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目录2

第1篇 气体激光器2

第1章　气体放电基本原理2

1.1.1　气体放电基本过程2

一、气体放电粒子种类及其碰撞基本规律2

二、激发与电离7

三、复合、吸附与转荷12

四、带电粒子在电离气体中的运动15

1.1.2　气体击穿与各种放电形式19

一、气体击穿及伏安特性20

二、辉光放电22

第2章　氦氖激光器32

1.2.1　氦氖激光器的工作原理32

一、氦氖激光器工作物质能级的特点32

二、氦氖激光器的激发机理34

1.2.2　氦氖激光器的工作特性与输出特性36

一、电子温度36

二、增益37

三、输出功率39

四、输出谱线42

1.2.3　氦氖激光器的结构与设计44

一、氦氖激光器的结构44

二、氦氖激光器的设计45

第3章　氩离子激光器48

1.3.1　氩离子激光器的工作原理48

一、氩离子的能级结构48

二、氩离子激光器的激发机理49

一、等离子体的参数50

三、氩离子激光器的工作特性与结构特点50

1.3.2　氩离子激光器的工作特性50

二、抽运效应51

三、阈值电流强度52

1.3.3　氩离子激光器的输出特性53

一、输出功率53

二、输出谱线56

1.3.4　氩离子激光器的结构与设计56

一、氩离子激光器的结构56

二、氩离子激光器的设计计算58

第4章　二氧化碳激光器61

1.4.1　二氧化碳激光器的工作原理61

一、二氧化碳分子振转能级结构61

二、二氧化碳激光器的激发机理63

三、二氧化碳激光器弛豫过程67

四、辅助气体69

1.4.2　普通二氧化碳激光器的工作特性和输出特性71

一、电子温度71

二、增益73

三、输出功率75

四、输出谱线78

1.4.3　普通二氧化碳激光器的结构与设计80

一、结构80

二、小型二氧化碳激光器的设计81

1.4.4　高功率二氧化碳激光器83

一、高功率二氧化碳激光器的特点83

二、轴快流高功率二氧化碳激光器85

三、横流高功率二氧化碳激光器90

一、TEA二氧化碳激光器的特点95

四、慢速流动扩散冷却板条二氧化碳激光器95

1.4.5　横向激励高气压二氧化碳激光器95

二、常用的TEA二氧化碳激光器的结构96

三、TEA二氧化碳激光器的工作特性99

1.4.6　高功率二氧化碳激光器设计举例102

一、实验结果及分析102

二、理论计算102

三、实验结果和理论计算的关系104

五、激光能级激励功率106

四、放电参数的确定106

六、电子束维持TEA二氧化碳激光器108

第5章　高功率二氧化碳激光器的结构设计110

1.5.1　光学谐振腔的结构设计110

一、高功率二氧化碳激光器的谐振腔110

二、谐振腔的机械结构设计110

1.5.2　放电系统的结构设计114

一、横流电激励二氧化碳激光器的放电结构114

二、轴快流二氧化碳激光器的放电结构119

一、横流激光器气体循环系统的结构设计120

1.5.3　高功率气体激光器循环系统的结构设计120

二、轴向快流激光器气体循环系统的结构设计122

1.5.4　热交换系统的计算与设计128

一、常用的热交换器种类128

二、板翅式热交换器的设计与计算129

第6章　气体激光器的电源系统133

1.6.1　连续辉光放电气体激光器对电源系统的要求133

二、无限流电阻的气体激光电源134

一、用电阻镇流的氦－氖激光器电源134

1.6.2　氦－氖激光器和直管式二氧化碳激光器的电源系统134

1.6.3　横向激励连续二氧化碳激光器电源系统136

1.6.4　针－板式横向放电激励连续二氧化碳激光器的放电稳定性138

1.6.5　纵向激励二氧化碳激光器的电源系统141

一、封闭型脉冲二氧化碳激光器的电源系统141

二、连续放电激励的二氧化碳激光器电源系统142

1.6.6　氩离子激光器的电源系统145

1.6.7　脉冲气体激光器的电源系统145

一、脉冲气体激光器的特点和对电源的要求145

二、获得高压纳秒脉冲的几种方法146

主要参考文献149

第2篇 固体激光器150

第1章　固体激光器工作的基本原理与特性150

2.1.1　固体激光器的基本特性150

