本書是根據(jù)清華大學(xué)“光電子技術(shù)”課程組多年的授課經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行編寫的。在編寫過(guò)程中，以清華大學(xué)教育教學(xué)改革的理念為指導(dǎo)，在“厚基礎(chǔ)，寬口徑”的原則下，明確能力培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行整合重構(gòu)，強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)性、邏輯性和系統(tǒng)性，在內(nèi)容編排上注重知識(shí)點(diǎn)的內(nèi)在聯(lián)系，突出重點(diǎn)內(nèi)容，對(duì)于難點(diǎn)內(nèi)容，深入淺出，結(jié)合實(shí)例，幫助讀者加深對(duì)基本概念、基本理論和基本過(guò)程的理解。
全書共11章，第1章為激光基本原理，介紹愛因斯坦受激輻射理論、激光器的基本結(jié)構(gòu)和激光特性等內(nèi)容； 第2章為光學(xué)諧振腔，介紹光線傳播的矩陣表示、光學(xué)諧振腔的損耗、衍射積分理論、方（圓）形鏡共焦腔的自再現(xiàn)模、一般穩(wěn)定球面腔的模式特征和高斯光束等內(nèi)容； 第3章為光場(chǎng)與物質(zhì)的相互作用，介紹譜線加寬和線型函數(shù)、激光器的速率方程和工作物質(zhì)的增益系數(shù)等內(nèi)容； 第4章為激光振蕩特性，介紹振蕩閾值、振蕩模式、激光器的輸出功率和能量等內(nèi)容； 第5章為激光調(diào)制技術(shù)，介紹調(diào)制的概念、電光調(diào)制、聲光調(diào)制轉(zhuǎn)、磁光調(diào)制的原理、實(shí)現(xiàn)途徑等內(nèi)容； 第6章為激光調(diào)Q技術(shù)，介紹調(diào)Q的原理、典型調(diào)Q開關(guān)的原理和實(shí)現(xiàn)過(guò)程等內(nèi)容； 第7章為模式選擇技術(shù)，介紹選模原理、橫模選擇技術(shù)、縱模選擇技術(shù)等內(nèi)容； 第8章為鎖模技術(shù)，介紹鎖模的概念、鎖模原理和實(shí)現(xiàn)過(guò)程等內(nèi)容； 第9章為穩(wěn)頻技術(shù)，介紹影響頻率穩(wěn)定性的因素、蘭姆凹陷穩(wěn)頻技術(shù)、塞曼效應(yīng)穩(wěn)頻、可飽和吸收穩(wěn)頻等內(nèi)容； 第10章為頻率變換技術(shù)，介紹非線性光學(xué)的基本概念、倍頻技術(shù)、拉曼頻移技術(shù)、OPO技術(shù)等內(nèi)容； 第11章為固體激光器，介紹典型固體激光器的基本原理、常用激光工作物質(zhì)、泵浦方式和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等內(nèi)容。
本書在編寫過(guò)程中得到清華大學(xué)教材建設(shè)基金的資助，在此表示感謝。
限于編者水平和時(shí)間限制，書中難免存在各種不足之處，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
編者
2020年7月
目錄
緒論
第1章激光基本原理
1．1光的描述
1．1．1電磁理論
1．1．2光量子理論
1．1．3兩種理論的統(tǒng)一——光波模式和光子狀態(tài)
1．2光子的相干性
1．2．1光子的相干性
1．2．2光子簡(jiǎn)并度
1．3激光的基本概念
1．3．1原子的能級(jí)
1．3．2愛因斯坦受激輻射理論
1．3．3光的受激輻射放大
1．3．4光的自激振蕩
1．3．5產(chǎn)生激光的條件
1．4激光器的基本結(jié)構(gòu)
1．4．1工作物質(zhì)
1．4．2泵浦源
1．4．3光學(xué)諧振腔
1．5激光的特性
1．5．1方向性和空間相干性
1．5．2單色性和時(shí)間相干性
1．5．3高亮度(強(qiáng)相干光)
本章小結(jié)
習(xí)題
第2章光學(xué)諧振腔
2．1光學(xué)諧振腔的基本概念
2．1．1光腔的構(gòu)成和分類
2．1．2光腔的模式
2．1．3光腔的損耗
2．1．4光子在腔內(nèi)的平均壽命
目錄
激光原理與技術(shù)
2．1．5光腔的品質(zhì)因數(shù)
