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目录 1

第一篇 气体激光器 1

概述 1

第一章 气体激光器放电激励的基本原理 3

§1.1.1 气体放电的基本过程 3

（一）碰撞截面与自由程 3

（二）电子速度与能量分布 6

（三）碰撞的类型 8

（四）激发速率 10

（五）夫蓝克-康登原理 11

§1.1.2 气体放电中的选择激发过程 11

（一）共振激发能量转移 11

（二）电荷转移 13

（三）潘宁电离 14

（四）电子碰撞 15

§1.1.3 繁流放电与“着火”过程 16

（一）气体放电的全伏安特性 16

（二）电子繁流的规律 17

（三）着火电压与巴邢曲线 18

（四）气体放电的相似定律 19

§1.1.4 辉光放电的光区分布 20

§1.1.5 辉光放电的负辉区 21

§1.1.6 辉光放电的正柱区 22

§1.1.7 空心阴极放电 25

（一）结构与放电条件 25

（二）主要特性 25

（三）溅射效应 26

§1.1.8 其它放电形式 27

（一）弧光放电 27

（二）高频放电 28

（三）脉冲放电 28

第二章 原子激光器 29

§1.2.1 氦-氖激光器的工作原理 30

（一）激发机理 30

（二）增益与放电条件的关系 33

（三）小信号增益曲线 35

（四）增益饱和 37

§1.2.2 氦-氖激光器的输出特性 38

（一）输出功率 38

（二）模式和发散角 50

（三）频率持性 57

（四）偏振特性 58

§1.2.3 氦-氖激光器输出参数的稳定性 59

（一）光束方向稳定性 59

（二）频率稳定性 60

（三）输出功率的稳定性 62

§1.2.4 氦-氖激光器的设计 64

（一）主要几何尺寸的确定 64

（二）激光器的结构设计 70

§1.2.5 氦-氖激光器的放电特性与电源 72

§1.2.6 其它原子激光器简介 73

§1.3.1 普通二氧化碳激光器的工作原理 75

（一）二氧化碳分子的结构和振动能级 75

第三章 分子激光器 75

（二）二氧化碳分子的振-转光谱和谱线强度 76

（三）激发过程 78

（四）弛豫过程 81

（五）电子能量分布与能量交换率 82

§1.3.2 普通二氧化碳激光器的结构与电源 85

（一）器件结构 85

（一）放电特性 87

§1.3.3 普通二氧化碳激光器的工作特性 87

（二）激光器电源 87

（二）气体成分和气压 88

（三）温度效应 90

（四）输出波长与转动能级竞争效应 92

（五）激光器尺寸对输出功率的影响 93

（六）器件工作寿命 94

§1.3.4 普通二氧化碳激光器的增益与饱和 95

（一）增益系数 95

（二）饱和光强 98

（三）增益系数与饱和光强的测量 100

§1.3.5 小型二氧化碳激光器的设计方法 101

（一）反射镜透过率与输出功率的计算 101

（二）基模激光器的设计 104

§1.3.6 二氧化碳激光器的稳频简介 106

（一）频率特性 106

（二）一般的稳频方法 107

（三）氘化氨气体吸收稳频法 107

§1.3.7 二氧化碳波导激光器 109

（一）波导激光器的结构与工作原理 110

（二）参数计算 114

（三）设计步骤 117

§1.3.8 高气压二氧化碳激光器 117

（一）高气压横向激励二氧化碳激光器 117

（二）气体流动二氧化碳激光器 124

§1.3.9 氮分子激光器 124

（一）激光上能级的激发 125

（二）粒子数反转的条件 126

（三）激励方法 129

§1.3.10 光泵远红外激光器 130

（一）基本原理 130

（二）器件结构 131

（三）特性和应用 132

§1.3.11 准分子激光器 132

（一）XeF准分子的能级结构和电子跃迁 133

（二）实验装置 134

（一）激发机理 137

§1.4.1 氩离子激光器 137

第四章 离子激光器 137

（二）激光器结构 140

（三）工作特性 141

§1.4.2 氦-镉激光器 143

