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绪论 1

第一章 光和物质的相互作用 7

1.1光和物质相互作用的基本过程激光的形成 7

1.1.1光和物质相互作用的基本过程 7

1.1.2A21，B21和B12之间的关系 10

1.1.3受激辐射与自发辐射强度之比 12

1.1.4光通过受激跃迁的吸收和放大 13

1.1.5激光形成的条件 14

1.2光子集合的统计描述 15

1.2.1光子的基本属性 15

1.2.2态密度 16

1.2.3光子简并度 17

1.3激光器的基本结构 18

1.3.1激光工作物质 18

1.3.2激励系统 20

1.3.3光学谐振腔 21

1.4激光的特性及其意义 22

1.4.1方向性 22

1.4.2亮度 23

1.4.3单色性 24

1.4.4相干性 24

1.5光谱线的加宽 31

1.5.1谱线、谱线线型和谱线宽度 31

1.5.2考虑到线型后的跃迁概率 33

1.5.3谱线的加宽机制和类型 34

1.6激光器速率方程理论 43

1.6.1影响激光上、下能级粒子数密度的因素 45

1.6.2速率方程及其稳态解 46

习题 48

第二章 光学谐振腔中形成的辐射场 51

2.1腔与模 51

2.1.1光学谐振腔的配置 51

2.1.2光学谐振腔的纵模与横模 53

2.2光学谐振腔的稳定性 60

2.2.1一般球面腔内光线多次往返坐标转换的矩阵表示 60

2.2.2谐振腔稳定性的一般条件 63

2.2.3谐振腔的分类和稳定性图 64

2.2.4非稳谐振腔 66

2.3光学谐振腔的衍射理论 68

2.3.1谐振腔衍射理论的基本出发点 69

2.3.2共焦球面腔 76

2.3.3一般稳定球面腔 86

2.4高斯光束的传输 91

2.4.1高斯光束经光学系统的变换 91

2.4.2高斯光束的聚焦 94

2.4.3高斯光束的准直与扩束 97

附录厄米多项式 99

习题 101

第三章 激光器工作原理 103

3.1光在介质中的增益与激光振荡的阈值条件 103

3.1.1介质的增益系数 103

3.1.2激光形成的阈值条件阈值离子数反转 106

3.1.3介质中的增益饱和效应 108

3.2连续运转激光器的稳态工作特性 111

3.2.1稳态的建立 111

3.2.2均匀加宽谱线激光器工作特性——模竞争与空间竞争 112

3.2.3非均匀加宽谱线激光器工作特性——烧孔、双烧孔与拉姆凹陷 114

3.3脉冲激光器的工作特性 117

3.4激光器的频率特性 119

3.4.1无源腔的损耗与品质因数 119

3.4.2单纵模激光器的线宽极限 120

习题 123

第四章 固体激光器 125

4.1固体激光器的工作物质 126

4.1.1物理特性 126

4.1.2光学质量 129

4.1.3加工要求 130

4.2泵浦光源、聚光器和冷却系统 130

4.2.1泵浦光源 130

4.2.2聚光器 135

4.2.3冷却和滤光系统 137

4.3红宝石激光器 138

4.3.1红宝石中铬离子的能级结构 138

4.3.2红宝石激光器输出特性 139

4.4钕玻璃激光器 141

4.4.1钕玻璃激光工作物质的优点 141

4.4.2钕玻璃的光谱特性 141

4.4.3钕玻璃激光器概述 142

4.5掺钕钇铝石榴石激光器 143

4.5.1掺钕钇铝石榴石晶体性质 143

4.5.2YAG.Nd3+激光器的基本组成 144

习题 145

第五章 气体激光器 147

5.1气体激光器的放电激励 148

5.2氦氖激光器 150

5.2.1激光机理 150

5.2.2基本结构 153

5.2.3放电条件的选择 158

5.2.4氦氖激光器中的谱线竞争 161

5.3二氧化碳激光器 163

5.3.1二氧化碳分子的结构和振转能级 163

5.3.2激发过程 166

5.3.3弛豫时间 167

5.3.4转动能级竞争效应 169

5.3.5封离式CO2激光器的结构及设计 170

5.4氮分子激光器 172

5.4.1能级及能级间的跃迁 172

5.4.2粒子数反转的条件 174

5.4.3器件结构 175

5.5氩离子激光器 177

5.5.1激发机理 177

5.5.2结构 179

5.5.3工作特性 180

习题 182

第六章 半导体激光器 184

6.1半导体的能带结构及载流子的统计分布 185

6.1.1半导体的能带结构 185

6.1.2i，p，n型半导体 186

6.1.3载流子的统计分布 188

6.1.4载流子的漂移、复合与寿命 189

6.2注入式半导体激光器原理 190

6.2.1p-n结的形成及其能带 190

6.2.2p-n结的场致发光 191

6.2.3半导体受激辐射光产生的条件 194

6.3半导体激光器的特性 198

6.3.1阈值电流 198

6.3.2输出功率与转换效率 198

6.3.3光谱性质 201

6.3.4光束的空间分布 201

习题 202

第七章 有机染料液体激光器 203

7.1染料激光机理 204

7.1.1染料分子的能级图 204

7.1.2光的吸收和发射 206

7.1.3三重态猝灭 206

7.2泵浦方式 207

7.3波长调谐 210

7.3.1包含空间波长分离装置的谐振腔 211

7.3.2包含利用干涉现象将波长分离的谐振腔 212

习题 214

第八章 激光技术 215

8.1模式选择技术 215

8.1.1横模选择 215

8.1.2纵模选择 217

8.2调Q技术 224

8.2.1调Q原理 224

8.2.2调Q激光器的速率方程 225

8.2.3机械转镜调Q 230

8.2.4染料调Q 232

8.2.5电光晶体调Q 237

8.3锁模技术 243

8.3.1多纵模激光器的输出特性锁模的意义 243

8.3.2锁模特性的形成 244

8.3.3锁模方法 246

8.4倍频技术 248

8.4.1非线性极化 249

8.4.2相位匹配条件 252

8.4.3匹配角θm的计算 255

8.4.4光孔效应 257

8.5稳频技术 258

8.5.1影响激光频率稳定的因素 258

8.5.2频率的稳定度和再现性 260

8.5.3拉姆凹陷稳频 261

8.5.4饱和吸收稳频 264

习题 265

第九章 激光实验 267

实验一 红宝石激光晶体吸收光谱的测量 267

实验二 红宝石荧光光谱和激光光谱的观测 270

实验三 YAG.Nd3+脉冲激光器的输出特性测量 273

实验四 外腔式He-Ne激光器的调整及输出特性测量 279

实验五 He-Ne激光器增益和损耗的测量 283

实验六 光导纤维衰减系数的测量 287

实验七 染料调Q技术 291