激光器和激光束

**篇激 光 概 况

第1章激光器概况

1.1激光的发明过程

1.1.1激光发明的理论与技术基础

1.1.2激光原理与激光器结构的产生

1.1.3激光发明史的启发

1.2激光器种类

1.2.1固体激光器

1.2.2气体激光器

1.2.3半导体激光器

1.2.4染料激光器

1.2.5化学激光器

1.3激光束的五个特性

1.4以激光为基础的其他学科

1.4.1光纤光学和导波光学

1.4.2非线性光学

第2章激光应用概述

2.1激光通信

2.2激光存储： 光盘

2.3激光脉冲测距

2.4激光生物医学工程

2.5激光原子冷冻

2.6激光产生光学频率梳

2.7光钟

2.8激光制导技术

2.8.1引言

2.8.2激光雷达

2.8.3激光目标指示器

2.9激光干涉仪

2.9.1增量式和绝对式激光干涉仪

2.9.2单频和双频激光干涉仪

2.10激光加工

2.11光镊

2.12激光手术刀

2.13激光陀螺与光纤陀螺

2.14激光显示

2.15激光全息

第二篇典型激光器

第3章激光形成的物理基础： 粒子的光吸收和光辐射

3.1光的波粒二象性

3.1.1光波模式

3.1.2光(量)子态

3.2光子与粒子之间的相互作用

3.2.1粒子的结构和能级

3.2.2自发辐射的特点

3.2.3自发辐射系数与自发辐射跃迁平均寿命

3.2.4受激跃迁的特点

3.2.5受激跃迁几率和受激跃迁系数

3.2.6爱因斯坦三系数间的关系

3.2.7跃迁几率按频率的分布

3.2.8自发辐射和受激辐射的强度关系

3.2.9玻尔兹曼分布

第4章典型激光器

4.1红宝石及其他固体激光器

4.1.1红宝石激光器结构

4.1.2工作过程

4.1.3氙灯泵浦的其他固体激光器

4.1.4红宝石激光器输出光的特性

4.1.5其他固体激光器

4.1.6形成激光振荡的基本要素

4.2氦氖激光器

4.2.1HeNe激光器的结构

4.2.2HeNe激光器放电通路、工作电压和电流

4.2.3HeNe激光器0.6328μm波长激光激发机理

4.2.4激光产生的过程

4.2.5影响激光功率的因素

4.2.6HeNe激光器输出特性

4.3半导体激光器

4.3.1早期半导体激光器的基本结构

4.3.2GaAs半导体材料的能级(带)和pn结

4.3.3半导体激光器的工作过程

4.3.4半导体激光形成的条件

4.3.5双异质结半导体激光器

4.3.6半导体激光器的光波长

4.3.7激光二极管阵列

4.3.8分布反馈式半导体激光器

4.4二氧化碳激光器

4.4.1CO2激光器的基本结构

4.4.2CO2的能级及激发过程

4.4.3其他类型的CO2激光器

4.5光纤激光器

4.6二极管泵浦的Nd∶YAG固体激光器

4.6.1Nd∶YAG激光器的能级

4.6.2激光二极管泵浦的固体激光器的结构

4.7其他气体和离子激光器

4.7.1氩离子激光器

4.7.2氮气分子激光器

4.7.3氦镉激光器

4.7.4准分子激光器

4.8X射线激光器

4.8.1原子布居数反转过程

4.8.2等离子体条件

4.8.3台面X射线激光器

4.8.4用飞秒激光产生X射线

4.9特殊类型激光器

4.9.1自由电子激光器

4.9.2化学激光器

4.9.3量子点激光器和微腔激光器

第三篇形成激光振荡的基本单元： 光学谐振腔和激光介质

第5章光学谐振腔

5.1激光谐振腔的分类

5.2谐振腔的稳定性条件

5.3谐振空腔的谐振频率

5.4谐振空腔的线宽

第6章激光介质： 光与物质的相互作用

6.1激光介质和光子： 光与物质的相互作用

6.1.1光谱线、线型函数和宽度

6.1.2自然展宽

6.1.3碰撞展宽

6.1.4多普勒展宽

6.1.5均匀展宽和非均匀展宽

6.1.6光谱线的综合展宽

6.2光在介质中的增益

6.2.1增益系数的定义

6.2.2非均匀展宽(多普勒展宽)介质的增益系数表达式

6.2.3均匀展宽介质的增益系数表达式

6.2.4对增益系数的讨论

6.3速率方程及其稳态小信号解

6.3.1激光速率方程

6.3.2稳态小信号情况下的反转粒子布居数ΔN

6.3.3速率方程与激光器中的弛豫振荡现象

6.4激光介质中的反转粒子数饱和及增益饱和

6.4.1问题的提出

6.4.2均匀展宽介质的ΔN饱和与G饱和

6.4.3非均匀展宽介质反转粒子数饱和与增益饱和

6.4.4综合展宽工作物质的ΔN饱和与G饱和

第7章激光振荡增益，损耗和放大

7.1激光器的增益和损耗

7.1.1激光器的损耗和阈值条件

7.1.2连续运转激光器的稳态增益

7.2激光放大器

第四篇激光束特性

第8章激光束的横模及传播

8.1激光腔的横模与激光束的高亮度

8.1.1激光束的横向场分布： 横模

8.1.2横模频率

8.1.3光束质量的评价M2因子

8.1.4激光的高亮度和横模选择

8.2激光束的传播特性： 高斯光束