（一）激光器结构 143

（二）激发机理 144

（三）工作特性 145

（四）空心阴极氦-镉激光器 146

概述 149

第二篇 固体激光器 149

第一章 固体激光工作物质 152

§2.1.1 固体激光工作物质的基本概念及要求 152

§2.1.2 红宝石晶体 154

（一）晶体的物理化学性质 155

（二）红宝石的光谱特性 155

（三）温度对红宝石性能的影响 158

§2.1.3 掺钕钇铝石榴石晶体 159

（一）晶体结构和物理化学性质 159

（二）能级结构与光谱特性 160

§2.1.4 钕玻璃 163

§2.1.5 三种固体工作物质的性能比较 165

§2.1.6 其它固体激光工作物质 167

§2.1.7 固体工作物质的光学质量及检验 168

（一）光学均匀性 168

（二）光损耗系数 170

（三）散射损耗 170

（四）退偏损耗 171

（六）激光损伤 173

（五）色心 173

§2.1.8 激光棒的几何尺寸及加工要求 174

第二章 泵浦光源 176

§2.2.1 对光源的基本要求及泵浦光源类型 176

（一）惰性气体放电灯 176

（二）金属蒸气放电灯 177

（三）白炽灯 177

（四）半导体光泵 178

（五）日光泵 178

§2.2.2 惰性气体放电灯的脉冲放电过程及发射光谱分布 179

§2.2.3 脉冲灯的光输出波形及辐射效率 181

§2.2.4 脉冲放电过程中的电学性质 183

§2.2.5 惰性气体放电灯的触发 185

§2.2.6 惰性气体放电灯的寿命和极限负载 188

§2.2.7 泵浦光源的供电系统 190

（一）脉冲放电回路 191

（二）储能电容的充电回路 195

§2.3.1 泵浦方式及泵浦腔类型 198

第三章 泵浦腔 198

§2.3.2 泵浦腔的能量传输效率 200

§2.3.3 泵浦光在激光棒内的分布 205

§2.3.4 泵浦腔的反射表面 207

§2.3.5 泵浦腔结构设计中的一些考虑 208

第四章 热效应 209

§2.4.1 引言 209

§2.4.2 连续激光器的热效应 209

（一）激光棒内的温度分布 209

（二）激光棒中的热应力 211

（三）激光棒的热应力双折射 212

（四）激光棒的热透镜效应 215

（五）热焦距的测量 218

§2.4.3 单次或重复率脉冲激光器的热效应 219

（一）单次脉冲工作方式 219

（二）重复率脉冲工作方式 221

（一）冷却措施 222

§2.4.4 防止热效应的措施 222

（二）光学补偿方法 225

（三）采用非圆柱工作物质 225

第五章 谐振腔参数选择 227

§2.5.1 光学谐振腔的腔、模参数关系 227

§2.5.2 类透镜介质对激光束的变换 236

（一）类透镜介质对光线的变换 237

（二）类透镜介质对激光束的变换 239

（一）类透镜效应的补偿 244

§2.5.3 类透镜效应的补偿与热不灵敏腔 244

（二）热不灵敏腔 245

§2.5.4 结构设计考虑 251

（一）机械结构 251

（二）光学零部件 251

（三）谐振腔的调整 253

第六章 激光输出特性 255

§2.6.1 激光振荡器的参数计算 255

（一）增益饱和 255

（二）在阈值时的激光器工作情况 257

（三）在阈值以上时的工作情况 260

§2.6.2 固体激光器的输出特性 263

（一）尖峰结构 263

（二）输出功率、能量和效率 264

（三）激光光谱 268

（四）激光束的方向性 269

§2.6.3 激光功率和能量的测量 270

（一）脉冲激光的光热测量法 270

（二）脉冲激光的光电测量法 273

（三）连续激光功率的测量 274

（四）激光衰减 275

第三篇 半导体激光器 277

概述 277

第一章 半导体激光器的原理 278

§3.1.1 半导体的能带结构 278

（一）导带、禁带、满带和“空穴”概念 278

（二）杂质能级，i,p,n型半导体 282

§3.1.2 载流子的统计分布 285

（一）载流子非简并化分布 286

