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袁晓东，刘肯 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030472892

商品编码：29681452307

包装：平装

出版时间：2018-05-01

图书基本信息
图书名称	激光原理
作者	袁晓东,刘肯
定价	59.00元
出版社	科学出版社
ISBN	9787030472892
出版日期	2018-05-01
字数
页码
版次	1
装帧	平装
开本
商品重量	0.4Kg

内容简介

本书首先阐述激光与普通光的本质区别，使读者对于激光有一个总体认识；接下来讨论激光谐振腔、高斯光束和高斯光束的变换，读者可以了解激光谐振腔和激光光束的性质，掌握激光光束的变换规律和操控方法；通过激光器经典理论和半经典理论的学习，读者能够了解激光放大和振荡的基本规律；激光器模式控制和脉冲激光器部分则主要讲述如何对激光器进行操控来实现激光的高频率分辨或者高时间分辨；*后对于常见的典型激光器作了简单介绍，使读者对于不同类型激光器的特点有一个较全面的了解。

作者简介

目录

编辑推荐

文摘

序言

《光与物质的对话：探索激光的奥秘》 引言 在人类探索物质世界的漫长征途中，我们不断寻求着更精准、更强大的工具来揭示隐藏在原子、分子深处的秘密。激光，作为一种集高亮度、高方向性、高单色性和高相干性于一身的革命性光源，无疑是这一征程中的璀璨明珠。它不仅深刻地改变了基础科学研究的面貌，更以前所未有的方式渗透进现代社会的各个角落，从精密制造到信息传输，从医疗诊断到太空探索，无不闪耀着激光智慧的光芒。 本书并非一本纯粹的教科书，也不是艰深的学术专著，而是一次充满好奇与探索的旅程，旨在带领广大读者，无论您是怀揣科学梦想的学生，还是对前沿技术充满兴趣的爱好者，亦或是希望深入理解激光应用原理的行业人士，都能在这场与光对话的旅程中，领略激光的独特魅力，理解其深邃的科学内涵，并展望其无限的未来可能。我们将以一种更为生动、形象的方式，拨开笼罩在激光技术神秘面纱之下的层层迷雾，让您在轻松的阅读中，逐步构建起对激光世界的全面认知。 第一章：光的粒子性与波动性——量子世界的双重奏 在我们深入激光的奇妙世界之前，有必要先回顾一下我们对“光”这一基本概念的理解。自古以来，人类就对光充满了好奇。古希腊哲学家们提出了光线沿直线传播的朴素观点，而牛顿则进一步发展了光的微粒说，认为光是由极其微小的粒子组成的。然而，19世纪初，托马斯·杨的双缝干涉实验，如同一记重锤，有力地证明了光的波动性。光的衍射、干涉等现象，都只能用波动理论来解释。 进入20世纪，物理学迎来了量子革命。普朗克提出的量子假设，揭示了能量的量子化，爱因斯坦则在此基础上，进一步提出了光电效应的量子解释，引入了“光子”的概念。光子，这个携带能量的粒子，似乎又回到了光的微粒说的轨道。于是，光呈现出了一种令人着迷的“双重性”：在某些实验中表现出波动性，而在另一些实验中则表现出粒子性。这种波粒二象性，是量子力学最基本、最核心的原理之一，也是理解激光产生机制的关键。 想象一下，光既可以像水波一样，在空间中荡漾，相互叠加或抵消，产生干涉条纹；又可以像一个个微小的“能量包”，撞击物质，激发出电子，解释光电效应。这种看似矛盾的特性，恰恰是微观世界运行的真实写照。本书将用通俗易懂的语言，结合生动的比喻，来阐述这一深奥的物理原理，帮助读者建立起对光量子特性的直观理解。我们将探讨，正是这种微观粒子的能量跃迁和辐射，为激光的诞生埋下了伏笔。 第二章：原子能级的秘密——能量的跃迁与辐射 要理解激光，就必须深入了解原子内部的结构以及电子在其能级之间的跃迁。原子中的电子并非随意分布，而是占据着特定的能量状态，我们称之为“能级”。从低能级向高能级跃迁需要吸收能量，而从高能级向低能级跃迁则会释放能量，这种能量的释放通常以光子的形式发出。 正常情况下，原子中的电子倾向于处于最低的能量状态，也就是基态。当原子受到外界能量的激发，例如吸收光子或与其他粒子碰撞时，电子便有可能跃迁到较高的能量状态，即激发态。然而，激发态通常是不稳定的，电子会自发地倾向于回到较低的能级。当电子从一个较高的能级跃迁到一个较低的能级时，就会释放出一个具有特定能量的光子，这个光子的能量等于两个能级之间的能量差。 这里有一个至关重要的概念：受激辐射。爱因斯坦在1917年就预言了受激辐射的存在。