第一篇 气体激光器 1
概述 1
1.0-1 气体激光器的概况和分类 1
1.0-2 气体激光器的激励方式 2
一、电激励 2
二、热激励 2
三、化学能激励 2
四、光激励 3
五、核能激励 3
1.0-3 气体放电 3
一、气体放电的方式 3
二、气体放电的相似定律 6
三、气体放电中粒子的碰撞和激发 6
第一章 氦氖气体激光器 9
1.1-1 氦-氖激光器的结构 9
1.1-2 He-Ne激光器的工作机理 11
一、氦和氖的能级图 11
二、氦-氖激光器的粒子数反转条件和激发过程 13
三、粒子反转数与放电条件的关系 13
四、增益系数 16
1.1-3 氦-氖激光器的输出特性 19
一、输出功率及其稳定性 19
二、激光束的发散角及光点漂移 30
三、He-Ne激光的偏振特性及获得偏振输出的方法 32
四、He-Ne激光器的振荡频率和稳频 33
五、He-Ne激光器的寿命 45
1.1-4 氦-氖激光器的设计 46
一、毛细管的长度和谐振腔长度的确定 46
二、凹面反射镜曲率半径R的确定 46
三、毛细管直径d和壁厚的确定 48
四、最佳充气总气压和分压比的确定 48
五、阴极和贮气套尺寸的确定 48
六、确定最佳透过率 49
第二章 二氧化碳激光器 50
1.2-1 二氧化碳激光器的工作原理 50
一、CO2的能级图 50
二、激光上能级粒子数的激发过程 52
三、激光上能级（00°1）的消激发 54
四、10°0、0220和0110能级的弛豫过程 55
五、电子的能量交换效率 56
六、输出光谱 57
1.2-2 纵向放电激励的封离型连续CO2激光器 58
一、器件结构 58
二、输出功率及其影响因素 61
三、器件寿命 66
四、中小型CO2激光器主要尺寸的计算和选择 67
1.2-3 横向激励的高气压CO2激光器 69
一、TEA CO2激光器的均匀放电技术 70
二、TEA CO2激光器的工作特性 74
1.2-4 CO2波导激光器 76
一、波导CO2激光器的结构 76
二、CO2波导激光器的特点 78
三、波导管中的本征模及其损耗 79
四、波导激光器的耦合损耗 82
第三章 其他气体激光器 84
1.3-1 氮分子激光器 84
一、氮分子激光器的工作原理 84
二、氮分子激光器的结构及激励方法 86
三、氮分子激光器的工作特性 88
1.3-2 氩离子激光器 91
一、氩离子激光器的激发机理 91
二、氩离子激光器的一般结构 93
三、氩离子激光器的工作特性 94
1.3-3 氦-镉激光器 96
一、工作原理 96
二、器件结构 97
三、工作特性 99
第二篇 固体激光器 102
第一章 固体激光器的基本组成 102
2.1-1 固体激光器的基本结构及能量转换环节 102
2.1-2 固体工作物质 103
一、与固体工作物质有关的一些基本概念 103
二、红宝石晶体 106
三、掺钕钇铝石榴石（Nd3＋:YAG） 110
四、钕玻璃 112
五、波长可调谐固体激光器的工作物质 113
六、其它固体工作物质 117
2.1-3 泵浦光源 118
一、主要泵浦光源 118
二、惰性气体放电灯的构造 118
三、惰性气体放电灯的放电过程 120
四、惰性气体放电灯的光谱特性 120
五、惰性气体放电灯的有效辐射效率 121
六、惰性气体放电灯的电阻性质 122
七、惰性气体放电灯的放电回路 124
八、惰性气体放电灯的触发及预燃 128
九、惰性气体放电灯的寿命 130
十、对脉冲灯储能电容器的充电电源和连续灯供电电源的要求 131
2.1-4 聚光器 131
一、聚光器的类型 131
二、聚光器的材料选择 133
三、聚光器反射表面的选择 134
四、聚光器的聚光效率 135
五、泵浦光在激光棒内的分布 138