2．2共軸球面腔的穩(wěn)定性條件
2．2．1幾何光學(xué)的矩陣分析
2．2．2共軸球面腔的穩(wěn)定性條件
2．2．3諧振腔的穩(wěn)區(qū)圖
2．3諧振腔的本征模式和衍射積分理論分析方法
2．3．1諧振腔的本征模式
2．3．2孔闌傳輸線
2．3．3菲涅爾基爾霍夫衍射積分
2．3．4自再現(xiàn)模的積分方程
2．3．5復(fù)常數(shù)γ的意義
2．3．6分離變量法
2．4方形鏡共焦腔的自再現(xiàn)模
2．4．1求解積分方程
2．4．2鏡面上場(chǎng)的分布
2．4．3單程損耗
2．4．4單程相移與諧振頻率
2．4．5腔內(nèi)、外的行波場(chǎng)
2．5高斯光束的傳播特性
2．5．1振幅分布和光斑尺寸
2．5．2相位分布
2．5．3遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角
2．6圓形鏡共焦腔的模
2．6．1拉蓋爾高斯近似
2．6．2模的特征
2．6．3行波場(chǎng)
2．7一般穩(wěn)定球面腔的模式特征
2．7．1等價(jià)共焦腔
2．7．2一般穩(wěn)定球面腔的模式特征
2．8高斯光束
2．8．1高斯光束的性質(zhì)和q參數(shù)
2．8．2高斯光束的變換規(guī)律
2．8．3高斯光束的聚焦
2．8．4高斯光束的準(zhǔn)直
2．9激光光束質(zhì)量因子
本章小結(jié)
習(xí)題
第3章光場(chǎng)與物質(zhì)的相互作用
3．1光場(chǎng)與物質(zhì)相互作用的理論
3．1．1光場(chǎng)與物質(zhì)相互作用的理論體系
3．1．2光場(chǎng)與物質(zhì)相互作用的經(jīng)典理論
3．2譜線加寬和線型函數(shù)
3．2．1基本概念
3．2．2均勻加寬
3．2．3非均勻加寬
3．2．4綜合加寬
3．3典型激光器速率方程
3．3．1愛因斯坦系數(shù)的修正
3．3．2單模振蕩速率方程組
3．4小信號(hào)增益系數(shù)
3．4．1增益系數(shù)
3．4．2反轉(zhuǎn)粒子數(shù)
3．4．3小信號(hào)增益系數(shù)
3．5大信號(hào)增益系數(shù)
3．5．1反轉(zhuǎn)粒子數(shù)飽和
3．5．2均勻加寬工作物質(zhì)的大信號(hào)增益系數(shù)
3．5．3非均勻加寬工作物質(zhì)的大信號(hào)增益系數(shù)
3．5．4綜合加寬工作物質(zhì)的大信號(hào)增益系數(shù)
本章小結(jié)
習(xí)題
第4章激光振蕩特性
4．1連續(xù)激光器和脈沖激光器
4．2連續(xù)激光器的振蕩特性
4．2．1閾值條件
4．2．2振蕩模式
4．2．3輸出功率
4．3脈沖激光器的振蕩特性
4．3．1閾值條件
4．3．2輸出能量
4．3．3激光器的效率
4．4弛豫振蕩
4．4．1弛豫振蕩的形成過(guò)程
4．4．2弛豫振蕩的線性近似分析
4．5單模激光器的線寬極限
4．6激光器的頻率牽引
本章小結(jié)
習(xí)題
第5章激光調(diào)制技術(shù)
5．1激光調(diào)制的基本概念
5．1．1激光調(diào)制的分類
5．1．2內(nèi)調(diào)制和外調(diào)制
5．1．3模擬調(diào)制
5．1．4數(shù)字調(diào)制
5．1．5激光調(diào)制的特點(diǎn)
5．2電光調(diào)制
5．2．1電光調(diào)制的物理基礎(chǔ)
5．2．2電光強(qiáng)度調(diào)制
5．2．3電光相位調(diào)制
5．3聲光調(diào)制
5．3．1聲光調(diào)制的物理基礎(chǔ)
5．3．2聲光衍射
5．3．3聲光調(diào)制器
5．4磁光調(diào)制
5．4．1磁光效應(yīng)
5．4．2磁光調(diào)制器
本章小結(jié)
習(xí)題
第6章激光調(diào)Q技術(shù)
6．1調(diào)Q的基本原理
6．1．1調(diào)Q的工作原理
6．1．2調(diào)Q技術(shù)的分類
6．1．3調(diào)Q對(duì)激光器的要求
6．2調(diào)Q激光器速率方程
6．2．1調(diào)Q激光器的速率方程
6．2．2調(diào)Q速率方程的解
6．3電光調(diào)Q
6．3．1基本原理
6．3．2典型電光調(diào)Q方法
6．3．3設(shè)計(jì)電光調(diào)Ｑ激光器應(yīng)考慮的問(wèn)題