与自发辐射不同，受激辐射是指：当一个处于激发态的原子，遇到一个具有特定能量（等于其能级差）的光子时，这个光子会“激发”该原子，促使其瞬间跃迁到较低能级，并释放出一个与入射光子完全相同（能量、方向、偏振、相位都一致）的光子。这就好比一个已经准备好的“信使”，遇到另一个“信使”，被告知“该出发了”，于是它就带着原信使的“信息”再次出发，而且还“复制”了一个一模一样的“信使”。 受激辐射是激光产生的核心机制。大量的受激辐射，将是产生激光的核心。只有充分理解了原子能级之间的能量跃迁，以及自发辐射和受激辐射的区别与联系，我们才能真正领悟激光“光”之名的由来。本书将通过图示和类比，详细解析原子结构与能级模型，重点突出受激辐射在激光产生过程中的关键作用。 第三章：增益介质与粒子数反转——孕育激光的温床 并非所有的物质都能产生激光。产生激光的关键在于“增益介质”和“粒子数反转”这两个条件。增益介质是指能够通过受激辐射放大光强的物质，它可以是气体（如氦氖激光器中的氦和氖）、固体（如红宝石激光器中的铬离子）、液体（如染料激光器中的有机染料）或半导体（如半导体激光器中的半导体材料）。 增益介质之所以能够放大光强，是因为它能够支持“粒子数反转”的现象。在通常状态下，物质中的原子处于基态的粒子数远多于处于激发态的粒子数。然而，要实现光的放大，我们需要创造一种“反常”的能量分布：处于激发态的粒子数要多于处于基态的粒子数。这就是所谓的“粒子数反转”。 如何实现粒子数反转？这需要借助“泵浦”机制。泵浦是指向增益介质输入能量的过程，目的是将基态的电子“泵”到较高的激发态。泵浦可以采用多种方式，例如利用另一束光（光泵浦）、电场（电泵浦）、化学反应（化学泵浦）或高能粒子束（粒子束泵浦）等。通过有效的泵浦，我们可以迫使大量的原子进入激发态，从而实现粒子数反转。 想象一下，增益介质就像一个蓄满了能量的“弹药库”，而泵浦就像点燃引线的火花。当大量的原子处于激发态时，一旦有一个光子经过，它就会引发一连串的受激辐射，就像一颗子弹触发了地雷，释放出巨大的能量。这就是增益介质通过受激辐射不断地放大光强的过程。本书将深入剖析不同类型增益介质的特性，并详细介绍实现粒子数反转的各种泵浦技术，让读者明白，正是对能量分布的巧妙调控，才为激光的诞生创造了可能。 第四章：光学谐振腔——让光“跳舞”并放大的空间 有了增益介质和粒子数反转，我们还需要一个巧妙的装置来“圈养”光，并使其不断地在增益介质中来回穿梭，实现能量的累积和放大。这个装置就是“光学谐振腔”，它通常由两个相互平行的反射镜组成，放置在增益介质的两端。 其中一个反射镜是全反射镜，几乎能将所有入射光反射回来；另一个反射镜则是部分反射镜（输出耦合镜），它能反射大部分光，同时允许一小部分光透射出去，形成激光束。 当粒子数反转的增益介质中产生的初生光子，在两个反射镜之间来回反射时，它会不断地穿过增益介质。每一次穿过，如果光子的频率和方向恰好与增益介质的受激辐射特性相匹配，那么它就会引发更多的受激辐射，产生更多的相干光子。这个过程就像一场精心编排的“光之舞”，光子在谐振腔内不断地“跳跃”和“碰撞”，每一次的反射和穿过，都伴随着光强的指数级增长。 只有那些在谐振腔内来回振荡且与谐振腔模式匹配的光，才能被有效地放大。这种选择性放大，使得最终从部分反射镜透射出来的光，具有极高的方向性、单色性和相干性，这正是激光区别于普通光源的关键所在。 本书将用形象的比喻，例如“回音壁”或“音乐厅”，来阐述光学谐振腔的工作原理。我们将分析不同腔体结构对激光输出特性的影响，并解释为什么谐振腔能够实现光的“选频”和“定向”，从而孕育出激光的独特光芒。 第五章：激光的特性——为何它如此特别？ 经过以上几个章节的铺垫，我们终于可以系统地来认识激光的四大基本特性了，这也是它区别于普通光源，并能在众多领域大放异彩的根本原因： 高亮度（High Brightness）： 激光具有极高的光强度和能量密度。这意味着它能够在一个非常小的区域内聚焦极高的能量，从而产生强大的穿透力和切割能力，也使其在科研和工业应用中具有独特的优势。我们用“聚光成束”来形容普通光源，而激光则像是“光之利剑”，能量高度集中。 高方向性（High Directionality）： 激光束非常窄，几乎平行，传播过程中几乎没有发散。这意味着激光可以传播很远的距离，而能量损失很小。这使得激光在测距、导航、通信等领域有着不可替代的作用。