六、聚光器结构设计的一些考虑 140
2.1-5 热效应、冷却和滤光 142
一、工作物质的热效应 142
二、冷却和滤光 150
三、消除及补偿热效应的措施 153
第二章 连续和长脉冲固体激光器 156
2.2-1 连续和长脉冲固体激光器的构造特点 156
2.2-2 连续和长脉冲固体激光器的阈值、功率（能量）和效率 156
一、阈值 156
二、连续和长脉冲固体激光器的输出功率（能量）和效率 160
2.2-3 最佳透过率 163
2.2-4 输出的弛豫振荡 165
第三章 调Q脉冲激光器 167
2.3-1 调Q原理 168
一、谐振腔的Q值 168
二、调Q的一般原理 169
2.3-2 调Q激光器的速率方程 172
一、速率方程的建立 172
二、速率方程的解 173
2.3-3 可饱和吸收式调Q激光器 179
一、BDN染料的性能 179
二、染料调Q机理 181
三、染料调Q激光器的能量输出特性 181
四、染料调Q激光器的输出波形及激光峰值功率 185
五、染料调Q激光器参数选择最佳化问题 185
六、LiF:F2晶体调Q激光器 187
2.3-4 电光调Q激光器 188
一、晶体的电光效应 189
二、带偏振器的Pockels电光调Q激光器 190
三、交叉直角棱镜腔电光调Q激光器 196
四、单块双45°电光晶体调Q激光器 207
2.3-4 声光调Q激光器原理 225
一、布喇格超声衍射 225
二、声光调Q激光器 226
2.3-5 转镜调Q激光器原理 228
一、转镜调Q激光器简要原理 228
二、棱镜及其正确安装 230
三、多脉冲及最佳转速问题 230
2.3-6 脉冲透射式调Q激光器 235
一、受抑全内反调Q激光器原理 236
二、单块双45°电光晶体PTM调Q激光器原理 237
三、带偏振器的电光PTM调Q红宝石激光器 238
第三篇 其它类型的激光器——半导体、染料、自由电子及化学激光器 242
第一章 半导体激光器 242
3.1-1 有关半导体的基本知识 243
一、有关半导体能带的基本概念 243
二、直接跃迁和间接跃迁 245
三、电子和空穴的统计分布 247
四、平衡状态下p-n结的能带结构 249
五、加正向电压时p-n结能带结构 250
3.1-2 注入式同质结半导体激光器的工作原理 251
一、注入式同质结半导体GαAs激光器的结构 252
二、半导体的粒子数反转分布条件 253
三、半导体激光器的阈值条件 255
3.1-3 异质结半导体激光器原理 257
一、异质结的结构特点 257
二、平衡时异质结的能带结构 258
三、GaAs材料的折射率变化 259
四、单异质结（SH）激光器 260
五、双异质结（DH）激光器 263
六、激射可见光的DHL 268
七、激射1.2-1.7μm波长的DHL 269
八、大光腔（LOC）激光器 270
3.1-4 半导体激光器的输出特性 271
一、半导体激光器的输出功率和转换效率 271
二、激光模式 273
三、激光束发散角与光纤耦合效率 278
四、半导体激光的调制频率响应特性 280
五、器件的可靠性——老化和寿命 281
六、器件特性的综合比较 281
3.1-5 其它类型的半导体激光器 283
一、分布反馈（DFB）半导体激光器 283
二、外腔式半导体激光器 285
三、中、远红外可调谐半导体激光器 288
第二章 液体激光器 290
3.2-1 染料的激光机理 290
一、染料的结构和能级 290
二、染料的吸收和荧光 292
三、染料的溶剂 293
3.2-2 连续工作的染料激光器 294
一、染料激光器连续工作的条件 294
二、连续工作染料激光器的最小泵浦功率密度 294
三、连续工作染料激光器 295
