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第一篇　气体激光器 1

概述 1

1.0-1 气体激光器的概况和分类 1

1.0-2 气体激光器的激励方式 2

一、电激励 2

二、热激励 2

三、化学能激励 2

四、光激励 3

五、核能激励 3

1.0-3　气体放电 3

一、气体放电的方式 3

二、气体放电的相似定律 6

三、气体放电中粒子的碰撞和激发 6

第一章　氦氖气体激光器 9

1.1-1 氦-氖激光器的结构 9

1.1-2 He-Ne激光器的工作机理 11

一、氦和氖的能级图 11

二、氦-氖激光器的粒子数反转条件和激发过程 13

三、粒子反转数与放电条件的关系 13

四、增益系数 16

1.1-3 氦-氖激光器的输出特性 19

一、输出功率及其稳定性 19

二、激光束的发散角及光点漂移 30

三、He-Ne激光的偏振特性及获得偏振输出的方法 32

四、He-Ne激光器的振荡频率和稳频 33

五、He-Ne激光器的寿命 45

1.1-4 氦-氖激光器的设计 46

一、毛细管的长度和谐振腔长度的确定 46

二、凹面反射镜曲率半径R的确定 46

三、毛细管直径d和壁厚的确定 48

四、最佳充气总气压和分压比的确定 48

五、阴极和贮气套尺寸的确定 48

六、确定最佳透过率 49

第二章　二氧化碳激光器 50

1.2-1 二氧化碳激光器的工作原理 50

一、CO2的能级图 50

二、激光上能级粒子数的激发过程 52

三、激光上能级（00°1）的消激发 54

四、10°0、0220和0110能级的弛豫过程 55

五、电子的能量交换效率 56

六、输出光谱 57

1.2-2 纵向放电激励的封离型连续CO2激光器 58

一、器件结构 58

二、输出功率及其影响因素 61

三、器件寿命 66

四、中小型CO2激光器主要尺寸的计算和选择 67

1.2-3 横向激励的高气压CO2激光器 69

一、TEA CO2激光器的均匀放电技术 70

二、TEA CO2激光器的工作特性 74

1.2-4 CO2波导激光器 76

一、波导CO2激光器的结构 76

二、CO2波导激光器的特点 78

三、波导管中的本征模及其损耗 79

四、波导激光器的耦合损耗 82

第三章　其他气体激光器 84

1.3-1 氮分子激光器 84

一、氮分子激光器的工作原理 84

二、氮分子激光器的结构及激励方法 86

三、氮分子激光器的工作特性 88

1.3-2 氩离子激光器 91

一、氩离子激光器的激发机理 91

二、氩离子激光器的一般结构 93

三、氩离子激光器的工作特性 94

1.3-3　氦-镉激光器 96

一、工作原理 96

二、器件结构 97

三、工作特性 99

第二篇　固体激光器 102

第一章　固体激光器的基本组成 102

2.1-1 固体激光器的基本结构及能量转换环节 102

2.1-2 固体工作物质 103

一、与固体工作物质有关的一些基本概念 103

二、红宝石晶体 106

三、掺钕钇铝石榴石（Nd3＋:YAG） 110

四、钕玻璃 112

五、波长可调谐固体激光器的工作物质 113

六、其它固体工作物质 117

2.1-3　泵浦光源 118

一、主要泵浦光源 118

二、惰性气体放电灯的构造 118

三、惰性气体放电灯的放电过程 120

四、惰性气体放电灯的光谱特性 120

五、惰性气体放电灯的有效辐射效率 121

六、惰性气体放电灯的电阻性质 122

七、惰性气体放电灯的放电回路 124

八、惰性气体放电灯的触发及预燃 128

九、惰性气体放电灯的寿命 130

十、对脉冲灯储能电容器的充电电源和连续灯供电电源的要求 131

2.1-4 聚光器 131

一、聚光器的类型 131

二、聚光器的材料选择 133