想象一下，普通手电筒的光会迅速散开，而激光笔的光则可以笔直地指向远方。 高单色性（High Monochromaticity）： 激光的光频率（或波长）非常单一，几乎是纯粹的单一颜色。这意味着激光的光谱非常窄，干扰很小。这使得激光在光谱分析、信息存储和显示技术中发挥着关键作用。普通的白炽灯发出的光是多种颜色的混合，而激光则如同“纯净之音”，只发出一两个特定的“音符”。 高相干性（High Coherence）： 激光的光波在时间和空间上都具有高度的规整性，所有光波的相位关系都非常稳定。这意味着激光的波峰和波谷能够精确地对齐。这种高度的相干性是实现全息摄影、精密测量以及光通信等先进技术的基础。普通光源的光波杂乱无章，而激光的光波则如同训练有素的军队，步调一致。 本书将通过对比，详细阐述这四大特性，并用生动的例子说明这些特性如何在实际应用中得到体现。我们将深入分析这些特性背后的物理机制，帮助读者深刻理解激光的“强大”与“精密”是如何炼成的。 第六章：激光的应用——改变世界的“光” 激光的问世，并非只是理论上的突破，它迅速而深刻地改变了我们的生活和工作方式。本书将带领读者遨游于激光应用的广阔天地，领略其无处不在的影响力。 工业领域： 精密加工： 激光切割、焊接、钻孔，以其高精度、高效率和非接触性，广泛应用于汽车制造、航空航天、电子元器件生产等领域，能够加工传统工艺难以企及的材料和形状。 表面处理： 激光熔覆、淬火、退火等技术，能够显著提高材料的表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性。 测量与检测： 激光测距仪、三维扫描仪、激光雷达等，为工程测量、城市规划、自动驾驶提供了强大的技术支持。 医疗领域： 外科手术： 激光手术刀，以其高精度和低创伤性，广泛应用于眼科（如近视矫正）、皮肤科、肿瘤治疗等领域，能够精确地切除病灶，减少出血和感染。 诊断与治疗： 光动力疗法利用激光激活药物，靶向杀灭癌细胞；激光成像技术，如眼底相机，为疾病诊断提供依据。 美容整形： 激光嫩肤、脱毛、祛斑等，已成为现代美容领域不可或缺的一部分。 信息与通信领域： 光纤通信： 激光是光纤通信系统的核心光源，其高亮度、高方向性和高单色性，使得信息能够以极高的速度和带宽传输，支撑起我们今天的信息化社会。 数据存储： CD、DVD、蓝光光盘的读取和写入，都依赖于激光技术。 条形码扫描： 超市、仓库等场所随处可见的条形码扫描器，就是激光的常见应用。 科学研究： 基础物理： 激光冷却原子、激光囚禁粒子，为研究量子现象和基本粒子提供了前所未有的条件。 化学分析： 激光诱导击穿光谱（LIBS）等技术，能够快速、准确地分析物质成分。 天文学： 激光测距月球，用于精确测量地月距离。 本书将挑选极具代表性的应用案例，以图文并茂的方式进行深入浅出的介绍，让读者直观地感受到激光技术是如何渗透到我们生活的方方面面，并不断推动社会进步的。 第七章：激光的未来——永不止步的探索 正如任何一项革命性的技术一样，激光的发展从未停止。随着科学技术的不断进步，激光正朝着更小巧、更高效、更强大、更智能的方向发展。 超短脉冲激光： 飞秒、阿秒激光的出现，使得我们能够“捕捉”原子和分子的瞬息万变，深入研究超快动力学过程。 高功率激光： 持续增长的激光功率，正在推动着核聚变能源的研究，为人类寻找可持续能源提供希望。 量子激光： 结合量子信息科学，未来的激光可能会具备更强大的信息处理能力。 新型激光器： 各种新原理、新材料的激光器不断涌现，例如太赫兹激光、X射线激光等，将拓展激光的应用边界。 智能化与集成化： 激光系统将更加智能化，能够自主完成复杂的任务；同时，激光技术也将更加集成化，实现微型化和芯片化，为物联网、可穿戴设备等发展提供支持。 本书的最后一章，将带领读者一同展望激光的未来发展趋势，探讨其可能带来的颠覆性变革。我们将聚焦于当前最前沿的研究方向，并尝试勾勒出激光在未来几十年甚至更长时间内的发展蓝图。 结语 《光与物质的对话：探索激光的奥秘》并非终点，而是一次启程。希望本书能够激发您对激光科学的浓厚兴趣，点燃您对探索未知的好奇之心。激光，这个人类智慧的结晶，正以其无穷的潜力和不断创新的活力，继续书写着科学与技术的壮丽篇章。我们相信，在不久的将来，激光必将在更多我们意想不到的领域，带来更加深刻的变革，让我们的世界因“光”而更加精彩。 感谢您的阅读，愿您在这场与光的对话中，收获知识，激发灵感，并对这个充满奇迹的宇宙，有更深的理解和热爱。