3.2-3 脉冲工作的染料激光器 301
一、脉冲染料激光器的受激光放大条件 301
二、脉冲染料激光器的速率方程 303
三、脉冲染料激光器 304
四、超短脉冲染料激光器 318
3.2-4 无机液体激光器 318
一、激光机理 318
二、无机液体激光器的结构和优缺点 319
第三章 自由电子激光器与化学激光器 320
3.3-1 自由电子激光器 320
一、辐射机构 320
二、调频方式 322
3.3-2 化学激光器 323
一、氟化氢（HF）化学激光器 323
二、碘原子激光器 326
3.3-3 各种典型激光器的简单小结 327
第四篇 激光技术 329
第一章 激光的调制与偏转 329
4.1-1 激光调制 329
一、激光调制的基本概念与类别 331
二、实现激光调制的方法 340
4.1-2 激光偏转 366
一、激光偏转的技术指标 366
二、偏转方法 367
第二章 超短脉冲技术 375
4.2-1 锁模原理 376
一、一般多纵模激光器的输出特性 376
二、多纵模的相位锁定 377
4.2-2 锁模方法 383
一、主动锁模 383
二、可饱和吸收式锁模（被动锁模） 388
三、同步泵浦锁模 392
四、对撞锁模（CPM）原理 394
五、半导体微微秒脉冲技术 399
六、激光锁模的付里叶变换极限 399
4.2-3 单脉冲选取及脉宽测量 402
一、单脉冲选取 403
二、超短光脉冲的测量 404
第三章 光倍频技术 409
4.3-1 光学介质的非线性极化 410
一、介质的极化、极化强度与极化波 410
二、光学二次非线性效应 412
4.3-2 非线性极化系数 413
一、有关张量概念的回顾 413
二、非线性极化系数 414
三、部分晶体的非线性极化系数值 415
4.3-3 光和物质相互作用的耦合波方程 417
4.3-4 光倍频（SHG）原理 420
一、倍频效率 420
二、高斯光束的倍频 423
三、相位匹配（PM条件） 424
四、几种性能优良的新颖倍频晶体 434
4.3-5 倍频方法和倍频激光器 437
一、腔内倍频 438
二、腔外倍频 443
三、三倍频技术 445
第四章 激光放大技术 447
4.4-1 概述 447
一、激光放大的必要性 447
二、激光放大器的类型 448
4.4-2 激光放大机理 453
一、激光放大机理的分析方法 453
二、脉冲激光放大器的速率方程 454
三、速率方程非稳态解 455
四、矩形脉冲信号的放大 458
五、高斯型、指数型等脉冲信号的放大特性 463
4.4-3 激光放大中的若干技术问题 465
一、放大器激活介质（工作物质）的工作参数 465
二、级间去耦和放大介质自激的消除方法 466
三、级间孔径匹配 468
四、光泵点燃时间的匹配 468
4.4-4 某些典型的激光放大器 469
一、红宝石长脉冲激光放大器的分析和实验 469
二、单级YAG激光放大器 470
三、偏振抽取单横模YAG激光器 470
四、甄别放大器 472
五、多级钕玻璃放大器 473
六、毫微秒CO2脉冲激光放大器 474
七、双通脉冲染料激光放大器 476
第五章 横模选择技术 478
4.5-1 概述 478
4.5-2 稳定腔选模 479
一、谐振腔参数g、N与衍射损耗的关系 479
二、腔内插入小孔光阑选择基横模 480
三、腔内插入望远镜选择基横模 482
4.5-3 非稳腔选模 485
一、平凸非稳腔 486
二、望远镜型非稳腔 488
三、交叉棱镜望远镜非稳腔 489
四、腔内插入负透镜的非稳腔 491
附录 493
附录Ⅰ 晶体的电光效应 493
附录Ⅱ 贝塞尔函数的某些性质 501
附录Ⅲ 立方晶系的弹光效应 503