5.4　热交换系统的计算与设计 126

一、常用的热交换器种类 126

二、板翅式热交换器的设计与计算 128

第六章　气体激光器的电源系统 131

§1.6.1　连续辉光放电气体激光器对电源系统的要求 131

§1.6.2　He-Ne激光器和直管式CO2激光器的电源系统 132

一、用电阻镇流He-Ne激光器电源 132

二、无限流电阻的气体激光电源 132

§1.6.3　横向激励连续CO2激光器的电源系统 134

§1.6.4　针-板式放电横向激励连续CO2激光器的放电稳定性 136

§1.6.5　纵向激励CO2激光器的电源系统 139

一、封闭型脉冲CO2激光器的电源系统 139

二、连续放电激励的CO2激光器的电源系统 140

§1.6.6　氩离子激光器的电源系统 143

§1.6.7　脉冲气体激光器的电源系统 143

一、脉冲气体激光器的特点和对电源的要求 143

二、获得高压纳秒脉冲的几种方法 144

第二篇　固体激光器 148

第一章　固体激光器工作的基本原理与特性 148

§2.1.1 引言 148

§2.1.2　固体激光器的基本特性 148

一、固体激光器的基本结构 148

二、固体激光器的能量转换 149

三、固体激光器的工作特性 151

四、最佳透过率 156

五、固体激光器的其他特性 157

§2.1.3　固体工作物质 158

一、激活离子和基质 159

二、掺杂浓度 160

三、工作物质的劣化与破坏 161

五、红宝石 162

四、对工作物质质量及加工的基本要求 162

六、掺钕的钇铝石榴石（Nd3+:YAG）晶体 164

七、钕玻璃 167

八、红宝石、Nd3+:YAG和钕玻璃的比较 169

九、其他固体激光材料 169

十、固体工作物质的性能参数与测量 170

§2.1.4　工作物质的热效应 175

一、连续激光器的热效应 176

二、单次脉冲泵浦下激光棒的热效应 183

三、重复脉冲激光器的热效应 186

四、热效应的消除及补偿措施 186

§2.2.1　聚光腔 188

一、聚光腔的基本类型 188

第二章　固体激光器的设计 188

二、能量转换特性 190

三、机械设计 196

§2.2.2　光学谐振腔参数的选择与设计 199

一、谐振腔的结构 200

二、激光谐振腔的稳定性 203

三、有源谐振腔 203

四、固体激光器谐振腔的灵敏度 205

五、光学谐振腔的机械设计 208

§2.2.3　泵浦源 210

一、惰性气体闪光灯 211

二、惰性气体连续弧光灯 217

§2.2.4　固体激光器的冷却装置 222

一、液体冷却 222

二、空气或气体冷却 225

三、传导冷却 226

第三章　典型固体激光器 227

§2.3.1　中小功率固体激光器 227

一、连续固体激光器 227

二、脉冲固体激光器 228

§2.3.2　高功率固体激光器 229

§2.3.3　板条状固体激光器 231

一、灯泵浦板条状固体激光器的工作原理 231

二、理论分析 232

三、板条状固体激光器装置 233

四、现状与发展方向 234

一、紫翠宝石激光器 236

§2.3.4　新型固体激光器简介 236

二、掺钛蓝宝石激光器 237

三、激光二极管泵浦的固体激光器 239

第四章　固体激光器的电源系统 244

§2.4.1　固体激光器的光源 244

一、惰性气体放电灯的电气特性 244

二、灯的运行工作特性 247

§2.4.2　脉冲固体激光器的电源系统 248

一、储能网络 249

二、充电电路 255

三、气体放电灯的触发、预燃及放电开关 261

§2.4.3　连续固体激光器的电源系统 264

一、连续固体激光器对电源的要求 264

二、连续固体激光器电源系统的电路结构及各部分的作用 264

三、几种常用的主电路 265

第三篇　其他激光器 268

第一章　染料激光器 268

§3.1.1　概述 268

§3.1.2　染料激光产生的原理 268

一、染料分子的能级结构 268

二、染料的吸收和发光过程 269

§3.1.3　染料激光器的种类及泵浦方式 270

一、脉冲染料激光器及泵浦方式 270

二、连续波染料激光器及泵浦方式 274

§3.1.4　染料激光器的波长调谐 275

一、光栅调谐 276

二、棱镜调谐 276

三、法布里-珀罗（F-P）标准具调谐 276

四、双折射滤光片调谐 278

§3.1.5　设计染料激光器应考虑的几个问题 279

一、染料的选择 279

二、溶剂的选择 280

三、染料盒的结构 281

四、泵浦源的选择 281

第二章　准分子激光器 282

§3.2.1　概述 282

§3.2.2　准分子激光器的工作原理 283

一、准分子的能态结构及跃迁过程 283

二、准分子激光器运转的泵浦要求 284

三、电子束泵浦准分子激光器 285

四、脉冲放电泵浦准分子激光器 287

一、电子束泵浦的准分子激光器的结构与设计要点 289

§3.2.3　准分子激光器的结构与设计 289

二、脉冲放电泵浦准分子激光器的结构与设计 291

第三章　化学激光器 293

§3.3.1　概述 293

§3.3.2　化学激光器的基本原理 294

一、化学激光产生的机理 294

二、弛豫（去激活）过程的影响 295

三、化学反应动力学 296

§3.3.3　化学激光器的引发技术 297

一、光解引发 297

二、电（放电、电子束）引发 297

三、热引发 297

一、连续波HF（DF）化学激光器 298

§3.3.4　几种主要的化学激光器 298

四、化学引发 298

二、能量转移型化学激光器 300

三、电子态跃迁与氧碘化学激光器 302

第四章 自由电子激光器 305

§3.4.1　概述 305

§3.4.2　自由电子激光产生的原理 306

一、自由电子产生光辐射的机理 306

二、自由电子激光形成的原理 307

§3.4.3 自由电子激光器的主要组成部分及其类型 309

一、自由电子激光器的主要组成部分 309

二、自由电子激光器的主要类型 311

三、实例 315

主要参考书 318