（二）载流子简并化分布 289

§3.1.3 载流子的迁移、复合与寿命 291

（一）载流子的迁移现象 291

（二）载流子的复合与寿命 292

§3.1.4 载流子扩散与非均匀半导体 295

（一）载流子的扩散，p-n结的形成 295

（二）p-n结能带的定量分析 297

（一）载流子注入与p-n结的场致发光 299

§3.1.5 注入式同质结激光器的原理 299

（二）半导体激光器产生激光的条件 301

第二章 半导体激光器的特性 306

§3.2.1 阈值性质 306

（一）阈值电流密度的测量 306

（二）阈值电流密度与腔长和反射率的关系 308

（三）温度和结构对阈值电流密度的影响 308

§3.2.2 功率输出与转换效率 310

（一）量子效率 310

（二）功率效率 311

§3.2.3 光谱特性 313

§3.2.4 光束发散角 315

§3.2.5 激光器的时间响应特性 316

§3.2.6 激光器的热学性质 317

§3.2.7 激光器的寿命 319

第三章 半导体异质结激光器 321

§3.3.1 异质结的形成及其作用 321

§3.3.2 单异质结激光器（SHL） 324

（一）器件结构 325

§3.3.3 双异质结激光器（DHL） 325

（二）阈值电流密度 328

（三）室温连续工作条件 330

（四）振荡模式 331

（五）温度特性 334

（六）器件寿命 335

§3.3.4 长波长半导体激光器 336

（一）Gax1n1-xAsyP1-y/InP激光器 337

（三）Ga1-xInxAs/Ga1-yInyP激光器 339

（二）GaAs1-xSbx/Ga1-yAlyAs1-xSbx激光器 339

§3.3.5 分布反馈式半导体激光器 340

（一）激光器结构 340

（二）基本原理 340

（三）器件制备与参数 342

（四）分布布喇格反射式激光器 343

§3.3.6 可调谐半导体激光器 344

（一）器件结构和典型参数 344

（二）调谐原理和实验数据 345

（四）自旋反转喇曼激光器 346

（三）应用简述 346

第四篇 其它激光器 348

第一章 无机液体激光器 348

§4.1.1 激光机理 348

（一）Nd3＋:POC18＋SnC14＋P2O3C14无机液体激光器 348

（二）Nd3＋:SeOC12＋SnC14无机液体激光器 349

§4.1.2 无机液体激光器的结构 349

§4.1.3 无机液体激光器的优缺点及典型参数 351

（一）染料分子结构 352

第二章 染料激光器 352

§4.2.1 染料激光机理 352

（二）染料分子的能级图 353

（三）染料分子的吸收和发射过程 353

（四）三重态的“陷阱”作用及其解决办法 354

（五）溶剂对染料分子的影响 354

（六）光照的影响 355

§4.2.2 泵浦方式 355

（一）脉冲泵浦 355

（一）染料激光器的调谐原理 358

（二）连续波泵浦 358

§4.2.3 调谐方法 358

（二）波长选择装置 359

§4.2.4 典型染料激光器 361

（一）QJR2—1型染料激光器的主要结构及其工作原理 361

（二）实验结果 364

§4.3.2 化学激光器建立粒子数反转的原理 366

（二）激光波长丰富 366

（一）能把化学能直接转换成激光 366

第三章 化学激光器 366

§4.3.1 化学激光器的特点及应用 366

§4.3.3 化学激光器的引发方式 368

（一）化学引发 368

（二）热引发 368

（三）放电引发 368

（四）光引发 369

§4.3.4 光分解激光器 369

§4.4.1 二氧化碳气动激光器工作原理 371

第四章 气动激光器 371

§4.4.2 二氧化碳气动激光器 374

（一）连续输出CO2气动激光器 374

（二）脉冲CO2气动激光器 376

第五章 自由电子激光器 378

§4.5.1 概述 378

§4.5.2 自由电子激光器的工作原理 378

§4.5.3 磁韧致激光器 380