8.2.1高斯光束的一般特性

8.2.2光学谐振腔中的高斯光束

8.2.3高斯光束经过薄透镜时的变换——聚焦和准直

8.3激光束的方向性

第9章激光纵模和单色性

9.1激光谐振腔和单色性

9.2激光腔纵模

9.2.1空腔谐振条件

9.2.2空腔谐振频率及间隔

9.2.3空腔频率宽度

9.2.4形成激光振荡的频率需要满足的三个条件

9.2.5激光纵模

9.2.6激光振荡频率宽度

9.2.7激光频率漂移

9.2.8多纵模激光的谱宽

9.2.9纵模选择技术

9.2.10讨论： 激光器对介质光谱线选择及激光束单色性

9.3激光器的频率牵引

9.3.1频率牵引效应的描述

9.3.2频率牵引效应的物理解释

第10章激光器偏振

10．1各向同性腔

10．2激光腔内的布儒斯特窗形成线偏振激光束

10.3激光腔偏振损耗的各向异性形成激光束线偏振

10.4由塞曼效应产生线偏振光或圆偏振光

10．5双折射腔形成正交线偏振模

第11章激光器的模竞争与激光光强调谐

11．1激光器的纵模竞争

11．1．1均匀展宽介质激光器的模竞争

11．1．2综合展宽介质激光器的模竞争

11．2激光器的光强调谐特性

11．2．1观察激光器光强（功率）调谐曲线的装置

11．2．2均匀展宽介质激光器的光强调谐曲线

11．2．3综合展宽介质激光器输出光强度的调谐特性

11．3双折射双频激光器的模竞争和光强调谐特性

11.3.1激光纵模（频率）的竞争： 纵模间隔小于出光带宽

11．3．2纵模间隔大于出光带宽

11．3．3腔内晶体石英片旋转产生频率分裂时的模竞争

11．4固体Nd∶YAG激光器的模竞争

第12章连续激光器的功率和频率稳定性

12．1激光器的功率稳定性

12．2激光器的频率稳定性

12．2．1导致激光频率不稳定的因素

12．2．2被动稳频

12．2．3主动稳频

12.3从介质宽光谱到高稳定、窄线宽的激光束

第13章激光的脉冲特性

13．1激光脉冲器

13．1．1激光弛豫振荡

13．1．2脉冲激光器的时间特性

13．1．3脉冲激光器的峰值功率和能量

13．1．4脉冲激光器的空间能量分布： M2

13．2Q调制脉冲激光器

13．2．1电光Q开关激光器

13．2．2声光Q开关激光器

13．2．3可饱和吸收材料Q开关激光器

13．3锁模与超短脉冲激光器

13．3．1激光器纵模的相位

13．3．2锁模的基本原理

13．3．3锁模的方法

13．3．4锁模激光器的结构

13．3．5几种典型的锁模激光器

13.3.6飞秒激光器

第五篇功能激光器和激光器仪器

第14章功能激光器

14．1塞曼双频激光器

14．1．1塞曼效应

14．1．2模牵引效应

14．1．3纵向塞曼双频激光器

14．1．4横向塞曼双频激光器

14．2双折射双频激光器

14．2．1石英晶体双折射双频激光器

14．2．2应力双折射双频激光器

14．3双折射塞曼双频激光器

14．4倍频激光器

14．4．1倍频效应

14．4．2相位匹配

14．4．3倍频激光器的基本结构

14．5带外回馈镜的激光器

14．5．1激光器的光回馈效应

14．5．2正交偏振激光器的光回馈效应

第15章基于激光振荡的传感和测量仪器

15．1基于激光腔调谐的位移测量技术

15．2环形激光原理

15．2．1环形激光器的谐振腔和谐振条件

15．2．2二频环形激光陀螺

15．2．3四频环形激光陀螺

15．2．4用四频环形激光陀螺测量弱磁场

15．3双折射和光学材料内应力测量

15．3．1频率分裂法测量双折射和内应力

15．3．2激光内干涉测量双折射和内应力

15．4微片激光内干涉长度测量技术

第六篇激光原理及激光束的基本实验

第16章实验系统和实验内容

16．1横模实验系统

16．1．1导语

16．1．2猫眼逆向器

16．1．3以猫眼作激光谐振腔镜及其横模变换

16．1．4猫眼谐振腔横模实验系统

16．1．5不同阶横模图样的观察

16．1．6横模的偏振态

16．2激光纵模频率观察

16．2．1导语

16．2．2激光扫描干涉仪和激光纵模观察

16．2．3用扫描干涉仪观察纵模和测量纵模间隔

16．2．4激光模式偏振态的观察

16．2．5激光器腔长调谐和激光纵模(频率)强度的改变

16．2．6在谐振腔长改变的过程中出光带宽的计算

16．3激光器的纵模(频率)分裂观察系统

16．3．1导语

16．3．2激光腔内的应力双折射元件引入的激光频率分裂实验

16．3．3激光腔内的石英晶体元件引入的激光频率分裂实验

16．3．4频率分裂模式偏振态的观察

16．4激光器的纵模(频率)竞争

16．4．1导语

16．4．2模竞争实验系统

16．4．3模竞争现象的观察

16．4．4频率分裂激光器模竞争引入的偏振交替改变

16．5激光回馈实验

16．5．1激光回馈

16．5．2实验装置和现象

16．6实施多项激光原理实验的综合系统

参考文献

习题和答案