激光原理(第2版)

本书首先阐述激光与普通光的区别，使读者对激光有一个总体认识，有利于读者深入了解激光的物理本质、掌握激光的产生方法和在科研生产实践中灵活、恰当地使用激光；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；通过对激光器经典速率方程理论的学习，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；本书对常见的典型激光器做了简单介绍，使读者对于不同类型激光器的特点有一个较全面的了解；最后介绍激光器的半经典理论，使读者能够更加深入了解激光器中包括频率在内的激光参量的变化规律，掌握激光器研究的半经典理论方法。本书可作为普通高等学校光电信息科学与工程、电子科学与技术等相关专业本科生的教材，也可供相关专业方向的高等学校师生及工程技术人员参考。

第1章 光波的相干性描述 1
1.1 激光的概念 1
1.2 光波的纵向相干性 2
1.3 光波的横向相干性 7
1.4 集光率、辐射度与模式密度 9
1.5 激光光源与普通光源参数对比分析 11
1.6 关于激光与普通光区别的再讨论 15
习题 17
第2章 光学谐振腔的一般性质 19
2.1 平行平面镜腔的光强透射率 19
2.2 谐振频率 20
2.3 模式频率宽度 22
2.4 光子寿命与品质因子 23
习题 28
第3章 高斯光束与激光谐振腔 29
3.1 对称共焦腔中的自再现模 29
3.2 高斯光束 32
3.3 薄透镜对高斯光束的变换 35
3.4 一般球面镜光学谐振腔中的高斯光束 36
3.5 高阶模 40
3.6 谐振腔的谐振频率 43
习题 45
第4章 高斯光束的传输变换 47
4.1 高斯光束的聚焦 47
4.2 高斯光束的准直 49
4.3 光线光学的矩阵方法和高斯光束的传输变换 52
习题 60
第5章 受激辐射和光增益 62
5.1 受激辐射 62
5.2 自发辐射的经典谐振子模型 66
5.3 激光增益 72
5.4 增益截面 73
5.5 非辐射跃迁和量子效率 75
习题 76
第6章 激光放大器 78
6.1 三能级系统与四能级系统的粒子数变化的速率方程 78
6.2 增益饱和 80
6.3 放大器增益 81
6.4 光纤放大器 84
习题 86
第7章 连续波激光器 88
7.1 激光产生的条件 88
7.2 激光器稳态运转 91
习题 96
第8章 气体激光器 98
8.1 运动原子的多普勒效应 98
8.2 气体原子激光器振荡的定性讨论 100
8.3 气体原子辐射的频率分布 102
8.4 非均匀加宽增益介质的增益系数 106
8.5 气体介质激光器的输出光强 109
习题 116
第9章 激光器模式控制 118
9.1 均匀加宽增益介质激光器 118
9.2 非均匀加宽增益介质激光器 121
9.3 激光器的稳频 126
习题 130
第10章 脉冲激光器 132
10.1 Q开关激光器理论 132
10.2 Q开关激光器产生激光脉冲的过程 136
10.3 激光器Q开关实现方法 137
10.4 激光器锁模的原理 145
10.5 激光器锁模的方法 150
习题 153
第11章 典型激光器简介 156
11.1 原子激光器 156
11.2 分子激光器 159
11.3 离子激光器和准分子激光器 162
11.4 固体激光器 165
11.5 光纤激光器 170
习题 181
第12章 半导体激光器 183
12.1 半导体材料的性质 183
12.2 半导体激光器的谐振腔 189
12.3 半导体激光器的工作原理 192
12.4 半导体激光器的速率方程 198
习题 205
第13章 激光器的半经典理论 206
13.1 密度矩阵 206
13.2 集居数矩阵 209
13.3 电磁场方程 210
13.4 激光器的单模运转和速率方程解 212
13.5 激光器的多模运转 217
13.6 两模运转和模竞争问题 222
13.7 三模运转和锁模 225
习题 228
参考文献 229
附录A 光波的模式密度 230
附录B 薄透镜对光束的变换性质 232
附录C 方形球面镜谐振腔的谐振频率 235
附录D 第10章式(10.45)的推导 237
附录E 布拉格声光光栅的衍射效率与光纤光栅的反射率 239
附录F 符号索引 243
附录G 习题参考答案与解答 251