《雷射輻射及套用》是2014年西安電子科技大學出版社出版的圖書，作者是王海晏。
基本介紹
- 書名：雷射輻射及套用
- 作者：王海晏
- ISBN：978-7-5606-3518-7
- 定價：22.95元
- 出版社：西安電子科技大學出版社
- 出版時間：2014-11
內容簡介,目錄,
內容簡介
隨著科學技術的發展，光學技術已經滲透到科技、生產、生活的許多領域。雷射作為人造光源，具有許多自然輻射所不具備的優點，不論雷射輻射的產生還是雷射輻射的套用，都是當今科技前沿的發展方向之一。雷射輻射的許多現象和套用對很多人來說，好像很熟悉，但又不能很準確地解釋和說明。但是，毫無疑問，雷射輻射的研究和雷射技術的套用已經到了一個飛速發展的時期，作為科技工作者和從事相關教學工作的人員，應該很好地把握這一領域的動向和基本技術。撰寫本書正是基於以上原因，同時也是筆者教學工作的需要，當然也是軍事裝備發展的需要。在未來戰場上，具備深厚理論基礎和寬廣專業知識的各類科技人員無疑是裝備完好保障的重要條件之一。對於在現役和未來裝備中占的比例越來越大的雷射系統和相關裝備的基礎知識、基本技能知識的學習及掌握，也是培養這類科技人員必要的手段之一。筆者在自身學習和教學過程當中發現，深厚的理論基礎即使對於工程技術人員也是十分必要的。因為理論的建立和詳盡的描述本身就是一個十分複雜但又嚴謹有序的思維過程，而正是對這種思維過程的培養才是高等教育的目的所在。因此，本書並不是僅定位在雷射的工程套用層面。讀者可以發現，某些雷射物理方面比較艱深、生僻的理論和分析方法，同樣出現在本書的相關章節中，目的就是想讓讀者在學習這些理論的過程當中，同時也學會分析、描述問題的方法。更高的要求是，一旦掌握這些方法乃至思維方式，如果將其套用到工程方面甚至其他領域，那么這種教育所產生的作用將是十分顯著的而且是長效的。筆者在本書的編寫過程當中力圖體現這一思想。本書以雷射輻射的基本概念為起點，以雷射輻射的傳輸、探測（包括噪聲）、各類雷射系統構成以及涉及的相關技術為延伸拓展，最後以軍用雷射技術和系統（尤其是在航空機載類）的套用與戰術使用為結尾。
全書共9章，各章的主要內容如下：
第1章介紹了雷射發展的歷史及軍事套用。
第2章是雷射的產生與特性，介紹了雷射的基本概念、粒子數反轉、光的增益與模式、諧振腔、輸出功率等內容。
第3章介紹、講解了除半導體雷射器以外的各類常用雷射器，介紹了其結構及工作原理等。
第4章專門單獨講解半導體雷射器。從半導體基礎出發，詳細介紹了半導體雷射器的基本構成，產生雷射的條件以及速率方程的穩態解、瞬態解及其物理意義。還講解了不同半導體雷射器的構型，增加了一些新型結構的半導體雷射器。最後通過討論半導體雷射器的工作特性，介紹了半導體雷射器光譜特性的產生原因和控制機制。通過對這些內容的講解，力圖使讀者將基本原理和工程技術手段聯繫起來，從而能在面對類似問題時知道如何下手、從何處開始分析問題和如何分析問題。
第5章是雷射單元技術，介紹了雷射選模技術、Q開關技術和鎖模技術。與第4章一樣，通過深入的理論分析，即調Q的速率方程與數值積分部分內容，使讀者更深一步理解工作原理，進一步建立對物理過程的深刻認識，從而能根據原理設計出更多、更有效的工程技術方法解決問題。然而，當原來的理論不能滿足需求時，又該如何創建新的理論來達到工程上的要求，這就是鎖模的理論和技術的發展。
第6章介紹了雷射在大氣中傳輸和控制的問題。這為第8章“雷射通信”中將要介紹的機載雷射數據鏈的內容作了一個鋪墊。
第7章討論了雷射的探測和測量，其中主要介紹直接探測和外差探測。在“信噪比分析”部分內容中，仍然從原理和數學模型的分析出發，講解了兩種探測的本質異同，從而使讀者更深一步地體會到技術手段的差異是如何反映基礎原理和理論的。
第8章介紹了雷射通信。雷射通信的內容在各種通信書中並不少見，本書仍然將其列入講解範圍的意圖在於向讀者介紹網際網路光纖通信以外的範疇，即機載光纖匯流排技術和飛機之間的自由空間雷射通信。
第9章介紹了一些典型的軍用和機載雷射裝置的構成及原理。
學習本書，讀者應具有一定的電路、計算機、物理光學、簡單量子力學的基本概念等基礎知識。本書可作為高等院校物理電子學、光學工程等專業本科教材，個別章節可以作為研究生教學資料，也適合從事光電技術的相關人員閱讀。
本書由王海晏編著，王芳、陳閩、王澤亮、黃偉、楊海燕參與了部分章節的編寫工作。本書在編寫過程中，參考了大量國內外文獻和資料，由於篇幅所限，不能一一列出，在此特向各位作者表示歉意。
由於編者水平有限，書中難免存在疏漏與不足，敬請讀者批評指正。
目錄
第1章 雷射發展的歷史及軍事套用 1
1.1 雷射發展的歷史 1
1.1.1 從受激輻射到雷射的構想 1
1.1.2 雷射技術的發展 2
1.1.3 我國早期雷射技術的發展 2
1.2 雷射的軍事套用 2
1.2.1 軍用雷射技術 2
1.2.2 我國軍用雷射技術 4
第2章 雷射的產生與特性 6
2.1 雷射的基本概念 6
2.1.1 輻射產生的基本原理 6
2.1.2 輻射與吸收之間的關係 8
2.2 介質中粒子數反轉與增益光的模式 11
2.2.1 能實現粒子數反轉的性質 11
