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目次 1

1 激光器的概念 1

1.1 激光的特性 1

1.2 受激辐射 6

1.3 光的放大 9

1.4 光的反馈 13

1.5 光的振荡 17

1.6 激光器的自组织 19

2.1 激光器的速率方程 24

2 激光器的速率方程理论 24

2.2 激光器的增益饱和 26

2.3 激光器的瞬态特性 27

2.4 调Q激光器的速率方程 29

2.5均 匀加宽的激光器的多模振荡 31

3 密度矩阵 36

3.1 激光的半经典理论概况与近似条件 36

3.2 光与二能级原子的作用 39

3.3 纯系综的密度矩阵 42

3.4 混合系综的密度矩阵 45

3.5 光学布洛赫方程 47

3.6 慢变振幅近似与旋转波近似 50

3.7 光学布洛赫方程的矢量形式 53

3.8 光学布洛赫方程的定态解 57

4 麦克斯韦-布洛赫方程 60

4.1 麦克斯韦方程与场方程 60

4.2 光学布洛赫方程的简明推导 62

4.3 行波与二能级原子作用的M-B方程 69

4.4 谐振腔中的M-B方程 73

4.5 哈肯的激光方程 78

4.6 单模、均匀加宽的行波激光方程 81

4.7 归一化的宏观量的M-B方程 84

4.8 激光器按照动力学的分类（A，B，C类激光器） 85

5 哈肯的半经典激光理论 88

5.1 激光器M-B方程的稳定性和阈值 88

5.2 M-B方程的定态解 91

5.3 单模激光器的瞬态特性 94

5.4 非共振的单模激光器 100

5.5 锁模激光器 103

5.6 从半经典理论过渡到速率方程理论 105

6.1 激光器的场方程 109

6 拉姆的半经典激光理论 109

6.2 增益介质的宏观极化强度的计算 111

6.3 单模激光器 114

6.4 多模激光器 119

6.5 双模激光器 123

7 气体激光器 128

7.1 多普勒效应引起的非均匀加宽 128

7.2 驻波产生的烧孔效应与拉姆凹陷 130

7.3 拉姆的气体激光半经典理论 133

7.4 气体激光器的三阶极化理论 137

8 瞬态相干作用 141

8.1 瞬态相干作用概念 141

8.2 瞬态相干作用的麦克斯韦-布洛赫方程 143

8.3 拉比振荡 144

8.4 光学章动 147

8.5 光子回声的机理 149

8.6 光子回声的计算 153

9 光学孤立子 158

9.1 孤立子的概念 158

9.2 自感透明的定性描述 160

9.3 面积定理及其含义 161

9.4 2π双曲正割脉冲 171

9.5 自感透明的正弦——戈登方程 178

9.6 光纤中孤立子的形成机理 179

9.7 光纤中孤立子的非线性薛定格方程 183

9.8 光纤中孤立子的传输性质 188

9.9 非线性薛定格方程的修正 191

9.10 光纤孤立子的增益补偿与孤立子放大器 193

9.11 光纤中孤立子的相互作用 197

9.12 孤立子激光器的实验与理论 198

9.13 暗孤立子 203

10 光学双稳态 208

10.1 光学双稳态的原理 208

10.2 光学双稳态的干涉仪理论 212

10.3 光学双稳态的M-B方程 215

10.4 吸收双稳态与色散双稳态 218

10.5 光学双稳态的相变类比 221

10.6 起伏或噪音对光学双稳态的影响 225

10.7 光学双稳态实验 227

11.1 位相复共轭光学的概念 232

11 位相复共轭光学 232

11.2 四波混频与实时全息 235

11.3 二能级系统中四波混频的半经典理论 238

11.4 透明的非线性晶体中的四波混频 241

12 光学混沌与分形 244

12.1 混沌的基本概念 244

12.2 倍周期分岔 245

12.3 洛仑兹方程与奇异吸引子 247

12.4 混沌的定量标志——分形与分维 254

12.5 由一维时间序列计算奇异吸引子的关联维数 261

12.6 单模均匀加宽激光器的哈肯——洛仑兹模型 266

12.7 CO2激光器的混沌实验 270

12.8 非均匀加宽的单模行波激光器的混沌 276

12.9 光学双稳态的混沌 279

12.10 有延迟的光学双稳态的混沌 281

13 辐射场的量子化 285

13.1 辐射场的量子化 285

13.2 光子的位相算符 294

13.3 光子数态和位相态的性质 300

13.4 相干态 304

13.5 态矢量和算符按相干态展开 313

13.6 量子化的相干函数 322

14 光与物质作用的全量子理论 328

14.1 泡利算符与相互作用哈密顿量 328

14.2 二次量子化与相互作用哈密顿量 337

14.3 全量子化的麦克斯韦-布洛赫方程 343

14.4 自发辐射、受激辐射和光的吸收 346

15 激光器的全量子理论 353

15.1 激光器全量子理论模型与约化算符方法 353

15.2 激光器全量子的四级微扰计算及功率特性 357

15.3 激光器全量子理论的强信号理论 364

15.4 激光的光子统计 368

15.5 激光的线宽 378

15.6 福克-普朗克方程 384

16 哈肯的全量子激光理论 394

16.1 布朗运动与经典的郎之万方程 394

16.2 量子力学中的起伏与耗散 400

16.3 激光器的量子化郎之万方程 407

16.4 单模激光的郎之万方程的求解 411

16.5 福克-普朗克方程与光子统计 415

17.1 倍频 419

17 非线性光学的量子理论 419

17.2 参量振荡与腔内四波混频 422

17.3 双光子激光器的半经典理论 428

17.4 双光子激光器的全量子化方程 430

17.5 双光子激光器的半经典解 431

18 超荧光与超辐射 434

18.1 超荧光的概念与实验现象 434

18.2 超荧光的半经典理论 439

18.3 超荧光的全量子M-B方程理论 441

18.4 平均场近似下的全量子M-B方程 445

19.1 光的反聚束、亚泊松分布、压缩态 449

19 共振荧光与光子反聚束 449

19.2 共振荧光的概念和实验 455

19.3 共振荧光谱的理论 457

19.4 单原子共振荧光的反聚束效应 463

20 光学压缩态 469

20.1 光学压缩态的概念和定义 469

20.2 起伏、均方差与关联函数 474

20.3 双光子压缩态与准光子本征态 478

20.4 用位移算符与压缩算符定义的压缩态 480

20.5 光学压缩态的一般性质 484

20.6 光学压缩态与光子反聚束及亚泊松分布 488

20.7 多模压缩态与高阶压缩态 491

20.8 四波混频产生光学压缩态的实验 493

20.9 用光学参量振荡实现光学压缩态 496

20.10 压缩态的检测与应用 499

21 自由电子激光器 503

21.1 自由电子激光器的构造和特点 503

21.2 自由电子激光器的自发辐射—同步辐射 508

21.3 自由电子激光放大器的增益 512

21.4 自由电子激光动力学的单电子理论 519

21.5 有锥形磁摆动器的自由电子激光器 523

21.6 自由电子激光器的全量子理论 526

21.7 自由电子激光的压缩态 531

22 激光与协同学 534

22.1 从激光理论到协同学 534

22.2 协同学的原理 536

22.3 激光器的二级相变类比与信息的自组织 540

22.4 光学双稳态与一级相变 543

22.5 经络的自组织理论 544

22.6 激光与大脑 546