雷射原理與技術(2016年科學出版社出版的圖書)

成書過程

編寫情況

該教材是在華中科技大學“雷射原理與技術”課程組多年的講義基礎上編寫。根據教學改革的要求，為了拓寬專業面，壓縮專業課學時數，將原“雷射原理”和“雷射技術”兩門課程合併為“雷射原理與技術”。

該教材由夏珉擔任主編，其中第1章由楊克成編寫，第2章由李微編寫，第3~5章由夏珉編寫，第6章由朱廣志編寫，第7~10章由周海、朱長虹編寫，全書由楊克成主審。該教材在編寫過程中得到了藍信鉅教授及有關教師的關心和支持。

出版工作

2016年1月1日，《雷射原理與技術》由科學出版社出版發行。

出版工作人員

責任編輯	責任校對	責任印製	封面設計
張穎兵	黃彩霞	徐曉晨	蘇波

內容簡介

該書共10章，系統地介紹了用於研究雷射產生機理、光場與物質相互作用、雷射光場模式分布特性和雷射器輸出特性的基本理論，並描述了用於實現雷射光束傳輸、雷射特徵參數控制與變換的技術手段。書中概述了雷射產生的基本原理，並介紹了雷射的相關特點；分析了高斯光束的產生和傳輸規律，並在此基礎上，介紹開放式光學諧振腔的腔模理論，重點介紹光學諧振腔的波動理論；介紹了雷射振盪和放大理論，以速率方程理論為基礎分析了光場與物質相互作用的過程，並以此為基礎分析了雷射的工作特性；介紹了用於控制、改善雷射器輸出特性的各種技術的基本原理和實現方法，包括產生短脈衝的調Q、鎖模技術，改變雷射輸出強度、頻率等特性的調製、頻率變換技術等。

