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目录 1

第一章 激光的物理原理 5

§1.1原子的发光机理 5

（一）玻尔的氢原子模型 5

（二）氢原子的能级 9

（三）原子的发光机理 11

§1.2光与物质的相互作用 11

（一）受激吸收 12

（二）自发辐射 13

（三）受激辐射 14

（四）受激吸收、自发辐射和受激辐射三系数之间的关系 15

§1.3粒子数反转机制 16

（一）受激辐射与受激吸收 16

（二）能够实现粒子数反转的物质 20

（三）二能级系统 20

（四）三能级系统 21

（五）四能级系统 25

§1.4光的自激振荡 27

（一）受激辐射与自发辐射 27

（二）光学谐振腔 28

（三）光振荡的阈值条件 29

§1.5激光的特性 32

（一）方向性 32

（二）单色性 33

（三）相干性时间相干性空间相干性 34

（四）高亮度 36

第二章 激光的物理基础 38

§2.1光波（电磁场）的模式（波型） 38

（一）光波（电磁场）的基本方程 39

（二）单色平面电磁波 40

（三）光波（电磁场）表现为单色平面波的迭加 42

（四）光频电磁波场的本征状态数目（模数） 44

§2.2光量子态 47

（一）光子的基本性质 47

（二）光子的状态区分和状态数 48

§2.3相干体积与相格 53

§2.4光子简并度 60

§2.5光谱线的形状和宽度 63

（一）光谱线的自然宽度 63

（二）光谱线的碰撞加宽 66

（三）光谱线的多卜勒加宽 67

（四）光谱线的均匀加宽和非均匀加宽 72

（五）烧孔效应和Lamb凹陷 74

第三章 光辐射的基本理论 78

§3.1光辐射的经典理论 78

（一）原子自发辐射的经典模型 78

（二）受激吸收和受激辐射 85

§3.2光辐射的半经典理论 88

（一）与时间有关的微扰理论 89

（二）周期微扰下的跃迁几率 94

（三）光的受激吸收、受激辐射和自发辐射 96

§3.3光辐射的量子理论 104

（一）量子力学跃迁理论的基本关系 104

（二）电磁场的量子化 108

（三）自发辐射和受激辐射受激吸收 116

第四章 光学谐振腔 124

§4.1光学谐振腔的稳定性条件 124

（一）激光器中常用的光学谐振腔类型 126

（二）光线在谐振腔中的行为 127

（三）稳定性条件的光学矩阵推导 129

（四）稳定图 136

§4.2光学谐振腔的模式理论 140

（一）高斯光束的传播 142

（二）共焦腔中的高斯光束 153

（三）共焦腔中的高斯光束的高阶横模TEMmn 155

（一）球面波的变换和传输 162

§4.3高斯光束通过薄透镜时的变换和传输 162

（二）高斯光束的q参数 164

（三）高斯光束的传输和经过薄透镜的变换 166

§4.4高斯光束的聚焦、准直和模式匹配 168

（一）聚焦 168

（二）模式匹配 170

（三）准直 172

§4.5非共焦腔中的光束特性 172

（一）对称型非共焦腔中的光束特性 172

（二）不对称非共焦腔中的光束特性 174

§4.6高斯光束变换的ABCD律 176

（一）光线矩阵 177

（二）高斯光束变换的ABCD律 180

（三）矩阵乘法的运算 181

§5.1引言 183

第五章 激光振荡的半经典理论 183

§5.2激光电磁场的振荡方程 184

（一）激光电磁场的波动方程 184

（二）激光电磁场波动方程的解 186

（三）光波在激活介质中的传播 191

§5.3介质的电极化效应 193

（一）原子系统的波函数 193

（二）原子系统的感应电偶极矩 195

§5.4介质的密度矩阵方程 197

（一）密度矩阵的引出 197

（二）密度矩阵及其主要性质 199

（三）密度矩阵的运动方程 202

（四）二能级原子系综的密度矩阵 205

§5.5静止原子激光器理论 206

（一）集居数矩阵的运动方程 207

（二）集居数矩阵运动方程的解 209

（三）单模振荡 210

（四）增益和色散关系 219

（五）多模振荡 220

（六）二模振荡和模竞争 226

（七）三模振荡的模式锁定 231

§5.6运动原子激光器理论 235

（一）集居数矩阵和感应极化强度 235

（二）单模振荡 239

（三）多模振荡 247

§5.7环形激光器 249

第六章 激光振荡的全量子理论 261

§6.1引言 261

§6.2激光振荡的全量子方程的导出 262

§6.3激光振荡的全量子方程的解 268

§6.4小结 274

§7.1单波型振荡的阈值条件 275

第七章 激光振荡的速率方程理论 275

§7.2多波型振荡的阈值条件 281

§7.3三能级系统的速率方程和稳态解 286

§7.4四能级系统的速率方程和稳态解 291

§7.5“弛豫”振荡效应 297

第八章 激光器的Q开关和锁模 304

§8.1Q开关 304

§8.2非均匀加宽激光系统的锁模 313

§8.3均匀加宽激光系统中的锁模 324

§8.4激光器的弛豫振荡 331

§8.5被动锁模 337

第九章 辐射场与原子系统的相干相互作用 340

§9.1辐射场与二能级原子系统相互作用的矢量描述 340

§9.2超辐射 351

§9.3光子回波 353

§9.4自感应透明 356