普通高等教育“十三五”规划教材 激光原理与技术PDF电子书下载

第1章 激光的基本原理 1

1.1 激光概述 1

1.2 光的受激辐射 4

1.2.1 黑体辐射的普郎克公式 5

1.2.2 光量子理论 7

1.2.3 玻尔的原子、量子理论 9

1.2.4 受激辐射和自发辐射的概念 9

1.3 光的受激辐射放大 13

1.2.5 相干性的光子描述 13

1.3.2 光放大概念的产生 17

1.3.3 光放大的必要条件：粒子数反转 17

1.3.4 工作物质的增益系数 18

1.4 光的自激振荡 19

1.4.1 自激振荡的概念 19

1.4.2 振荡条件 21

1.5 激光的特性 21

1.5.1 激光的空间相干性和方向性 21

1.5.2 时间相干性和单色性 22

1.5.3 激光的高强度（相干光强） 23

习题一 23

第2章 光线的传播及高斯光束 25

2.1 光线的传播 25

2.1.1 光线矩阵 25

2.1.2 双周期性透镜波导 28

2.1.3 相同周期性透镜波导 30

2.1.4 光线在反射镜之间的传播 30

2.2 光束在均匀介质中传输 33

2.2.1 均匀介质中的基本高斯光束 33

2.2.2 均匀介质中的高斯光束 35

2.2.3 均匀介质中的高阶高斯光束 41

2.2.4 类透镜介质中的高斯光束 42

2.2.5 高斯光束的特征参数 43

2.2.6 高斯光束的变换：ABCD 45

2.3 高斯光束的传输与变换规律 46

2.3.1 高斯光束传输与q参数 46

2.3.2 高斯光束通过薄透镜的传输 48

2.3.3 高斯光束的聚焦 51

2.3.4 高斯光束的准直 54

2.3.5 高斯光束的自再现变换 56

2.3.6 高斯光束的匹配 59

2.3.7 激光光束质量因子 61

习题二 63

第3章 光学谐振腔 66

3.1 光学谐振腔的稳定性 66

3.1.1 光学谐振腔的稳定性条件 66

3.1.2 光学谐振腔的构成与分类 67

3.1.3 光学谐振腔的作用 68

3.1.4 光学谐振腔的稳定性判别方法 69

3.2 光学谐振腔的损耗 71

3.2.1 光腔的损耗 71

3.2.2 光子寿命与无源腔的线宽 73

3.2.3 无源腔的Q值 73

3.3 光学谐振腔的模式 74

3.3.1 光学谐振腔中的纵模 74

3.3.2 光学谐振腔中的横模 78

3.4 平行平面镜腔模的迭代解法 84

3.4.1 Fox-Li迭代法 85

3.4.2 平行平面镜腔自再现模 85

3.5 稳定球面腔中的模式 91

3.5.1 方形镜共焦腔的自再现模 91

3.5.2 方形镜共焦腔的行波场 99

3.5.3 圆形镜共焦腔 102

3.5.4 一般稳定球面腔与对称共焦腔的等价性 106

3.5.5 一般稳定球面腔的模式 108

3.6 非稳定球面腔 112

3.6.1 非稳腔的一般特点和种类 112

3.6.2 非稳定腔的几何自再现波形 114

3.6.3 非稳腔的几何放大率和能量损耗 117

习题三 122

第4章 光场与物质的相互作用 125

4.1 光场与物质相互作用的理论 125

4.1.1 光场与物质相互作用的理论体系 125

4.1.2 光场与物质相互作用的经典理论 126

4.2 谱线加宽与线型函数 136

4.2.1 均匀加宽 137

4.2.2 非均匀加宽 141

4.2.3 综合加宽 143

4.3 激光器速率方程 146

4.3.1 爱因斯坦系数的修正 147

4.3.2 单模振荡速率方程组 150

习题四 152

第5章 连续激光器的增益和工作特性 153

5.1 小信号增益系数 153

5.1.1 增益系数 153

5.1.2 小信号反转粒子数 154

5.1.3 小信号增益系数 155

5.2 均匀加宽工作物质的增益饱和 156

5.2.1 增益饱和现象及其物理机制 156

5.2.2 均匀加宽工作物质的反转粒子数饱和 156

5.2.3 均匀加宽工作物质的大信号增益 157

5.3 非均匀加宽工作物质的增益饱和 159

5.3.1 非均匀加宽工作物质的反转粒子数饱和 159

5.3.2 非均匀加宽工作物质的大信号增益 160

5.4 连续激光器稳态工作特性 162

5.4.1 连续激光器的阈值条件 162

5.4.2 均匀加宽激光器中的模式竞争 164

5.4.3 非均匀加宽激光器中的多纵模振荡 165

5.4.4 连续激光器的输出功率 168

习题五 170

第6章 脉冲激光器的工作特性 173

6.1 多纵模振荡的速率方程 173

6.1.1 三能级多纵模振荡的速率方程 173

6.1.2 四能级多纵模振荡的速率方程 175