教材目錄

第1章雷射的基本原理 1

1.1 雷射概述 1

1.2 光的受激輻射 4

1.2.1 黑體輻射的普郎克公式 5

1.2.2 光量子理論 7

1.2.3 玻爾的原子?量子理論 9

1.2.4 受激輻射和自發輻射的概念 9

1.3 光的受激輻射放大 13

1.2.5 相干性的光子描述 13

1.3.2 光放大概念的產生 17

1.3.3 光放大的必要條件:粒子數反轉 17

1.3.4 工作物質的增益係數 18

1.4 光的自激振盪 19

1.4.1 自激振盪的概念 19

1.4.2 振盪條件 21

1.5 雷射的特性 21

1.5.1 雷射的空間相干性和方向性 21

1.5.2 時間相干性和單色性 22

1.5.3 雷射的高強度(相干光強) 23

習題一 23

第2章光線的傳播及高斯光束 25

2.1 光線的傳播 25

2.1.1 光線矩陣 25

2.1.2 雙周期性透鏡波導 28

2.1.3 相同周期性透鏡波導 30

2.1.4 光線在反射鏡之間的傳播 30

2.2 光束在均勻介質中傳輸 33

2.2.1 均勻介質中的基本高斯光束 33

2.2.2 均勻介質中的高斯光束 35

2.2.3 均勻介質中的高階高斯光束 41

2.2.4 類透鏡介質中的高斯光束 42

2.2.5 高斯光束的特徵參數 43

2.2.6 高斯光束的變換:ABCD 45

2.3 高斯光束的傳輸與變換規律 46

2.3.1 高斯光束傳輸與q參數 46

2.3.2 高斯光束通過薄透鏡的傳輸 48

2.3.3 高斯光束的聚焦 51

2.3.4 高斯光束的準直 54

2.3.5 高斯光束的自再現變換 56

2.3.6 高斯光束的匹配 59

2.3.7 雷射光束質量因子 61

習題二 63

第3章光學諧振腔 66

3.1 光學諧振腔的穩定性 66

3.1.1 光學諧振腔的穩定性條件 66

3.1.2 光學諧振腔的構成與分類 67

3.1.3 光學諧振腔的作用 68

3.1.4 光學諧振腔的穩定性判別方法 69

3.2 光學諧振腔的損耗 71

3.2.1 光腔的損耗 71

3.2.2 光子壽命與無源腔的線寬 73

3.2.3 無源腔的Q值 73

3.3 光學諧振腔的模式 74

3.3.1 光學諧振腔中的縱模 74

3.3.2 光學諧振腔中的橫模 78

3.4 平行平面鏡腔模的疊代解法 84

3.4.1 Fox-Li疊代法 85

3.4.2 平行平面鏡腔自再現模 85

3.5 穩定球面腔中的模式 91

3.5.1 方形鏡共焦腔的自再現模 91

3.5.2 方形鏡共焦腔的行波場 99

3.5.3 圓形鏡共焦腔 102

3.5.4 一般穩定球面腔與對稱共焦腔的等價性 106

3.5.5 一般穩定球面腔的模式 108

3.6 非穩定球面腔 112

3.6.1 非穩腔的一般特點和種類 112

3.6.2 非穩定腔的幾何自再現波形 114

3.6.3 非穩腔的幾何放大率和能量損耗 117

習題三 122

第4章光場與物質的相互作用 125

4.1 光場與物質相互作用的理論 125

4.1.1 光場與物質相互作用的理論體系 125

4.1.2 光場與物質相互作用的經典理論 126

4.2 譜線加寬與線型函式 136

4.2.1 均勻加寬 137

4.2.2 非均勻加寬 141

4.2.3 綜合加寬 143

4.3 雷射器速率方程 146

4.3.1 愛因斯坦係數的修正 147

4.3.2 單模振盪速率方程組 150

習題四 152

第5章連續雷射器的增益和工作特性 153

5.1 小信號增益係數 153

5.1.1 增益係數 153

5.1.2 小信號反轉粒子數 154

5.1.3 小信號增益係數 155

5.2 均勻加寬工作物質的增益飽和 156

5.2.1 增益飽和現象及其物理機制 156

5.2.2 均勻加寬工作物質的反轉粒子數飽和 156

5.2.3 均勻加寬工作物質的大信號增益 157

5.3 非均勻加寬工作物質的增益飽和 159

5.3.1 非均勻加寬工作物質的反轉粒子數飽和 159

5.3.2 非均勻加寬工作物質的大信號增益 160

5.4 連續雷射器穩態工作特性 162

5.4.1 連續雷射器的閾值條件 162

5.4.2 均勻加寬雷射器中的模式競爭 164

5.4.3 非均勻加寬雷射器中的多縱模振盪 165

5.4.4 連續雷射器的輸出功率 168

習題五 170

第6章脈衝雷射器的工作特性 173

6.1 多縱模振盪的速率方程 173

6.1.1 三能級多縱模振盪的速率方程 173

6.1.2 四能級多縱模振盪的速率方程 175

6.2 脈衝雷射器的工作特性 176

6.2.1 振盪條件 176

6.2.2 輸出能量及功率 180

6.2.3 脈衝雷射器的尖峰脈衝和弛豫振盪 181

6.3 放大技術 186

6.3.1 連續雷射放大器 187

6.3.2 脈衝雷射放大器 190

6.4 放大的自發輻射 193