评分☆☆☆☆☆

我之前以为“激光原理”这个主题已经被写得烂熟，市面上的教材大多大同小异，无非是增加一些新近的激光器类型作为点缀。然而，这本《正版现货 激光原理 科学出版社》彻底颠覆了我的看法。它在处理光与原子相互作用这个基础议题时，所展现出的哲学高度是罕见的。它不满足于停留在宏观的增益曲线，而是深入探讨了量子涨落对激光阈值的影响，甚至触及到了量子光学的一些前沿边缘。书中的语言风格严谨中带着一种学术的浪漫，它让你在理解物理定律的必然性的同时，也能感受到人类智慧在驾驭光这一基本要素时的创造力。读完某一章节后，我常常会停下来，思考激光技术对现代信息社会和精密制造的根本性意义。这种引人深思的写作方式，让学习过程充满了敬畏感和探索的乐趣，它不仅仅是一本工具书，更像是一部关于光的史诗，深刻地揭示了现代物理学的魅力所在。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和插图质量，真的让我眼前一亮。很多理工科的教材，图总是做得模糊不清，或者公式挤在一起让人眼花缭乱。但这本《激光原理》的版式设计非常清晰，采用了大量的流程图和结构示意图来辅助复杂的物理概念。比如，讲解激光振荡的建立过程时，一幅清晰的能量图谱配上光子流动的示意图，比单纯的文字描述效率高出百倍。我尤其喜欢它在章节末尾设置的“思考题与扩展阅读”部分。这些思考题往往不是简单的数值计算，而是引导性的概念辨析或小型设计挑战，极大地激发了读者的主动探索欲。我感觉自己不是在被动接受知识，而是在跟随一位经验丰富的导师进行深入的学术对话。通过这些拓展材料，我得以将书本知识与我正在关注的某项具体技术指标联系起来，形成了一个良性的学习闭环。这种注重学习体验的设计，确实体现了科学出版社在教育出版上的专业水准。

