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第1章 激光产生的基本原理 1

1.1 原子、分子和能级 1

1.1.1 原子的能级 1

1.1.2 分子的能级 2

1.2 光的吸收和释放 4

1.3 反转分布和光放大 8

1.3.1 反转分布 8

1.3.2 光放大 10

1.4 光学谐振腔 12

1.4.1 光学谐振腔的种类 13

1.4.2 光学谐振腔的稳定性 14

1.4.3 横模和纵模 15

1.4.4 谐振腔的损耗和Q值 17

1.5 激光发生器 18

练习题 20

第2章 典型激光器 21

2.1 激光器的基本结构 21

2.2.1 放电激励形成反转分布 24

2.2 气体激光器 24

2.2.2 氦-氖激光器 25

2.2.3 二氧化碳激光器 26

2.2.4 准分子激光器 28

2.2.5 氢离子激光器 29

2.3 液体激光器 30

2.3.1 染料激光器的激发机理 31

2.3.2 染料激光器的主要类型 33

2.4.1 固体激光器概述 34

2.4 固体激光器 34

2.4.2 一般固体激光器 36

2.4.3 新型固体激光器 37

2.4.4 高功率固体激光器 40

2.5 自由电子激光器 41

2.5.1 自由电子激光器概述 41

2.5.2 自发辐射光的形成机理 43

2.5.3 受激辐射光的形成机理 44

2.5.4 FEL的主要类型 47

2.5.5 螺旋摆动器和平面摆动器的电子运动关系 48

2.5.6 FEL的研究现状 50

2.6 半导体激光器 50

2.6.1 LD的基本结构 50

2.6.2 LD的基本特性 51

2.6.3 LD激光的产生机理 52

2.6.4 高性能LD的主要类型 54

2.7 X射线激光器 55

2.7.1 X射线激光器概述 55

2.7.2 等离子体X射线激光的产生机理 56

2.7.3 X射线激光器的研究进展 59

练习题 61

第3章 激光的性质 63

3.1 电磁波的种类及其属性 63

3.1.1 长波长的电磁波——电波 63

3.1.2 短波长的电磁波——光 64

3.1.3 更短波长的电磁波——放射线 65

3.2 谱线及相干性 65

3.2.1 单色光和谱线 65

3.2.2 自然光和激光的区别——相干性 67

3.2.3 相干性及谱线的测定——干涉仪法 68

3.2.4 时间相干性和空间相干性 69

3.2.5 自然光可否转变为激光 70

3.3 激光的偏振性 70

3.3.1 光遵从的法则——麦克斯韦方程 70

3.3.2 光是横波 71

3.3.3 偏振光 71

3.4.1 激光的折射 73

3.4 激光的折射和反射 73

3.4.2 激光的反射 74

3.4.3 相速度和群速度 75

3.5 激光的衍射 76

3.5.1 夫琅和费衍射 77

3.5.2 艾里衍射 78

3.5.3 激光的聚焦 79

3.6 激光束的特点 79

3.6.1 超稳定的光 79

3.6.2 超短脉冲的光 79

3.6.3 超高强度的光 80

练习题 81

第4章 激光与物质的相互作用 83

4.1 激光在物质中的传播 83

4.1.1 激光在物质中的传播和吸收 83

4.1.2 激光的散射 85

4.2 激光探测技术 87

4.2.1 激光的捕捉 87

4.2.2 热电探测器 88

4.2.3 光电探测器 89

4.2.4 整流式探测器 92

4.2.6 超短光脉冲的测量 93

4.3 激光在光学晶体中的传播现象 94

4.3.1 改变激光颜色 94

4.3.2 偏振光、旋光、双折射 94

4.2.5 激光的图像测量 95

4.3.3 非线性光学现象 95

4.3.4 波长变换的原理 95

4.3.6 相位匹配 97

4.3.5 倍频光的产生 97

4.4 高强度激光的物质加热和蒸发 99

4.4.1 连续式激光器和脉冲式激光器 99

4.4.2 激光加热的机理 100

4.4.3 激光热蒸发 101

4.4.4 光化学效应激光蒸发 102

4.4.5 应用领域 103

4.5 激光诱导化学过程 104

4.5.1 什么是激光诱导化学过程 104

4.5.2 激光波长和解离能的关系 105

4.5.3 激光切断分子 106

4.5.4 激光引起的多光子吸收 108

4.5.5 液体、固体的光化学反应 108

练习题 109

第5章 激光的技术应用 111

5.1 激光通信及信息处理 111

5.1.1 光纤通信 111

5.1.2 激光信息处理 113

5.1.3 激光印刷 115

5.2 激光在材料加工中的应用 116

5.3 激光在化学上的应用 120

5.3.1 光化学反应 120

5.3.2 激光分离同位素 122

5.4 激光在计量学中的应用 125

5.4.1 激光计量的特点 125

5.4.2 激光干涉计量 126

5.4.3 激光环境计量(激光雷达) 127

5.4.4 激光陀螺仪 129

5.5 激光在土木、建筑中的应用 130

5.5.1 激光表面处理及剥离 131

5.5.2 激光切断及解体 132

5.5.3 激光挖掘 133

5.6 激光在医学中的应用 134

5.6.1 激光是如何被水吸收的 136

5.6.2 激光医疗器械(激光手术刀) 138

5.6.3 激光诊断及治疗 139

练习题 141

6.1.1 激光和核聚变 143

第6章 21世纪的激光技术 143

6.1 探求无穷的绿色能源——激光核聚变 143

6.1.2 激光压缩点燃核聚变的原理 145

6.1.3 激光核聚变研究的现状和今后的课题 147

6.1.4 今后的展望 150

6.2 探求宇宙的起源 150

6.2.1 开辟天文学新领域的重力波 150

6.2.2 重力波天线激光干涉仪 151

6.2.3 激光干涉仪的结构和特点 153

6.2.4 提高激光干涉仪的灵敏度 154

6.2.5 探索宇宙的奥秘 155

6.3 激光带来的产业革命 156

6.3.1 21世纪——光的时代 156

6.3.2 激光带来的产业革命 158

6.3.3 激光和未来世界 159

练习题 160

练习题简答 161

参考文献 167