三、聚光器反射表面的选择 134

四、聚光器的聚光效率 135

五、泵浦光在激光棒内的分布 138

六、聚光器结构设计的一些考虑 140

2.1-5 热效应、冷却和滤光 142

一、工作物质的热效应 142

二、冷却和滤光 150

三、消除及补偿热效应的措施 153

第二章　连续和长脉冲固体激光器 156

2.2-1 连续和长脉冲固体激光器的构造特点 156

2.2-2 连续和长脉冲固体激光器的阈值、功率（能量）和效率 156

一、阈值 156

二、连续和长脉冲固体激光器的输出功率（能量）和效率 160

2.2-3 最佳透过率 163

2.2-4 输出的弛豫振荡 165

第三章　调Q脉冲激光器 167

2.3-1 调Q原理 168

一、谐振腔的Q值 168

二、调Q的一般原理 169

2.3-2 调Q激光器的速率方程 172

一、速率方程的建立 172

二、速率方程的解 173

2.3-3 可饱和吸收式调Q激光器 179

一、BDN染料的性能 179

二、染料调Q机理 181

三、染料调Q激光器的能量输出特性 181

四、染料调Q激光器的输出波形及激光峰值功率 185

五、染料调Q激光器参数选择最佳化问题 185

六、LiF:F2晶体调Q激光器 187

2.3-4 电光调Q激光器 188

一、晶体的电光效应 189

二、带偏振器的Pockels电光调Q激光器 190

三、交叉直角棱镜腔电光调Q激光器 196

四、单块双45°电光晶体调Q激光器 207

2.3-4 声光调Q激光器原理 225

一、布喇格超声衍射 225

二、声光调Q激光器 226

2.3-5 转镜调Q激光器原理 228

一、转镜调Q激光器简要原理 228

二、棱镜及其正确安装 230

三、多脉冲及最佳转速问题 230

2.3-6 脉冲透射式调Q激光器 235

一、受抑全内反调Q激光器原理 236

二、单块双45°电光晶体PTM调Q激光器原理 237

三、带偏振器的电光PTM调Q红宝石激光器 238

第三篇 其它类型的激光器——半导体、染料、自由电子及化学激光器 242

第一章 半导体激光器 242

3.1-1 有关半导体的基本知识 243

一、有关半导体能带的基本概念 243

二、直接跃迁和间接跃迁 245

三、电子和空穴的统计分布 247

四、平衡状态下p-n结的能带结构 249

五、加正向电压时p-n结能带结构 250

3.1-2 注入式同质结半导体激光器的工作原理 251

一、注入式同质结半导体GαAs激光器的结构 252

二、半导体的粒子数反转分布条件 253

三、半导体激光器的阈值条件 255

3.1-3 异质结半导体激光器原理 257

一、异质结的结构特点 257

二、平衡时异质结的能带结构 258

三、GaAs材料的折射率变化 259

四、单异质结（SH）激光器 260

五、双异质结（DH）激光器 263

六、激射可见光的DHL 268

七、激射1.2-1.7μm波长的DHL 269

八、大光腔（LOC）激光器 270

3.1-4 半导体激光器的输出特性 271

一、半导体激光器的输出功率和转换效率 271

二、激光模式 273

三、激光束发散角与光纤耦合效率 278

四、半导体激光的调制频率响应特性 280

五、器件的可靠性——老化和寿命 281

六、器件特性的综合比较 281

3.1-5 其它类型的半导体激光器 283

一、分布反馈（DFB）半导体激光器 283

二、外腔式半导体激光器 285

三、中、远红外可调谐半导体激光器 288

第二章 液体激光器 290

3.2-1 染料的激光机理 290

一、染料的结构和能级 290

二、染料的吸收和荧光 292

三、染料的溶剂 293

3.2-2 连续工作的染料激光器 294

一、染料激光器连续工作的条件 294

二、连续工作染料激光器的最小泵浦功率密度 294

