第1章 辐射理论概要与激光产生的条件 1
1.1光的波粒二象性 1
1.1.1光波 1
1.1.2光子 5
1.2原子的能级和辐射跃迁 5
1.2.1原子能级和简并度 5
1.2.2原子状态的标记 6
1.2.3玻尔兹曼分布 8
1.2.4辐射跃迁和非辐射跃迁 8
1.3光的受激辐射 9
1.3.1黑体热辐射 9
1.3.2光和物质的作用 10
1.3.3自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系 13
1.3.4自发辐射光功率与受激辐射光功率 14
1.4光谱线增宽 14
1.4.1光谱线、线型和光谱线宽度 14
1.4.2自然增宽 17
1.4.3碰撞增宽 20
1.4.4多普勒增宽 21
1.4.5均匀增宽和非均匀增宽线型 23
1.4.6综合增宽 24
1.5激光形成的条件 24
1.5.1介质中光的受激辐射放大 24
1.5.2光学谐振腔和阈值条件 27
思考练习题1 28
第2章 激光器的工作原理 29
2.1光学谐振腔结构与稳定性 29
2.1.1共轴球面谐振腔的稳定性条件 29
2.1.2共轴球面腔的稳定图及其分类 30
2.1.3稳定图的应用 31
2.2速率方程组与粒子数反转 32
2.2.1三能级系统和四能级系统 32
2.2.2速率方程组 32
2.2.3稳态工作时的粒子数密度反转分布 33
2.2.4小信号工作时的粒子数密度反转分布 34
2.2.5均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 34
2.2.6均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 35
2.3均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 36
2.3.1均匀增宽介质的增益系数 36
2.3.2均匀增宽介质的增益饱和 37
2.4非均匀增宽介质的增益饱和 39
2.4.1介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 39
2.4.2非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数 40
2.4.3非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 41
2.4.4非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 42
2.5激光器的损耗与阈值条件 43
2.5.1激光器的损耗 44
2.5.2激光谐振腔内形成稳定光强的过程 44
2.5.3 阈值条件 45
2.5.4对介质能级选取的讨论 46
思考练习题2 48
第3章 激光器的输出特性 49
3.1光学谐振腔的衍射理论 49
3.1.1菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 49
3.1.2光学谐振腔的自再现模积分方程 50
3.1.3激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 52
3.2对称共焦腔内外的光场分布 53
3.2.1共焦腔镜面上的场分布 53
3.2.2共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 56
3.3高斯光束的传播特性 56
3.3.1高斯光束的振幅和强度分布 57
3.3.2高斯光束的相位分布 58
3.3.3高斯光束的远场发散角 59
3.3.4高斯光束的高亮度 60
3.4稳定球面腔的光束传播特性 61
3.4.1稳定球面腔的等价共焦腔 61
3.4.2稳定球面腔的光束传播特性 62
3.5激光器的输出功率 63
3.5.1均匀增宽型介质激光器的输出功率 63
3.5.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率 65
3.6激光器的线宽极限 69
3.7激光光束质量的品质因子M2 70
思考练习题3 73
第4章 激光的基本技术 74
4.1激光器输出的选模 74
4.1.1激光单纵模的选取 74
4.1.2激光单横模的选取 77
4.2激光器的稳频 79
4.2.1影响频率稳定的因素 79
4.2.2稳频方法概述 80
4.2.3兰姆凹陷法稳频 81
4.2.4饱和吸收法稳频 83
4.3激光束的变换 84
4.3.1高斯光束通过薄透镜时的变换 84
4.3.2高斯光束的聚焦 86
4.3.3高斯光束的准直 88
4.3.4激光的扩束 89
4.4激光调制技术 90
4.4.1激光调制的基本概念 90
4.4.2电光强度调制 90
4.4.3电光相位调制 92
4.5激光偏转技术 92
4.5.1机械偏转 93
4.5.2电光偏转 93
4.5.3声光偏转 94
4.6激光调Q技术 94
4.6.1激光谐振腔的品质因数Q 95
4.6.2调Q原理 95
4.6.3电光调Q 96
4.6.4声光调Q 97
4.6.5染料调Q 97
4.7激光锁模技术 98
4.7.1锁模原理 98
4.7.2主动锁模 99
47.3被动锁模 100
思考练习题4 101
第5章 典型激光器介绍 102
5.1固体激光器 102
5.1.1固体激光器的基本结构与工作物质 102
5.1.2固体激光器的泵浦系统 104
5.1.3固体激光器的输出特性 105
