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1 物质中光的吸收和发射 1

1.1 气体中光的吸收和发射 1

1.1.1 气体中光的吸收 1

1.1.2 气体中光的发射 1

1.2 固体光学的基本物理常数 2

1.3 固体中光的吸收过程 4

1.3.1 本征吸收 5

1.3.2 激子吸收 11

1.3.3 杂质吸收 12

1.3.4 自由载流子吸收 14

1.4 固体的光发射 15

1.4.1 辐射复合和光吸收的关系 15

1.4.2 辐射复合和非辐射复合 17

1.4.3 本征发光 17

1.4.4 激子复合发光 18

1.4.5 通过杂质的辐射复合 21

1.5 自发发射、受激发射和受激吸收的关系 22

1.5.1 自发发射 23

1.5.2 受激发射 23

1.5.3 受激吸收 23

1.5.4 自发发射、受激发射和受激吸收的关系 23

1.6 谱线的加宽机制 24

1.6.1 均匀加宽 25

1.6.2 非均匀加宽 28

习题 30

2 激光的振荡 31

2.1 激光的速率方程 31

2.1.1 三能级系统 31

2.1.2 四能级系统 32

2.2 振荡的阈值条件 33

2.3 光学谐振腔与激光模式 35

2.3.1 纵模和横模 35

2.3.2 谐振腔结构稳定性 37

2.3.3 谐振腔的限模作用 43

2.4 增益系数 44

2.5 均匀加宽跃迁中的增益饱和与激光振荡 46

2.5.1 激光介质增益饱和现象 46

2.5.2 均匀加宽跃迁中的激光振荡 50

2.6 非均匀加宽跃迁中的增益饱和与激光振荡 51

习题 54

3 光束的控制 56

3.1 改变激励电流的内调制 56

3.2 改变激光谐振腔参量的内调制 57

3.2.1 激光的腔内电光调制 57

3.2.2 Q调制 60

3.2.3 锁模 61

3.3 用电光晶体的外调制 64

3.3.1 电光振幅调制 64

3.3.2 电光相位调制 67

3.4 用声光效应的外调制 69

3.5 光束的偏转 71

3.5.1 电光偏转 71

3.5.2 声光偏转 73

3.6 光子与声子相互转化的光束控制 73

3.7 光束的隔离 74

习题 75

4 光纤传输的物理基础 77

4.1 光纤的导波原理 77

4.2.1 传输损耗 86

4.2 光纤的传输特性 86

4.2.2 色散特性 89

4.3 光纤压缩光脉冲 93

4.4 光纤孤子的非线性薛定谔方程 94

习题 97

5 光辐射的检测 98

5.1 光电检测的主要物理参数 98

5.2 光电检测的物理机制 99

5.2.1 外光电效应 100

5.2.2 内光电效应 104

5.3 光检测系统的极限 111

习题 115

6 集成光学 116

6.1 集成光路的光传播理论 116

6.2.2 薄膜激光器 122

6.2 薄膜器件原理 122

6.2.1 薄膜棱镜和薄膜反射镜 122

6.2.3 薄膜耦合器 127

6.2.4 薄膜调制器 132

6.2.5 波导型光电探测器 134

6.2.6 波导型滤波器 135

6.3 集成光路 138

6.3.1 场效应管与激光器集成 138

6.3.2 InP上晶体管与激光器集成 141

6.3.3 集成探测器 141

习题 143

7 气体放电与等离子体 144

7.1 气体中带电粒子的产生、运动及消失 144

7.1.1 气体粒子的激发与电离 144

7.1.2 气体中带电粒子在弱电场作用下的运动 149

7.1.3 消电离 154

7.2 气体击穿理论 158

7.2.1 汤生电离系数 159

7.2.2 电子雪崩和气体击穿 160

7.2.3 高气压下的气体击穿 163

7.3 辉光放电与孤光放电 165

7.3.1 辉光放电 165

7.3.2 孤光放电 172

7.4 等离子体的基本物理特性及诊断技术 174

7.4.1 等离子体的基本特性 174

7.4.2 等离子体诊断技术 178

习题 180

8.1 原子与分子的量子态 182

8.1.1 原子能级及符号 182

8 激光光谱学与激光动力学基础 182

8.1.2 双原子分子的量子态及符号 184

8.1.3 振动能级粒子数的分布 187

8.2 激光动力学过程的基本概念 188

8.2.1 速率系数与速率方程 188

8.2.2 弛豫时间和驰豫方程 190

8.2.3 速率系数的实验测量 191

8.3 原子和离子气体激光动力学过程 194

8.3.1 共振转移原子气体激光器的动力学过程 194

8.3.2 离子气体激光器的动力学过程 197

8.4 分子气体激光器的动力学过程 200

8.4.1 CO2激光器的动力学基本过程 201

8.4.2 激光能级粒子数密度与腔内光强变化速率方程 203

习题 208

参考文献 209