三、连续工作染料激光器 295

3.2-3 脉冲工作的染料激光器 301

一、脉冲染料激光器的受激光放大条件 301

二、脉冲染料激光器的速率方程 303

三、脉冲染料激光器 304

四、超短脉冲染料激光器 318

3.2-4 无机液体激光器 318

一、激光机理 318

二、无机液体激光器的结构和优缺点 319

第三章 自由电子激光器与化学激光器 320

3.3-1 自由电子激光器 320

一、辐射机构 320

二、调频方式 322

3.3-2 化学激光器 323

一、氟化氢（HF）化学激光器 323

二、碘原子激光器 326

3.3-3 各种典型激光器的简单小结 327

第四篇 激光技术 329

第一章 激光的调制与偏转 329

4.1-1 激光调制 329

一、激光调制的基本概念与类别 331

二、实现激光调制的方法 340

4.1-2 激光偏转 366

一、激光偏转的技术指标 366

二、偏转方法 367

第二章 超短脉冲技术 375

4.2-1 锁模原理 376

一、一般多纵模激光器的输出特性 376

二、多纵模的相位锁定 377

4.2-2 锁模方法 383

一、主动锁模 383

二、可饱和吸收式锁模（被动锁模） 388

三、同步泵浦锁模 392

四、对撞锁模（CPM）原理 394

五、半导体微微秒脉冲技术 399

六、激光锁模的付里叶变换极限 399

4.2-3 单脉冲选取及脉宽测量 402

一、单脉冲选取 403

二、超短光脉冲的测量 404

第三章 光倍频技术 409

4.3-1 光学介质的非线性极化 410

一、介质的极化、极化强度与极化波 410

二、光学二次非线性效应 412

4.3-2 非线性极化系数 413

一、有关张量概念的回顾 413

二、非线性极化系数 414

三、部分晶体的非线性极化系数值 415

4.3-3 光和物质相互作用的耦合波方程 417

4.3-4 光倍频（SHG）原理 420

一、倍频效率 420

二、高斯光束的倍频 423

三、相位匹配（PM条件） 424

四、几种性能优良的新颖倍频晶体 434

4.3-5 倍频方法和倍频激光器 437

一、腔内倍频 438

二、腔外倍频 443

三、三倍频技术 445

第四章 激光放大技术 447

4.4-1 概述 447

一、激光放大的必要性 447

二、激光放大器的类型 448

4.4-2 激光放大机理 453

一、激光放大机理的分析方法 453

二、脉冲激光放大器的速率方程 454

三、速率方程非稳态解 455

四、矩形脉冲信号的放大 458

五、高斯型、指数型等脉冲信号的放大特性 463

4.4-3 激光放大中的若干技术问题 465

一、放大器激活介质（工作物质）的工作参数 465

二、级间去耦和放大介质自激的消除方法 466

三、级间孔径匹配 468

四、光泵点燃时间的匹配 468

4.4-4 某些典型的激光放大器 469

一、红宝石长脉冲激光放大器的分析和实验 469

二、单级YAG激光放大器 470

三、偏振抽取单横模YAG激光器 470

四、甄别放大器 472

五、多级钕玻璃放大器 473

六、毫微秒CO2脉冲激光放大器 474

七、双通脉冲染料激光放大器 476

第五章 横模选择技术 478

4.5-1 概述 478

4.5-2 稳定腔选模 479

一、谐振腔参数g、N与衍射损耗的关系 479

二、腔内插入小孔光阑选择基横模 480

三、腔内插入望远镜选择基横模 482

4.5-3 非稳腔选模 485

一、平凸非稳腔 486

二、望远镜型非稳腔 488

三、交叉棱镜望远镜非稳腔 489

四、腔内插入负透镜的非稳腔 491

附录 493

附录Ⅰ 晶体的电光效应 493

附录Ⅱ 贝塞尔函数的某些性质 501

附录Ⅲ 立方晶系的弹光效应 503