一、固体激光器的基本结构150

二、固体激光器的能量转换151

三、固体激光器的工作特性153

四、最佳透过率158

五、固体激光器的其他特性160

2.1.2　固体工作物质161

一、激活离子和基质162

二、掺杂浓度163

三、工作物质的劣化与破坏164

四、工作物质质量及其加工的基本要求165

五、红宝石165

六、掺钕的钇铝石榴石（Nd3+：YAG）晶体167

七、钕玻璃170

八、红宝石、Nd3+：YAG和钕玻璃的比较172

十、固体工作物质的性能参数与测量173

九、其他固体激光材料173

2.1.3　工作物质的热效应179

一、连续激光器的热效应179

二、单次脉冲泵浦下激光棒的热效应187

三、重复脉冲激光器的热效应189

四、热效应的减小及补偿措施190

第2章　固体激光器的设计191

2.2.1 聚光腔191

一、聚光腔的基本类型191

二、能量转换特性193

三、机械设计199

2.2.2　光学谐振腔参数的选择与设计202

一、谐振腔的结构202

二、激光谐振腔的稳定性205

三、有源谐振腔206

四、固体激光器谐振腔的灵敏度208

五、光学谐振腔的机械设计211

2.2.3　泵浦源213

一、惰性气体闪光灯215

二、惰性气体连续弧光灯221

一、液体冷却226

2.2.4　固体激光器的冷却装置226

二、空气或气体冷却228

三、传导冷却230

第3章　典型固体激光器231

2.3.1　中小功率固体激光器231

一、连续固体激光器231

二、脉冲固体激光器232

2.3.2　高功率固体激光器233

一、灯泵浦板条状固体激光器的工作原理235

2.3.3　板条状固体激光器235

二、理论分析236

三、板条状固体激光器装置237

四、现状与发展方向238

2.3.4　新型固体激光器简介240

一、紫翠宝石激光器240

二、掺钛蓝宝石激光器241

三、Er：YAG激光器243

四、Ho：YAG激光器245

一、光纤耦合247

2.4.1　二极管激光器的光耦合技术247

第4章　二极管泵浦固体激光器247

二、阶梯镜耦合248

三、平行反射镜耦合248

四、不同种类镜片耦合248

2.4.2　二极管泵浦固体激光器泵浦方式249

一、端面泵浦249

二、侧面泵浦249

三、圆片状激光器253

一、惰性气体放电灯的电气特性255

第5章　固体激光器的电源系统255

2.5.1　固体激光器的光源255

二、灯的工作特性257

2.5.2　脉冲固体激光器的电源系统259

一、贮能网络259

二、充电电路267

三、气体放电灯的触发、预燃及放电开关272

一、连续固体激光器对电源的要求275

二、连续固体激光器电源系统的电路结构及各部分的作用275

2.5.3　连续固体激光器的电源系统275

三、几种常用的主电路276

主要参考文献278

第3篇 半导体激光器279

第1章　半导体激光器概况279

3.1.1　半导体激光器发展279

一、半导体激光器出现的理论基础279

三、实现半导体激光器在室温下连续工作（1962年—1970年）280

四、半导体激光器的飞速发展280

二、1962年出现半导体激光器280

五、能带工程使半导体激光器产生新的飞跃282

3.1.2　半导体激光器的广泛应用282

一、（1300～1550）nm激光器应用状况282

二、（790～1020）nm激光器应用状况283

三、（600～780）nm激光器应用状况284

第2章　半导体激光器的物理基础285

3.2.1　半导体中能带的基本概念及电子在能带之间的跃迁285

一、能带的基本概念285

二、电子在能带之间的跃迁286

三、辐射复合与非辐射复合289

3.2.2　半导体激光器的基本工作原理292

一、半导体激光器的粒子数反转条件293

二、半导体激光器有源介质的增益系数295

三、阈值增益296

3.2.3　光子反馈谐振297

一、光子反馈的意义和方式297

二、激光振荡条件298

三、温度的影响301

二、材料的影响301

一、器件结构的影响301

3.3.1　半导体激光器的阈值特性301

第3章　半导体激光器的特性301