5.1.4新型固体激光器 105
5.2气体激光器 107
5.2.1氦氖（He-Ne）激光器 107
5.2.2二氧化碳激光器 109
5.2.3 Ar＋离子激光器 111
5.3染料激光器 113
5.3.1染料激光器的激发机理 113
5.3.2染料激光器的泵浦 114
5.3.3染料激光器的调谐 115
5.4半导体激光器 117
5.4.1半导体的能带和产生受激辐射的条件 117
5.4.2 PN结和粒子数反转 119
5.4.3半导体激光器的工作原理和阈值条件 120
5.4.4同质结和异质结半导体激光器 121
5.5其他激光器 123
5.5.1准分子激光器 123
5.5.2自由电子激光器 125
5.5.3化学激光器 125
思考练习题5 126
第6章 激光在精密测量中的应用 127
6.1激光干涉测长 127
6.1.1干涉测长的基本原理 127
6.1.2激光干涉测长系统的组成 128
6.1.3激光外差干涉测长技术 131
6.1.4激光干涉测长应用举例 132
6.2激光衍射测量 133
6.2.1激光衍射测量原理 133
6.2.2激光衍射测量的方法 135
6.2.3激光衍射测量的应用 138
6.3激光测距 140
6.3.1激光脉冲测距 140
6.3.2激光相位测距 142
6.4激光准直及多自由度测量 145
6.4.1激光准直仪 146
6.4.2激光衍射准直仪 148
6.4.3激光多自由度测量 149
6.5激光多普勒测速 151
6.5.1运动微粒散射光的频率 151
6.5.2差频法测速 152
6.5.3激光多普勒测速技术的应用 154
6.6环形激光测量角度和角加速度 156
6.6.1环形激光精密测角 156
6.6.2光纤陀螺 157
6.7激光环境计量 158
6.8激光散射板干涉仪 159
思考练习题6 161
第7章 激光加工技术 163
7.1激光热加工原理 163
7.2激光表面改性技术 167
7.2.1激光淬火技术的原理与应用 167
7.2.2激光表面熔凝技术 170
7.2.3激光熔覆技术 170
7.3激光去除材料技术 171
7.3.1激光打孔 172
7.3.2激光切割 174
7.4激光焊接 176
7.4.1激光热导焊 178
7.4.2激光深熔焊 179
7.4.3激光复合焊 181
7.5激光快速成型技术 186
7.5.1激光快速成型技术的原理及主要优点 186
7.5.2激光快速成型技术 187
7.5.3激光快速成型技术的重要应用 190
7.6其他激光加工技术 191
7.6.1激光清洗技术 191
7.6.2激光弯曲 192
思考练习题7 192
第8章 激光在医学中的应用 193
8.1激光与生物体的相互作用 193
8.1.1生物体的光学特性 193
8.1.2激光对生物体的作用 195
8.1.3激光对生物体应用的优点 196
8.2激光在临床治疗中的应用 196
8.2.1激光临床治疗的种类与现状 196
8.2.2激光在皮肤科及整形外科领域中的应用 197
8.2.3激光在眼科中的应用 198
8.2.4激光在泌尿外科中的应用 200
8.2.5激光在耳鼻喉科中的应用 201
8.2.6最新的技术——间质激光光凝术 202
8.2.7光动力学治疗 202
8.3激光在生物体检测及诊断中的应用 204
8.3.1利用激光的生物体光谱测量及诊断 204
8.3.2激光断层摄影 205
8.3.3激光显微镜 207
8.4医用激光设备 209
8.4.1医用激光光源 209
8.4.2医用激光传播用光纤 211
8.5激光应用于医学的未来 212
8.5.1医用激光新技术 212
8.5.2光动力学治疗的前景 213
思考练习题8 214
第9章 激光在信息技术中的应用 215
9.1光纤通信系统中的激光器和光放大器 215
9.1.1半导体激光器 215
9.1.2光纤激光器 219
9.1.3光放大器 222
9.2激光全息三维显示 227
9.2.1全息术的历史回顾 227
9.2.2激光全息术的基本原理和分类 227
9.2.3白光再现的全息三维显示 229
9.2.4计算全息图 233
9.2.5数字全息术 233
9.2.6全息三维显示的优点 235
9.2.7全息三维显示的应用 235
9.2.8全息三维显示技术的展望 239
9.3激光存储技术 241
9.3.1激光存储的基本原理、分类及特点 241
9.3.2激光光盘存储 242
9.3.3激光体全息光存储 244
9.3.4激光存储技术的新进展 246
9.4激光扫描和激光打印机 248
9.4.1激光扫描 249
9.4.2激光打印机 255
思考练习题9 257
第10章 激光在科学技术前沿问题中的应用 259
10.1激光核聚变 259
10.1.1受控核聚变 259
10.1.2磁力约束和惯性约束控制方法 260
10.1.3激光压缩点燃核聚变的原理 261
10.2激光冷却 262
10.3激光操纵微粒 264
103.1光捕获 264
10.3.2微粒操纵 265
10.4激光诱导化学过程 267
10.4.1激光波长和离解能的关系 267
10.4.2激光切断分子 267
10.4.3液体、固体的光化学反应 269
10.5激光光谱学 269
10.5.1拉曼光谱 270
10.5.2空间高分辨的激光显微光谱 271
10.5.3频率高分辨的双光子光谱 273
10.5.4时间高分辨的激光闪光光谱 273
10.5.5各种特殊效能的激光光谱技术 274
思考练习题10 275
参考文献 277