2.2.2 光的增益 13
2.2.3 光的模式 20
2.3 諧振腔與閾值條件 21
2.3.1 光學諧振腔 22
2.3.2 光學諧振腔的穩定性 22
2.3.3 雷射的縱模 24
2.3.4 雷射的橫模 24
2.3.5 M2因子 27
2.3.6 閾值條件 27
2.4 雷射器的工作狀態 32
2.5 輸出功率 36
習題 38
第3章 雷射器 40
3.1 傳統雷射器 40
3.1.1 氣體雷射器 40
3.1.2 固體雷射器 43
3.2 新型雷射器 44
3.2.1 二極體泵浦固體雷射器 44
3.2.2 飛秒鈦寶石雷射器的工作原理 47
3.2.3 光纖雷射器 51
3.2.4 可調諧固體雷射器 54
習題 54
第4章 半導體雷射器 56
4.1 半導體及半導體雷射器的工作原理 56
4.1.1 半導體基礎 56
4.1.2 半導體雷射器的工作原理 61
4.1.3 速率方程的穩態解、瞬態解及其物理意義 70
4.2 半導體雷射器構型 73
4.2.1 異質結雷射器 73
4.2.2 分布反饋雷射器 77
4.2.3 級聯量子阱雷射器 83
4.2.4 可突破衍射極限的半導體雷射器 88
4.3 半導體雷射器的輸出特性及光譜特性 88
4.3.1 輸出特性 88
4.3.2 光譜特性 89
4.3.3 半導體雷射器的橫模及其偏振特性 94
習題 97
第5章 雷射單元技術 98
5.1 雷射選模技術 98
5.1.1 橫模選擇 98
5.1.2 縱模選擇 99
5.2 Q開關技術 101
5.2.1 脈衝雷射器輸出的光脈衝特性 101
5.2.2 調Q原理 102
5.2.3 調Q的速率方程與數值積分 110
5.3 鎖模技術 116
5.3.1 多模雷射器的輸出特性 116
5.3.2 鎖模的基本原理 118
5.3.3 鎖模方法 120
習題 124
第6章 雷射傳輸與控制 125
6.1 雷射大氣傳輸 125
6.1.1 大氣湍流效應 125
6.1.2 大氣湍流特性 125
6.1.3 大氣湍流的雷射傳輸效應 126
6.2 大氣熱暈效應 128
6.3 斜程衰減 129
6.4 光束控制系統 131
6.4.1 概述 131
6.4.2 捕獲、跟蹤、瞄準的基本概念和工作過程 139
習題 142
第7章 雷射探測與測量 143
7.1 雷射探測技術 143
7.1.1 直接探測 143
7.1.2 光外差探測 144
7.1.3 直接探測與外差探測信噪比分析 145
7.1.4 光的粒子性導致的光電探測極限靈敏度 146
7.1.5 單光子超導探測與量子探測 147
7.2 雷射束空間分布及測量 149
7.2.1 雷射光斑及測量 149
7.2.2 雷射束束散角的測量 154
7.2.3 雷射束的橫模觀測 155
7.3 雷射束的時間特性 156
7.3.1 普通脈衝測量 157
7.3.2 超短脈衝測量 161
7.4 雷射能量與功率測量 164
7.4.1 雷射能量的測量 165
7.4.2 雷射功率的測量 169
7.4.3 雷射能量參數測量中的一些問題 172
習題 173
第8章 雷射通信 174
8.1 光纖及光纖通信簡介 174
8.1.1 光纖的結構和分類 174
8.1.2 光纖中的射線光學理論 175
8.1.3 光纖的波動理論 178
8.1.4 近似解——LP模 184
8.1.5 光纖的損耗與色散 186
8.1.6 光纖通信簡介 187
8.1.7 光纖數據匯流排 188
8.2 自由空間光通信及雷射數據鏈路 189
8.2.1 自由空間光通信 189
8.2.2 機載雷射數據鏈路系統的組成 191
8.2.3 發射與接收器件 195
8.2.4 發射與接收 196
8.2.5 雷射束的傳輸與對準 197
8.3 機載雷射鏈路快速高機率捕獲技術 202
8.3.1 捕獲過程概述 202
8.3.2 選擇不確定區域 203
8.3.3 捕獲模式與掃描方式 205
8.3.4 捕獲機率計算 205
8.3.5 最大捕獲時間 208
習題 209
第9章 機載雷射裝置原理 210
9.1 雷射測距 210
9.1.1 雷射測距的分類 210
9.1.2 雷射測距的基本原理 210
9.2 脈衝式雷射測距系統 211
9.2.1 脈衝式雷射測距系統的基本組成 211
9.2.2 雷射發射部分 213
9.2.3 雷射接收部分 215
9.3 雷射制導武器 218
9.3.1 雷射制導武器的導引方式 218
9.3.2 半主動式雷射制導 220
9.3.3 駕束式雷射制導 221
9.3.4 視線指令式雷射制導 225
9.4 雷射雷達 227
9.4.1 雷射雷達接收技術 228
9.4.2 雷射雷達探測方式 228
9.4.3 雷射雷達測距方程 231
9.4.4 雷射雷達目標成像 237
9.4.5 逆合成孔徑成像雷射雷達 238
9.4.6 光學相控陣雷達系統 241
9.5 微波光子技術與RoF技術 242
9.5.1 RoF技術 242
9.5.2 微波光子技術的套用 246
習題 246
參考文獻 247
