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第1章 激光产生的基本原理1

1.1 原子、分子和能级1

1.1.1 原子的能级1

1.1.2 分子的能级2

1.2 光的吸收和释放4

1.3 反转分布和光放大8

1.3.1 反转分布8

1.3.2 光放大10

1.4 光学谐振腔12

1.4.1 光学谐振腔的种类13

1.4.2 光学谐振腔的稳定性14

1.4.3 横模和纵模15

1.4.4 谐振腔的损耗和Q值17

1.5 激光发生器18

练习题20

第2章 典型激光器21

2.1 激光器的基本结构21

2.2.1 放电激励形成反转分布24

2.2 气体激光器24

2.2.2 氦-氖激光器25

2.2.3 二氧化碳激光器26

2.2.4 准分子激光器28

2.2.5 氢离子激光器29

2.3 液体激光器30

2.3.1 染料激光器的激发机理31

2.3.2 染料激光器的主要类型33

2.4.1 固体激光器概述34

2.4 固体激光器34

2.4.2 一般固体激光器36

2.4.3 新型固体激光器37

2.4.4 高功率固体激光器40

2.5 自由电子激光器41

2.5.1 自由电子激光器概述41

2.5.2 自发辐射光的形成机理43

2.5.3 受激辐射光的形成机理44

2.5.4 FEL的主要类型47

2.5.5 螺旋摆动器和平面摆动器的电子运动关系48

2.5.6 FEL的研究现状50

2.6 半导体激光器50

2.6.1 LD的基本结构50

2.6.2 LD的基本特性51

2.6.3 LD激光的产生机理52

2.6.4 高性能LD的主要类型54

2.7 X射线激光器55

2.7.1 X射线激光器概述55

2.7.2 等离子体X射线激光的产生机理56

2.7.3 X射线激光器的研究进展59

练习题61

第3章 激光的性质63

3.1 电磁波的种类及其属性63

3.1.1 长波长的电磁波——电波63

3.1.2 短波长的电磁波——光64

3.1.3 更短波长的电磁波——放射线65

3.2 谱线及相干性65

3.2.1 单色光和谱线65

3.2.2 自然光和激光的区别——相干性67

3.2.3 相干性及谱线的测定——干涉仪法68

3.2.4 时间相干性和空间相干性69

3.2.5 自然光可否转变为激光70

3.3 激光的偏振性70

3.3.1 光遵从的法则——麦克斯韦方程70

3.3.2 光是横波71

3.3.3 偏振光71

3.4.1 激光的折射73

3.4 激光的折射和反射73

3.4.2 激光的反射74

3.4.3 相速度和群速度75

3.5 激光的衍射76

3.5.1 夫琅和费衍射77

3.5.2 艾里衍射78

3.5.3 激光的聚焦79

3.6 激光束的特点79

3.6.1 超稳定的光79

3.6.2 超短脉冲的光79

3.6.3 超高强度的光80

练习题81

第4章 激光与物质的相互作用83

4.1 激光在物质中的传播83

4.1.1 激光在物质中的传播和吸收83

4.1.2 激光的散射85

4.2 激光探测技术87

4.2.1 激光的捕捉87

4.2.2 热电探测器88

4.2.3 光电探测器89

4.2.4 整流式探测器92

4.2.6 超短光脉冲的测量93

4.3 激光在光学晶体中的传播现象94

4.3.1 改变激光颜色94

4.3.2 偏振光、旋光、双折射94

4.2.5 激光的图像测量95

4.3.3 非线性光学现象95

4.3.4 波长变换的原理95

4.3.6 相位匹配97

4.3.5 倍频光的产生97

4.4 高强度激光的物质加热和蒸发99

4.4.1 连续式激光器和脉冲式激光器99

4.4.2 激光加热的机理100

4.4.3 激光热蒸发101

4.4.4 光化学效应激光蒸发102

4.4.5 应用领域103

4.5 激光诱导化学过程104

4.5.1 什么是激光诱导化学过程104

4.5.2 激光波长和解离能的关系105

4.5.3 激光切断分子106

4.5.4 激光引起的多光子吸收108

4.5.5 液体、固体的光化学反应108

练习题109

第5章 激光的技术应用111

5.1 激光通信及信息处理111

5.1.1 光纤通信111

5.1.2 激光信息处理113

5.1.3 激光印刷115

5.2 激光在材料加工中的应用116

5.3 激光在化学上的应用120

5.3.1 光化学反应120

5.3.2 激光分离同位素122

5.4 激光在计量学中的应用125

5.4.1 激光计量的特点125

5.4.2 激光干涉计量126

5.4.3 激光环境计量(激光雷达)127

5.4.4 激光陀螺仪129

5.5 激光在土木、建筑中的应用130

5.5.1 激光表面处理及剥离131

5.5.2 激光切断及解体132

5.5.3 激光挖掘133

5.6 激光在医学中的应用134

5.6.1 激光是如何被水吸收的136

5.6.2 激光医疗器械(激光手术刀)138

5.6.3 激光诊断及治疗139

练习题141

6.1.1 激光和核聚变143

第6章 21世纪的激光技术143

6.1 探求无穷的绿色能源——激光核聚变143

6.1.2 激光压缩点燃核聚变的原理145

6.1.3 激光核聚变研究的现状和今后的课题147

6.1.4 今后的展望150

6.2 探求宇宙的起源150

6.2.1 开辟天文学新领域的重力波150

6.2.2 重力波天线激光干涉仪151

6.2.3 激光干涉仪的结构和特点153

6.2.4 提高激光干涉仪的灵敏度154

6.2.5 探索宇宙的奥秘155

6.3 激光带来的产业革命156

6.3.1 21世纪——光的时代156

6.3.2 激光带来的产业革命158

6.3.3 激光和未来世界159

练习题160

练习题简答161

参考文献167