6．4聲光調(diào)Q
6．4．1基本原理
6．4．2聲光調(diào)Q器件的結(jié)構(gòu)
6．4．3聲光調(diào)Q激光器的輸出特性
6．5被動(dòng)調(diào)Q
6．5．1被動(dòng)調(diào)Q原理
6．5．2典型被動(dòng)調(diào)Q激光器
6．6PTM調(diào)Q
6．6．1PTM電光調(diào)Q
6．6．2PTM聲光調(diào)Q
本章小結(jié)
習(xí)題
第7章模式選擇技術(shù)
7．1橫模選擇原理
7．1．1單橫模激光器
7．1．2橫模選擇原理
7．2橫模選擇方法
7．2．1參數(shù)選擇法
7．2．2小孔光闌法
7．2．3透鏡法
7．2．4非穩(wěn)腔法
7．3縱模選擇原理和方法
7．3．1縱模選擇原理
7．3．2縱模選擇方法
7．4模式測(cè)量方法
7．4．1直接觀測(cè)法
7．4．2光點(diǎn)掃描法
7．4．3掃描干涉儀法
7．4．4FP照相法
本章小結(jié)
習(xí)題
第8章鎖模技術(shù)
8．1超短脈沖概述
8．2鎖模的基本原理
8．2．1多縱模激光器的輸出特性
8．2．2鎖模的基本原理
8．3主動(dòng)鎖模
8．3．1振幅調(diào)制鎖模
8．3．2相位調(diào)制鎖模
8．3．3主動(dòng)鎖模激光器
8．4被動(dòng)鎖模
8．4．1固體激光器的被動(dòng)鎖模
8．4．2染料激光器的被動(dòng)鎖模
8．5同步泵浦鎖模
8．5．1同步泵浦鎖模原理
8．5．2同步泵浦鎖模激光器
8．6自鎖模
8．6．1自鎖模原理
8．6．2自鎖模摻鈦藍(lán)寶石激光器
本章小結(jié)
習(xí)題
第9章穩(wěn)頻技術(shù)
9．1頻率的穩(wěn)定性
9．1．1頻率的穩(wěn)定性和復(fù)現(xiàn)性
9．1．2影響頻率穩(wěn)定性的因素
9．1．3穩(wěn)頻方法
9．1．4對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率的要求
9．2蘭姆凹陷穩(wěn)頻
9．2．1系統(tǒng)組成
9．2．2工作原理
9．2．3注意事項(xiàng)
9．3塞曼效應(yīng)穩(wěn)頻
9．3．1縱向塞曼效應(yīng)
9．3．2塞曼效應(yīng)雙頻穩(wěn)頻激光器
9．3．3塞曼效應(yīng)吸收穩(wěn)頻
9．4飽和吸收穩(wěn)頻
9．4．1系統(tǒng)組成
9．4．2工作原理
9．5其他穩(wěn)頻激光器
9．5．1CO2激光器的穩(wěn)頻
9．5．2固體脈沖激光器的穩(wěn)頻
9．5．3半導(dǎo)體激光器的穩(wěn)頻
9．5．4光纖激光器的穩(wěn)頻
本章小結(jié)
習(xí)題
第10章頻率變換技術(shù)
10．1非線性極化
10．1．1原子的電極化
10．1．2非線性極化
10．1．3非線性介質(zhì)中的波耦合方程
10.2激光倍頻技術(shù)
10.2.1倍頻的波耦合方程
10．2．2相位匹配的意義
10．2．3準(zhǔn)相位匹配方法
10．2．4倍頻方式
10．3和頻與三倍頻技術(shù)
10．3．1和頻技術(shù)
10．3．2三倍頻技術(shù)
10．4光參量振蕩技術(shù)
10．4．1光參量放大
10．4．2光參量振蕩
10．4．3光參量振蕩運(yùn)轉(zhuǎn)方式
10．4．4光參量振蕩器的頻率調(diào)諧方法
10．5受激拉曼散射技術(shù)
10．5．1拉曼散射
10．5．2受激拉曼散射的調(diào)諧作用
10．5．3拉曼散射激光器
本章小結(jié)
習(xí)題
第11章固體激光器
11．1固體激光器的基本原理
11．1．1固體激光器的基本結(jié)構(gòu)
11．1．2固體激光放大器的結(jié)構(gòu)
11．1．3固體激光器的能量轉(zhuǎn)換
11．2固體工作物質(zhì)
11．2．1紅寶石晶體
11．2．2摻釹釔鋁石榴石晶體
11．2．3釹玻璃
11．2．4激光陶瓷
11．2．5鉺玻璃(摻鉺磷酸鹽玻璃)
11．2．6摻鈥釔鋁石榴石
11．2．7摻鈦藍(lán)寶石晶體
11．3泵浦光源
11．3．1惰性氣體放電燈
11．3．2激光二極管
11．3．3太陽(yáng)光
11．4典型固體激光器
11．4．1燈泵固體激光器
11．4．2側(cè)面泵浦固體激光器
11．4．3端面泵浦固體激光器
本章小結(jié)
習(xí)題
附錄
參考文獻(xiàn)
書單推薦
