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目录 1

第一章 概述 1

§1.1自发发射；受激发射；吸收 1

§1.1.1自发发射 1

§1.1.2受激发射 2

§1.1.3吸收 3

§1.1.4Einstein关系式 4

§1.2激光概念 5

§1.2.1相互作用过程的竞争 5

§1.2.2实观光放大的条件—集居数反转 5

§1.2.3光学谐振腔实现光振荡 6

§1.2.4激光束的特性 10

§1.3激活物质的泵浦系统（能级结构）和激光器类型 14

§1.3.1对激活物质的要求 14

§1.3.2激活物质的类型 15

§1.3.3激活物质的泵浦系统（能级结构及其反转机理） 16

§1.3.4泵浦方法 19

习题 20

第二章 辐射与物质相互作用 23

§2.1微波闭腔的模式概念 25

§2.2吸收和受激发射速率 28

§2.3自发发射速率 34

§2.4无辐射衰变（跃迁） 36

§2.5谱线加宽机制 37

§2.5.1谱线宽度对跃迁速率的影响 37

§2.5.2均匀加宽机制 39

§2.5.3非均匀加宽机制（气态DoPPler加宽） 45

§2.5.4综合加宽机制（气态） 51

§2.5.5液体和晶体的谱线加宽机制 53

§2.6结束语 54

习题 56

第三章 无源（被动）光学谐振腔 59

§3.1概述 59

§3.2腔的稳定性条件（几何光学分析） 70

§3.2.1一般双镜共轴球面腔稳定性条件 70

§3.2.2折迭腔稳定性条件 78

§3.2.3环形腔稳定性条件 80

§3.3开腔模式的衍射理论概述 84

§3.3.1自洽模形成过程 84

§3.3.2自洽积分方程 87

§3.4平行平面对称腔（F—P腔） 93

§3.4.1自洽积分方程的简化 93

§3.4.2自洽积分方程的解 96

§3.5.1自洽积分方程的简化 102

§3.5共焦对称共轴球面镜腔 102

§3.5.2自洽积分方程的解 104

§3.6一般稳定共轴球面腔 121

§3.6.1一般稳定腔与共焦腔的等价性 122

§3.6.2一般稳定腔的自洽模特性 124

§3.6.3一般稳定腔的调整精度 134

§3.7非稳定腔 136

§3.7.1模式（波型）分析：基模特点 137

§3.7.2几何放大率与基模几何能量损耗 142

§3.7.3输出耦合 145

§3.7.4输出近、远场花样 147

§3.8高斯光束经光学系统的变化规律 149

§3.8.1高斯光束的特征参数 149

§3.8.2高斯光束在自由空间（或均匀各向同性介质）中的传输规律 151

§3.8.3高斯光束通过薄透镜的传输规律 151

§3.8.4高斯光束的单透镜聚焦 160

§3.8.5高斯光束的准直 164

§3.8.6高斯自洽模的匹配 166

习题 169

第四章 连续波（C.W）和瞬态激光器的性能 175

§4.1速率方程 175

§4.1.1三能级系统 176

§4.1.2固态四能级系统 179

§4.2C.W激光器性能（单波型振荡） 181

§4.2.1增益特性 181

§4.2.2阈值（起振）条件 193

§4.2.3多（纵）模与单（纵）模稳定振荡的形成过程 196

§4.2.4输出功率与最佳耦合输出 205

§4.2.5对能级寿命的要求 208

§4.2.6单纵模振荡C.W激光器输出激光的极限线宽（极限单色性）△vosc 209

§4.2.7频率牵引效应 211

§4.2.8典型C.W激光器性能 214

§4.3瞬态激光器性能 225

§4.3.1瞬态激光器速率方程（多纵模振荡） 227

§4.3.2脉冲激光器性能（多纵模振荡） 229

§4.3.3调Q激光器理论基础 244

§4.3.4锁模激光器理论基础 259

§4.4C.W激光器模式选择原理 277

§4.4.1横模选择 278

§4.4.2纵模选择方法 284

§4.5激光放大器性能 289

§4.5.1脉冲激光放大器 291

§4.5.2长脉冲激光放大器（C.W激光放大器） 302

习题 304

第五章 激光束的特性 314

§5.1极限单色性 314

§5.2.1实标量光场的复解析函数表示 315

§5.2一阶相干性 315

§5.2.2相干性的量度——相关函数 320

§5.2.3时间相干性和空间相干性 326

§5.2.4时间相干性与单色性关系 331

§5.3空间相干光束的传播、空间相干性与方向性关系 333

§5.3.1平面光束（完全空间相干光束）的Fraunhofer衍射及发散角 333

§5.3.2基模高斯光束（完全空间相干光束）的发散角（激光的空间特性） 337

§5.3.3部份空间相干光束的发散角 338

§5.3.4空间相干性与方向性关系 339

§5.4斑纹图样（斑纹噪声） 339

§5.5亮度 341

习题 344

第六章 激光器件 345

§6.1气体激光器 345

§6.1.1中性原子气体激光器 346

§6.1.2分子气体激光器 358

§6.1.3离子激光器 394

§6.2固体激光器 409

§6.2.1固体激活介质 409

§6.2.2光泵系统 415

§6.2.3典型固体激光器 428

§6.3半导体激光器 430

§6.3.1电注入式同质结GaAs半导体激光器反转机理 431

§6.3.2电注入同质结GaAs激光器输出特性 442

§6.3.3连续室温半导体激光器（双异质结激光器） 447

§6.4有机染料激光器 451

§6.4.1激活介质——有机染料 455

§6.4.2机理 457

§6.4.3泵浦方式 464

§6.4.4染料激光器的速率方程分析 470

§6.5结束语 473