6.4.1 放大的自發輻射對雷射輸出的影響 194

6.4.2 放大的自發輻射的方向性 195

6.4.3 放大的自發輻射的線寬 195

6.4.4 放大的自發輻射的空間分布 197

習題六 198

第7章雷射調製技術 199

7.1 雷射調製的基本概念 199

7.1.1 振幅調製 200

7.1.2 相位調製 200

7.1.3 強度調製 201

7.1.4 脈衝調製 201

7.1.5 脈衝編碼調製 202

7.1.6 雷射調製的特點 203

7.2 電光調製 203

7.2.1 電光調製的物理基礎 204

7.2.2 電光調製器 213

7.2.3 典型電光晶體的特性 223

7.3 聲光調製 229

7.3.1 聲光調製的物理基礎 230

7.3.2 聲光互作用的兩種類型 234

7.3.3 聲光互作用的粒子模型 236

7.3.4 聲光調製器 243

7.4 磁光調製 252

7.4.1 磁光效應 252

7.4.2 磁光調製器 253

習題七 255

第8章調Q技術 257

8.1 雷射調Q的基本原理 258

8.1.1 諧振腔的損耗與Q值 258

8.1.2 調Q脈衝產生原理 260

8.1.3 調Q技術的分類 261

8.1.4 實現調Q對雷射器的要求 262

8.2 雷射調Q速率方程及關鍵參量 262

8.2.1 雷射調Q速率方程 262

8.2.2 速率方程的求解 264

8.2.3 雷射調Q脈衝參數的測量 271

8.3 電光調Q方法 272

8.3.1 電光調Q方法 272

8.3.2 電光調Q雷射器的設計 277

8.4 聲光調Q方法 281

8.4.1 聲光調Q雷射器 281

8.4.2 聲光調Q雷射器的輸出特性 285

8.5 被動式調Q方法 286

8.5.1 被動式調Q原理 286

8.5.2 典型被動式調Q雷射器 288

8.6 PTM調Q方法 291

8.6.1 PTM電光調Q 291

8.6.2 PTM聲光調Q 293

8.7 其他雷射調Q方法簡介 293

8.7.1 轉鏡調Q簡介 293

8.7.2 受抑全內反射式調Q 294

8.8 調Q技術的其他功能 295

8.8.1 選橫模的功能 295

8.8.2 選單縱模的功能 296

習題八 296

第9章鎖模技術 298

9.1 概述 298

9.1.1 多縱模自由運轉雷射器的輸出特性 299

9.1.2 鎖模的基本原理 301

9.2 主動鎖模 306

9.2.1 振幅調製主動鎖模 306

9.2.2 相位調製主動鎖模 311

9.2.3 主動鎖模雷射器的設計 313

9.3 被動鎖模 316

9.3.1 可飽和吸收體 316

9.3.2 被動鎖模物理過程 318

9.3.3 慢飽和吸收體被動鎖模 320

9.3.4 快飽和吸收體被動鎖模 323

9.4 利用光克爾效應的固體鎖模雷射器 329

9.4.1 光克爾效應 330

9.4.2 克爾透鏡鎖模或自鎖模 330

9.4.3 加成脈衝鎖模 334

9.4.4 自鎖模雷射器的啟動問題 335

9.5 鎖模過程中的色散補償 336

9.5.1 介質中的色散效應 336

9.5.2 色散器件套用 338

習題九 340

第10章雷射頻率變換技術 342

10.1 概述 342

10.1.1 非線性光學效應 342

10.1.2 非線性極化 342

10.1.3 非線性介質中的波耦合方程 346

10.2 雷射倍頻技術 348

10.2.1 倍頻的波耦合方程及其解 348

10.2.2 相位匹配的意義與方法 350

10.2.3 準相位匹配方法 356

10.2.4 倍頻方式 357

10.2.5 倍頻晶體 358

10.3 和頻與三倍頻技術 359

10.3.1 和頻技術 359

10.3.2 三倍頻技術 362

10.4 光參量振盪技術 364

10.4.1 光參量放大 364

10.4.2 光參量振盪 365

10.4.3 光參量振盪運轉方式 367

10.4.4 光參量振盪器的頻率調諧方法 368

10.5 受激拉曼散射 369

10.5.1 拉曼散射效應 370

10.5.2 波耦合分析 371

10.5.3 受激拉曼散射的調諧套用 373

10.5.4 拉曼頻移雷射器件 374

習題十 375

（註：目錄排版順序為從左列至右列）

教學資源

配套教材

《雷射原理與技術》有學習指導書——《雷射原理與技術學習指導》。

書名	作者	出版社	出版時間	書號
雷射原理與技術學習指導	李微、夏珉	科學出版社	2022-09-01	9787030728364

教材特色

內容上進行精簡，刪去某些陳舊的、次要的東西，以突出重點；
去掉一些繁瑣的敘述，以求精練，深入淺出，著重於物理圖像的描述；
適當地充實和補充一些新的內容；
加強“雷射原理”和“雷射技術”兩部分內容的相互滲透，將它們有機地融合，有助於學生理論聯繫實際，加深對基本概念和基本理論的理解。

雷射原理與技術(2016年科學出版社出版的圖書)

基本介紹