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内容简介

　　本教材是“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材和江苏省高等学校立项建设的精品教材。主要内容包括：激光发展简史及激光的特性，激光产生的基本原理，光学谐振腔与激光模式，高斯光束，激光工作物质的增益特性，激光器的工作特性，激光特性的控制与改善，典型激光器，半导体激光器，光通信系统中的激光器和放大器，激光全息技术，激光与物质的相互作用，以及激光在其他领域的应用。
　　本书可作为高等院校电子科学与技术、光信息科学与技术、光电信息工程和应用物理等专业本科生的教材，也可供高校相关专业的师生及从事光电子技术和光通信技术的科技人员参考。

作者简介

　　陈鹤鸣，南京邮电大学，光电工程学院院长，教授，联邦德国卡尔斯鲁厄高频与量子电子学研究所访问学者。曾从事国家自然科学基金资助项目“光纤测量新方法—计算全息法”以及“计算全息研制相移光栅”的研究。先后在“Optics Express、Applied Optics、Electronics Letters、物理学报、光学学报、通信学报、中国激光等国内外重要学术刊物上发表论文100余篇，其中被SCI和EI等检索20余篇。

目录

第1章 概述
1．1 激光发展简史
1．2 激光的特性
1．2．1 高方向性
1．2．2 单色性
1．2．3 相干性
1．2．4 高亮度
1．3 激光应用简介
习题与思考题一
第2章 激光产生的基本原理
2．1 原子发光的机理
2．1．1 原子的结构
2．1．2 原子的能级
2．1．3 原子发光的机理
2．2 自发辐射、受激辐射和受激吸收
2．2．1 自发辐射
2．2．2 受激辐射
2．2．3 受激吸收
2．2．4 三个爱因斯坦系数之间的关系
2．3 激光产生的条件
2．3．1 受激辐射光放大
2．3．2 集居数反转
2．3．3 激活粒子的能级系统
2．3．4 光的自激振荡
2．4 激光器的基本组成与分类
2．4．1 激光器的基本组成
2．4．2 激光工作物质
2．4．3 泵浦源
2．4．4 光学谐振腔
2．4．5 激光器的分类
习题与思考题二
第3章 光学谐振腔与激光模式
3．1 光学谐振腔的构成和分类
3．1．1 光学谐振腔的构成和分类
3．1．2 典型开放式光学谐振腔
3．2 激光模式
3．2．1 驻波与谐振频率
3．2．2 纵模
3．2．3 横模
3．3 光学谐振腔的损耗
3．3．1 光腔的损耗
3．3．2 光子在腔内的平均寿命
3．3．3 无源腔的品质因数――Q值
3．4 光学谐振腔的稳定性条件
3．4．1 腔内光线往返传播的矩阵表示
3．4．2 共轴球面腔的稳定性条件
3．4．3 临界腔
3．5 光学谐振腔的衍射理论基础
3．5．1 自再现模
3．5．2 菲涅耳―基尔霍夫衍射积分
3．5．3 自再现模积分方程
3．5．4 自再现模积分方程解的物理意义
3．6 平行平面腔的自再现模
3．6．1 平行平面镜腔的自再现模积分方程
3．6．2 平行平面腔模的数值迭代解法
3．6．3 单程衍射损耗、单程相移与谐振频率
3．7 对称共焦腔的自再现模
3．7．1 方形镜对称共焦腔
3．7．2 圆形镜共焦腔
3．8 一般稳定球面腔的模式理论
3．8．1 一般稳定球面腔与共焦腔的等价性
3．8．2 一般稳定球面腔的模式特征
3．9 非稳定谐振腔
3．9．1 非稳腔的基本结构
3．9．2 非稳腔的几何自再现波型
3．9．3 非稳腔的几何放大率
3．9．4 非稳腔的能量损耗
3．9．5 非稳腔的输出耦合方式
3．9．6 非稳腔的主要特点
习题与思考题三
第4章 高斯光束
4．1 高斯光束的基本性质
4．1．1 高斯光束
4．1．2 高斯光束的基本性质
4．1．3 高斯光束的特征参数
4．2 高斯光束的传输与变换规律
4．2．1 高斯光束的传输与变换规律
4．2．2 实例分析
4．3 高斯光束的聚焦和准直
4．3．1 高斯光束的聚焦
4．3．2 高斯光束的准直
4．4 高斯光束的自再现变换
4．4．1 利用薄透镜实现自再现变换
4．4．2 球面反射镜对高斯光束的自再现变换
4．5 高斯光束的匹配
4．6 激光束质量因子
习题与思考题四
第5章 激光工作物质的增益特性
5．1 谱线加宽与线型函数
5．1．1 谱线加宽概述
5．1．2 光谱线加宽的机理
5．1．3 均匀加宽、非均匀加宽和综合加宽
5．2 速率方程
5．2．1 对自发辐射、受激辐射、受激吸收概
率的修正
5．2．2 单模振荡速率方程
5．2．3 多模振荡速率方程
5．3 均匀加宽激光工作物质对光的增益
5．3．1 增益系数
5．3．2 反转集居数饱和
5．3．3 增益饱和
5．4 非均匀加宽激光工作物质对光的增益
5．4．1 增益饱和
5．4．2 烧孔效应
习题与思考题五
第6章 激光器的工作特性
6．1 连续与脉冲工作方式
6．1．1 短脉冲运转
6．1．2 长脉冲和连续运转
6．2 激光器的振荡阈值
6．2．1 阈值增益系数
6．2．2 阈值反转集居数密度
6．2．3 阈值泵浦功率和能量
6．3 激光器的振荡模式
6．3．1 起振纵模数
6．3．2 均匀加宽激光器的输出模式
6．3．3 非均匀加宽激光器的输出模式
6．4 连续激光器的输出功率
6．4．1 均匀加宽单模激光器的输出功率
6．4．2 非均匀加宽单模激光器的输出功率
6．4．3 多模激光器
6．5 脉冲激光器的工作特性
6．5．1 短脉冲激光器的输出能量
6．5．2 弛豫振荡
习题与思考题六
第7章 激光特性的控制与改善
7．1 模式选择
7．1．1 横模选择
