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第1章 激光概论1

1.1 激光诞生的历史1

1.2 激光的本质特征3

1.3 光子简并度8

1.4 激光产生的基本条件11

思考和练习题12

第2章 光和物质的近共振相互作用13

2.1 电磁波吸收和发射的经典解释13

2.1.1 电介质极化13

2.1.2 电偶极振子模型16

2.1.3 吸收对介质的影响17

2.2 电磁波吸收和发射的唯象理论24

2.2.1 自发辐射24

2.2.2 受激吸收25

2.2.3 受激辐射26

2.2.4 实现光放大的问题27

2.3 光谱线加宽28

2.3.1 吸收和发射光谱技术28

2.3.2 谱线加宽和线型函数31

2.3.3 谱线加宽对跃迁速率的影响33

2.4 激光器中常见的谱线加宽36

2.4.1 光谱线加宽的类型36

2.4.2 均匀加宽的典型机制39

2.4.3 非均匀加宽的典型机制44

2.4.4 激光介质中的实际加宽48

2.5 光和物质相互作用的近代理论简介51

2.5.1 量子理论简介52

2.5.2 半经典理论简介52

2.5.3 速率方程理论简介52

思考和练习题53

第3章 速率方程理论55

3.1 典型激光器的工作能级55

3.1.1 红宝石激光器工作介质55

3.1.2 氩离子激光器工作介质57

3.1.3 N2分子激光器58

3.1.4 He－Ne激光器工作介质59

3.1.5 掺Nd3＋激光器工作介质60

3.1.6 掺钛蓝宝石激光器工作介质61

3.1.7 CO2激光器工作介质62

3.2 三能级系统速率方程组63

3.2.1 激光三能级系统63

3.2.2 速率方程组64

3.3 四能级系统速率方程组67

3.3.1 激光四能级系统67

3.3.2 速率方程组67

3.4 小信号光的介质增益69

3.4.1 反转粒子数与小信号增益系数69

3.4.2 四能级系统的小信号增益系数70

3.4.3 三能级系统的小信号增益系数71

3.5 均匀加宽介质的增益饱和72

3.5.1 大信号的反转粒子数73

3.5.2 大信号增益系数74

3.5.3 增益曲线的均匀饱和75

3.5.4 增益介质的色散77

3.6 非均匀加宽介质的增益饱和79

3.6.1 大信号增益系数79

3.6.2 增益曲线的烧孔现象81

3.6.3 气体激光器中的烧孔现象83

3.6.4 综合加宽工作物质的增益系数83

3.7 光放大84

3.7.1 自发辐射放大85

3.7.2 超辐射的强度和方向性86

3.7.3 ASE线宽88

3.7.4 激光放大器90

思考和练习题94

第4章 光学谐振腔理论97

4.1 光学谐振腔的稳定性97

4.1.1 光学谐振腔的结构、分类和作用98

4.1.2 光线传输矩阵和ABCD律100

4.1.3 谐振腔稳定性的光线传输矩阵分析105

4.1.4 不同种类谐振腔的稳定性108

4.2 光学谐振腔的模式109

4.2.1 谐振腔的损耗110

4.2.2 谐振腔的模式简介115

4.3 光学谐振腔的衍射积分理论117

4.3.1 惠更斯－菲涅耳原理和基尔霍夫衍射积分117

4.3.2 谐振腔自在现模积分本征方程118

4.3.3 本征值γ的物理意义120

4.4 平行平面腔Fox－Li数值迭代法121

4.4.1 平行平面镜对称谐振腔积分本征方程121

4.4.2 Fox－Li数值迭代法122

4.4.3 Fox－Li数值迭代法的重要意义125

4.5 球面镜对称共焦腔解析解126

4.5.1 方形球面镜对称共焦腔的模式126

4.5.2 方形球面镜对称共焦腔的行波场132

4.5.3 圆形球面镜对称共焦腔137

4.6 球面镜稳定腔的等价共焦腔138

4.6.1 共焦腔的等价腔138

4.6.2 球面镜稳定腔的等价共焦腔139

4.7 高斯光束变换140

4.7.1 高斯光束的基本特性141

4.7.2 高斯光束的复参数q表示141

4.7.3 复参数q的变换规律142

4.7.4 高斯光束薄透镜的变换规律144

4.7.5 光束远场发散角的检测145

4.7.6 高斯光束的模式匹配145

4.7.7 高斯光束的聚焦147

4.7.8 高斯光束的准直151

思考和练习题153

第5章 连续激光器的工作特性157

5.1 均匀加宽介质激光器速率方程157

5.1.1 激光器单模运转速率方程157

5.1.2 激光器多模运转速率方程159

5.2 激光振荡阈值160

5.2.1 振荡阈值条件160

5.2.2 四能级系统的阈值泵浦功率密度161

5.2.3 三能级系统的阈值泵浦功率密度163

5.3 均匀加宽介质激光器中的纵模振荡和竞争164

5.3.1 纵模数目164

5.3.2 均匀加宽介质激光器中的单模振荡166

5.3.3 振荡频率牵引167

5.3.4 空间烧孔170

5.4 非均匀加宽介质激光器的多纵模振荡172

5.4.1 多模振荡172

5.4.2 兰姆凹陷173

5.4.3 非均匀加宽介质的模竞争176

5.5 连续激光器输出特性177

5.5.1 单模激光器的线宽极限177

5.5.2 均匀加宽单模稳态运转的输出功率180

5.5.3 输出耦合率的优化184

5.5.4 非均匀加宽单模稳态运转的输出功率185

思考和练习题187

附录A 常用物理常数表189

附录B 激光大事记及在国内发展足迹190

参考文献195