四、阈值电流的测定302

3.3.2　半导体激光器的效率303

一、功率效率304

二、外微分量子效率或斜率效率305

3.3.3　半导体激光器的空间模式305

一、半导体激光器的光束发散角306

二、半导体激光器的像散308

3.3.4　半导体激光器的纵模310

一、纵模模谱311

二、影响纵模谱的因素312

三、激光器的单纵模工作条件314

四、纵模与横模之间的关系315

五、动态单纵模316

3.3.5　半导体激光器的线宽316

3.3.6　半导体激光器的动态特性318

一、张弛振荡与类谐振现象318

二、寄生电容和电感320

3.3.7　半导体激光器的热特性321

三、啁啾限制321

一、半导体激光器的热耗散功率322

二、半导体激光器的致冷322

3.3.8　半导体激光器的可靠性324

一、半导体激光器的退化和失效324

二、可靠性试验325

第4章　典型半导体激光器328

3.4.1　分布反馈半导体激光器328

一、DFB激光器结构329

二、DFB激光器的输出特性330

3.4.2　异质结半导体激光器335

一、双异质结激光器（DH）335

二、条形激光器335

3.4.3　量子阱半导体激光器337

一、能带工程338

二、量子阱和量子阱激光器339

三、应变量子阱342

3.4.4　表面发射激光器343

一、VCSEL344

二、VCSEL的应用前景347

3.4.5　激光二极管阵列348

一、基本结构349

二、二极管线阵和阵列条349

三、二维面阵350

四、光谱特性和工作寿命351

第5章　半导体激光器电源系统354

3.5.1　正向浪涌354

一、产生浪涌的原因354

二、静电对半导体激光器的影响355

一、稳定电源的组成和工作原理356

3.5.2　半导体激光器的驱动电源356

二、半导体激光器电源中的保护电路358

主要参考文献359

第4篇 其他激光器360

第1章　染料激光器360

4.1.1　染料激光产生的原理360

一、染料分子的能级结构360

二、染料的吸收和发光过程361

一、脉冲染料激光器及泵浦方式362

4.1.2　染料激光器的种类及泵浦方式362

二、连续波染料激光器及泵浦方式366

4.1.3　染料激光器的波长调谐368

一、光栅调谐368

二、棱镜调谐369

三、法布里－珀罗（F-P）标准具调谐369

四、双折射滤光片调谐370

4.1.4　设计染料激光器应考虑的几个问题372

一、染料的选择372

二、溶剂的选择373

三、染料盒的结构374

四、泵浦源的选择375

第2章　准分子激光器376

4.2.1　准分子激光器的工作原理377

一、准分子的能态结构及跃迁过程377

二、准分子激光器运转的泵浦要求378

三、电子束泵浦准分子激光器379

四、脉冲放电泵浦准分子激光器382

4.2.2　准分子激光器的动力学过程384

一、电子束泵浦的稀有气体激光器的动力学过程385

二、电子束泵浦稀有气体卤化物激光器的动力学过程385

三、放电泵浦稀有气体卤化物激光器的动力学过程386

4.2.3　准分子激光器的结构与设计386

一、电子束泵浦的准分子激光器的结构与设计要点386

二、脉冲放电泵浦准分子激光器的结构与设计388

第3章　化学激光器391

4.3.1　化学激光器的基本原理392

一、化学激光产生的机理392

二、弛豫（去激活）过程的影响393

三、化学反应动力学394

4.3.2　化学激光器的引发技术395

一、闪光光解引发技术395

二、电（放电、电子束）引发技术395

三、热引发396

四、化学引发397

4.3.3　几种主要的化学激光器397

一、连续波HF（DF）化学激光器397

二、能量转移型化学激光器400

三、电子态跃迁的氧碘化学激光器401

第4章 自由电子激光器406

4.4.1 自由电子激光产生的原理407

一、自由电子产生光辐射的机理407

二、自由电子激光形成的原理409

4.4.2　自由电子激光器的主要组成部分及其类型411

一、自由电子激光器的主要组成部分411

二、自由电子激光器的主要类型417

三、实例421

主要参考文献423