7．1．2 纵模选择
7．2 稳频技术
7．2．1 频率的稳定性
7．2．2 稳频方法
7．3 调Q技术
7．3．1 调Q激光器工作原理
7．3．2 Q调制方法
7．3．3 调Q激光器基本理论
7．4 超短脉冲技术
7．4．1 锁模原理
7．4．2 锁模方法
7．4．3 均匀加宽激光器主动锁模自洽理论
7．4．4 阿秒激光的产生与测量
7．5 激光调制技术
7．5．1 激光调制的基本概念
7．5．2 电光调制、声光调制和磁光调制
7．5．3 直接调制
7．6 激光偏转技术
7．6．1 机械偏转
7．6．2 电光偏转
7．6．3 声光偏转
7．7 光电器件设计及参数选用原则
7．7．1 电光调制器的设计
7．7．2 电光调Q激光器的设计
7．7．3 声光调制器的设计
习题与思考题七
第8章 典型激光器
8．1 固体激光器
8．1．1 固体激光器的基本结构和泵浦方式
8．1．2 红宝石激光器
8．1．3 钕激光器
8．1．4 掺钛蓝宝石激光器
8．2 气体激光器
8．2．1 气体激光器的泵浦方式
8．2．2 氦氖激光器
8．2．3 二氧化碳激光器
8．2．4 氩离子激光器
8．3 染料激光器
8．3．1 染料激光器的泵浦方式与基本结构
8．3．2 染料激光器的工作原理
8．4 新型激光器
8．4．1 准分子激光器
8．4．2 自由电子激光器
8．4．3 化学激光器
8．4．4 声子激光器
8．4．5 纳米激光器
8．4．6 生物激光器
习题与思考题八
第9章 半导体激光器
9．1 半导体激光器物理基础
9．1．1 半导体的能带结构和电子状态
9．1．2 半导体中载流子的分布与复合发光
9．1．3 PN结
9．1．4 半导体激光材料
9．2 半导体激光器的工作原理
9．2．1 半导体激光器受激发光条件
9．2．2 半导体激光器有源介质的增益系数
9．2．3 阈值条件
9．2．4 半导体激光器的速率方程及其稳态解
9．3 半导体激光器有源区对载流子和光子的限制
9．3．1 异质结半导体激光器
9．3．2 量子阱激光器
9．3．3 光约束因子
9．4 半导体激光器的谐振腔结构
9．4．1 FP腔半导体激光器
9．4．2 分布反馈式半导体激光器与布拉格反射式半导体激光器
9．4．3 垂直腔表面发射半导体激光器
9．5 半导体激光器的特性
9．5．1 阈值特性
9．5．2 半导体激光器的效率与输出功率
9．5．3 半导体激光器的输出模式
9．5．4 动态特性
习题与思考题九
第10章 光通信系统中的激光器和放大器
10．1 半导体激光器在光纤通信中的应用
10．1．1 作为光纤通信光源的半导体激光器
10．1．2 半导体激光器在光纤通信中的应用与发展
10．2 光放大器
10．2．1 半导体光放大器
10．2．2 光纤放大器
10．2．3 半导体光放大器和光纤放大器的比较
10．3 光纤激光器
10．3．1 掺杂光纤激光器
10．3．2 其他类型的光纤激光器
10．4 光子晶体激光器
10．4．1 光子晶体
10．4．2 光子晶体激光器
10．4．3 光子晶体激光器的应用前景
10．5 用于无线激光通信的激光器
10．5．1 无线激光通信
10．5．2 用于无线激光通信的激光器
10．6 光通信系统设计与实例
10．6．1 光纤通信系统的设计
10．6．2 空间光通信系统设计实例
习题与思考题十
第11章 激光全息技术
11．1 激光全息技术的原理和分类
11．1．1 激光全息的原理
11．1．2 全息照相的特点
11．1．3 激光全息技术的分类
11．2 白光再现的全息技术
11．2．1 白光反射全息
11．2．2 像面全息
11．2．3 彩虹全息
11．2．4 真彩色全息
11．3 几种特殊的全息技术
11．3．1 计算全息
11．3．2 数字全息
11．3．3 合成全息
11．3．4 激光超声全息
11．3．5 瞬态全息
11．4 激光全息技术的应用
11．4．1 全息显示和全息电影
11．4．2 全息干涉计量
11．4．3 全息显微技术
11．4．4 全息光学元件
11．4．5 全息技术的其他应用
习题与思考题十一
第12章 激光与物质的相互作用
12．1 激光在物质中的传播
12．1．1 激光在物质中的传播和吸收
12．1．2 激光的散射
12．2 激光在晶体中的非线性光学现象
12．2．1 倍频光的产生
12．2．2 相位匹配
12．3 激光对物质的加热与蒸发
12．3．1 激光热蒸发
12．3．2 光化学效应激光蒸发
12．4 激光诱导化学过程
12．4．1 激光切断分子
12．4．2 激光引起的多光子吸收
12．4．3 液体、固体的光化学反应
习题与思考题十二
第13章 激光在其他领域的应用
13．1 激光在信息领域的应用
13．1．1 激光存储
13．1．2 激光计算机
13．1．3 激光扫描
13．1．4 激光打印机
13．2 激光在工业领域的应用
13．2．1 激光在精密计量中的应用
13．2．2 激光在材料加工中的应用
13．3 激光在生物医学领域的应用
13．3．1 激光与生物体的相互作用
13．3．2 激光在生物体检测及诊断中的应用
13．3．3 激光医疗
13．3．4 医用激光光源
13．4 激光在国防科技领域的应用
13．4．1 激光测距
13．4．2 激光雷达
13．4．3 激光制导
13．4．4 激光陀螺
13．4．5 激光武器
13．5 激光在科学技术前沿中的应用
13．5．1 激光光谱学
13．5．2 激光核聚变
13．5．3 超短脉冲激光技术
13．5．4 激光冷却与原子捕陷
13．5．5 利用激光操纵微粒
习题与思考题十三
附录A 典型气体激光器基本实验数据
附录B 典型固体激光工作物质参数
参考文献