6.2 脉冲激光器的工作特性 176

6.2.1 振荡条件 176

6.2.2 输出能量及功率 180

6.2.3 脉冲激光器的尖峰脉冲和弛豫振荡 181

6.3 放大技术 186

6.3.1 连续激光放大器 187

6.3.2 脉冲激光放大器 190

6.4 放大的自发辐射 193

6.4.1 放大的自发辐射对激光输出的影响 194

6.4.2 放大的自发辐射的方向性 195

6.4.3 放大的自发辐射的线宽 195

6.4.4 放大的自发辐射的空间分布 197

习题六 198

第7章 激光调制技术 199

7.1 激光调制的基本概念 199

7.1.1 振幅调制 200

7.1.2 相位调制 200

7.1.3 强度调制 201

7.1.4 脉冲调制 201

7.1.5 脉冲编码调制 202

7.1.6 激光调制的特点 203

7.2 电光调制 203

7.2.1 电光调制的物理基础 204

7.2.2 电光调制器 213

7.2.3 典型电光晶体的特性 223

7.3 声光调制 229

7.3.1 声光调制的物理基础 230

7.3.2 声光互作用的两种类型 234

7.3.3 声光互作用的粒子模型 236

7.3.4 声光调制器 243

7.4 磁光调制 252

7.4.1 磁光效应 252

7.4.2 磁光调制器 253

习题七 255

第8章 调Q技术 257

8.1 激光调Q的基本原理 258

8.1.1 谐振腔的损耗与Q值 258

8.1.2 调Q脉冲产生原理 260

8.1.3 调Q技术的分类 261

8.1.4 实现调Q对激光器的要求 262

8.2 激光调Q速率方程及关键参量 262

8.2.1 激光调Q速率方程 262

8.2.2 速率方程的求解 264

8.2.3 激光调Q脉冲参数的测量 271

8.3 电光调Q方法 272

8.3.1 电光调Q方法 272

8.3.2 电光调Q激光器的设计 277

8.4 声光调Q方法 281

8.4.1 声光调Q激光器 281

8.4.2 声光调Q激光器的输出特性 285

8.5 被动式调Q方法 286

8.5.1 被动式调Q原理 286

8.5.2 典型被动式调Q激光器 288

8.6 PTM调Q方法 291

8.6.1 PTM电光调Q 291

8.6.2 PTM声光调Q 293

8.7 其他激光调Q方法简介 293

8.7.1 转镜调Q简介 293

8.7.2 受抑全内反射式调Q 294

8.8 调Q技术的其他功能 295

8.8.1 选横模的功能 295

8.8.2 选单纵模的功能 296

习题八 296

第9章 锁模技术 298

9.1 概述 298

9.1.1 多纵模自由运转激光器的输出特性 299

9.1.2 锁模的基本原理 301

9.2 主动锁模 306

9.2.1 振幅调制主动锁模 306

9.2.2 相位调制主动锁模 311

9.2.3 主动锁模激光器的设计 313

9.3 被动锁模 316

9.3.1 可饱和吸收体 316

9.3.2 被动锁模物理过程 318

9.3.3 慢饱和吸收体被动锁模 320

9.3.4 快饱和吸收体被动锁模 323

9.4 利用光克尔效应的固体锁模激光器 329

9.4.1 光克尔效应 330

9.4.2 克尔透镜锁模或自锁模 330

9.4.3 加成脉冲锁模 334

9.4.4 自锁模激光器的启动问题 335

9.5 锁模过程中的色散补偿 336

9.5.1 介质中的色散效应 336

9.5.2 色散器件应用 338

习题九 340

第10章 激光频率变换技术 342

10.1 概述 342

10.1.1 非线性光学效应 342

10.1.2 非线性极化 342

10.1.3 非线性介质中的波耦合方程 346

10.2 激光倍频技术 348

10.2.1 倍频的波耦合方程及其解 348

10.2.2 相位匹配的意义与方法 350

10.2.3 准相位匹配方法 356

10.2.4 倍频方式 357

10.2.5 倍频晶体 358

10.3 和频与三倍频技术 359

10.3.1 和频技术 359

10.3.2 三倍频技术 362

10.4 光参量振荡技术 364

10.4.1 光参量放大 364

10.4.2 光参量振荡 365

10.4.3 光参量振荡运转方式 367

10.4.4 光参量振荡器的频率调谐方法 368

10.5 受激拉曼散射 369

10.5.1 拉曼散射效应 370

10.5.2 波耦合分析 371

10.5.3 受激拉曼散射的调谐应用 373

10.5.4 拉曼频移激光器件 374

习题十 375