评分☆☆☆☆☆

我之前买过几本关于光学和电磁波的教材，但真正系统性讲解“光与物质相互作用”的专业书籍却不多见。这本《激光原理》的厉害之处在于，它不仅仅停留在“激光能做什么”的层面，而是花了大量的篇幅去探讨“激光是如何产生的，以及如何精确控制”的工程实现细节。举例来说，它对激光腔模式的分析细致入微，无论是稳定腔还是非稳定腔的几何布局对光束质量的影响，书中都有详细的计算和图示。我特别欣赏它对激光安全和非线性光学效应的介绍，这部分内容常常被其他教材忽略。比如，当光强达到一定阈值后，材料会发生倍频或参量下转换，书中不仅描述了现象，还给出了相应的微扰理论计算方法，这对于从事高功率激光系统设计的人来说，是至关重要的参考资料。阅读过程中，我感觉作者的知识体系非常全面，横跨了理论物理、光学工程和材料科学，使得整本书的知识结构非常稳固，读起来让人信心十足，知道自己正在啃一块硬骨头，但每啃下一块都能获得实实在在的提升。

评分☆☆☆☆☆

作为一名侧重于激光应用和系统集成的工程师，我更看重的是教材的实用性和前沿性。这本书在应用案例的选取上做得相当出色。它没有沉溺于过时的或过于基础的氦氖激光器讲解，而是将笔墨重点放在了现代工业和科研中应用最广泛的固态激光器和染料激光器上。比如，在介绍泵浦源的选择和热效应管理时，书中结合了实际的工业冷却方案进行讨论，这对于避免设备在实际运行中因过热而性能衰减非常有指导意义。此外，对于激光束的质量表征，比如M²因子、光束发散角等参数的测量方法，书中的描述非常贴近实际测量流程，甚至连误差分析都考虑进去了。唯一让我觉得稍微遗憾的是，在超快激光，特别是飞秒激光器的锁模技术方面，内容似乎略显单薄，虽然提到了SESAM（可饱和吸收镜），但讲解的深度距离目前最前沿的拓扑绝缘体或石墨烯等新型锁模器件的细节还有一段距离，不过考虑到全书的广度和深度平衡，这或许是必要的取舍。

评分☆☆☆☆☆

这本《正版现货 激光原理 科学出版社》的书，拿到手的时候就感觉分量十足，内页纸张的质感也相当不错，看得出出版社在装帧上是下足了功夫的。我主要关注的是它在理论深度上的展现。书中对激光产生的基本物理过程，比如受激辐射、粒子数反转的形成机制，讲解得可谓是深入骨髓。它不像有些入门读物那样只是泛泛而谈，而是真正地把爱因斯坦的系数、光腔的谐振条件这些核心概念掰开了揉碎了讲。特别是涉及到半导体激光器和光纤激光器的部分，作者似乎特别花了心思去构建清晰的逻辑链条，从能带结构到电流注入效率，再到输出功率的限制因素，层层递进，让人仿佛置身于一个精密仪器的设计现场。对于我这种希望从底层原理上彻底搞懂激光器工作机制的研究人员来说，这种详实且严谨的叙述方式简直是福音。不过，对于初学者而言，可能需要反复研读，毕竟它要求的数学基础和量子力学背景是比较高的，但如果能坚持下来，收获绝对是巨大的，那种豁然开朗的感觉是其他通俗读物无法比拟的。