前言/序言

　　第3版前言
　　本教材是“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材，是在2009年出版的普通高等教育“十一五”国家级规划教材《激光原理及应用》的基础上修订而成的。
　　本教材编写时参考了《普通高等学校电子科学与技术本科指导性专业规范（征求意见稿）》和《普通高等学校光电信息科学与工程本科指导性专业规范（征求意见稿）》中激光原理和光电子技术知识领域的要求。力求深入浅出地阐明激光的基本理论，侧重于激光在光通信和光电信息领域的技术与应用，同时注重对科学前沿内容的引入。教材内容力图保证相关理论知识的系统性和完整性，又兼顾可读性和实用性。
　　本课程的参考学时为64课时，教材主要内容包括：激光发展简史及激光特性；激光产生的基本原理；光学谐振腔；高斯光束；激光工作物质的增益特性；激光器的工作特性；激光特性的控制与改善；典型激光器；半导体激光器；光通信系统中的激光器和放大器；激光全息技术的基本原理和分类；激光与物质的相互作用；激光在其他领域的应用。其中第1章是激光基本知识的介绍。第2～6章是激光理论基础。第7章是激光技术。第8章介绍典型激光器的原理和特性；第9、10章重点介绍用于光通信的激光器和光通信系统。第11、12、13章主要介绍激光在光电信息、工业、生物医学、国防科技以及科学前沿问题中的应用。
　　为更好地阐释理论体系，本书在第一版的基础上对高斯光束的传输与变换、激光工作物质的增益特性，以及光与物质的相互作用等章节的部分内容进行了修订。根据近年来激光器和激光应用的最新发展，本书增加和修订了新型激光器，如声子激光器、光子晶体激光器和量子阱激光器等的原理和应用，扩充了激光在科学前沿问题中的应用。同时，为使内容更加简练并突出前沿新颖性，删除了激光应用领域某些常规应用中的技术性内容。本书配有电子课件，需要的读者可在华信教育资源网注册后免费下载。作者可提供部分习题答案，需要的读者可与作者联系。
　　本书第1～8章、第12、13章由赵新彦编写，第9～11章由陈鹤鸣编写。全书由陈鹤鸣负责修改和定稿。天津大学姚建铨院士提出了许多宝贵意见并为本书作序。南京邮电大学光电学院的研究生孙会、吕苏娜、戈晓恒、徐丹峰、邹江涛、邹雅琴、周弋、卫晓颖、刘佳、季珂、叶嘉琦、吴唯冉等同学在本书编写过程中为文献查找和资料收集提供了帮助。本书的编写过程得到了南京邮电大学光电工程学院的大力支持，还得到了南京邮电大学教务处的关心和帮助。在此一并谨向他们表示诚挚的感谢。鉴于当前光通信、光电信息以及激光技术和应用的飞速发展，要全面、系统地介绍激光应用的最新知识实属不易，由于编者学识与水平所限，书中难免有缺点和错误，恳请读者批评指正。
　　编者
　　2016年12月于金陵


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