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第1章 激光的基本原理及其特性1

1.1激光的特性1

1.1.1单色性与时间相干性1

1.1.2方向性与空间相干性2

1.1.3高亮度3

1.1.4高阶相关3

1.2光波模式和光子状态4

1.2.1光波模式4

1.2.2光子状态5

1.2.3光子的相干性7

1.2.4光子简并度7

1.3原子的能级、分布和跃迁8

1.3.1原子的能级8

1.3.2能级间的跃迁和辐射8

1.3.3 Boltzman分布9

1.4激光产生的必要条件9

1.4.1二能级系统的三种跃迁10

1.4.2激光产生的必要条件12

1.5激光产生的充分条件13

1.5.1饱和光强的概念13

1.5.2饱和光强的简单计算14

1.5.3产生激光的充分条件14

1.6谱线加宽和线型函数16

1.6.1概述16

1.6.2均匀加宽17

1.6.3非均匀加宽19

1.7谱线加宽下的增益系数22

1.7.1谱线加宽下的跃迁系数修正22

1.7.2吸收截面和发射截面23

1.7.3谱线加宽下的增益系数24

1.8激光器的速率方程25

1.8.1速率方程的建立25

1.8.2固体三能级系统速率方程组26

1.8.3固体四能级系统速率方程组27

1.8.4速率方程的稳态解28

1.8.5反转粒子数及增益的饱和28

1.9连续与脉冲工作32

1.9.1速率方程的解33

1.9.2激光器的工作状态33

1.10激光放大的阈值条件35

1.10.1粒子数反转分布条件35

1.10.2阈值增益系数和阈值反转粒子数密度36

1.10.3连续/长脉冲阈值光泵功率37

1.10.4短脉冲工作阈值光泵能量38

1.11激光器的振荡模式39

1.11.1起振纵模数目的估算39

1.11.2激光器稳定工作状态的建立40

1.11.3均匀加宽激光器的模竞争40

1.11.4非均匀加宽激光器的多模振荡41

1.11.5频率牵引42

1.12激光器的输出特性43

1.12.1连续激光器的输出功率43

1.12.2脉冲激光器的输出能量45

1.13激光器的单模线宽极限和弛豫振荡46

1.13.1激光器的单模线宽极限46

1.13.2弛豫振荡47

1.14激光器的泵浦技术48

1.14.1直接泵浦48

1.14.2间接泵浦49

第2章 光学谐振腔理论52

2.1光学谐振腔的基本知识53

2.1.1光学谐振腔的构成和分类53

2.1.2光学谐振腔的作用53

2.1.3腔模54

2.2光学谐振腔的损耗57

2.2.1光腔的损耗及其描述57

2.2.2光子在腔内的平均寿命60

2.2.3无源腔的品质因数——Q值61

2.2.4无源腔的单模线宽62

2.3光学谐振腔的稳定性条件62

2.3.1光线传播的矩阵表示62

2.3.2共轴球面腔的稳定性条件66

2.3.3稳区图67

2.4谐振腔的衍射积分理论68

2.4.1菲涅耳-基尔霍夫衍射积分69

2.4.2自再现模所应满足的积分方程式70

2.4.3积分方程解的物理意义71

2.5平行平面腔的自再现模72

2.5.1平行平面腔的模式积分方程72

2.5.2平行平面腔模的数值迭代解法73

2.6对称共焦腔的自再现模75

2.6.1方形球面镜共焦腔模式积分方程及其解76

2.6.2方形球面镜共焦腔自再现模的特征78

2.6.3方形球面镜共焦腔的行波场81

2.6.4圆形球面镜共焦腔84

2.7一般稳定球面腔的模式理论85

2.7.1等价共焦腔86

2.7.2一般稳定球面腔的模式特征87

2.8高斯光束89

2.8.1高斯光束的基本性质90

2.8.2高斯光束的q参数91

2.8.3高斯光束q参数的变换规律92

2.8.4 ABCD定律在谐振腔中的应用95

2.9非稳腔的模式理论96

2.9.1非稳腔的几何自再现波型96

2.9.2非稳腔的几何放大率98

2.9.3非稳腔的能量损耗率99

第3章 典型激光器101

3.1概述101

3.1.1激光器的基本结构101

3.1.2激光器的分类及其主要输出特性102

3.2气体激光器105

3.2.1气体放电激励基础105

3.2.2 He-Ne激光器108

3.2.3 CO2激光器116

3.3固体激光器131

3.3.1固体工作物质132

3.3.2光泵浦系统139

3.3.3工作物质的热效应及其散热149

3.3.4掺钛蓝宝石激光器153

3.4染料激光器157

3.4.1染料激光器的工作原理158

3.4.2染料激光器的泵浦方式与典型器件结构161

第4章 半导体激光器163

4.1半导体的能带结构和电子状态163

4.1.1能带概念的引入163

4.1.2半导体中的电子状态164

4.2激发与复合辐射165

4.2.1直接跃迁和半导体激光材料165

4.2.2态密度和电子的激发167

4.2.3非本征半导体材料——pn结168

4.3激光振荡条件169

4.3.1半导体中的光增益169

4.3.2损耗和阈值振荡条件170

4.4异质结半导体激光器172

4.4.1异质结172

4.4.2激光器的结构173

4.5半导体激光的波长与线宽174

4.5.1半导体激光的波长174

4.5.2线宽与频率控制175

4.6半导体激光器当前发展趋势176

4.6.1大功率半导体激光器176

4.6.2表面发射激光器177

4.7半导体激光的应用179

4.7.1概述179

4.7.2半导体激光器在各种CD盘中的应用179

4.7.3半导体激光器在光纤通信中的应用180

第5章 光纤激光器183

5.1引言183

5.2光纤激光器的工作原理184

5.3模及单模运转条件187

5.3.1块状工作介质187

5.3.2光纤工作物质188

5.3.3模特性与截止频率189

5.3.4光纤激光器的基本结构194

5.4双包层光纤激光器194

5.4.1单包层光纤的限制194

5.4.2双包层光纤激光器195

5.4.3光子晶体光纤激光器简介198

5.5受激散射光纤激光器199

5.5.1 Raman散射199

5.5.2 Raman散射光纤激光器200

5.5.3受激布里渊散射光纤激光器201

5.6调Q和锁模光纤激光器202

5.6.1光纤激光器的调Q工作202

5.6.2光纤激光器的锁模工作203

5.7可调谐光纤激光器205

5.7.1孤立波和光孤子205

5.7.2全光纤系统中波长可调谐光孤子脉冲206

5.7.3波长连续可调光纤激光器206

5.8高峰值功率光纤激光现状207

5.8.1高峰值功率光纤激光207

5.8.2窄线宽高峰值功率激光器207

第6章 热容激光器209

6.1固体的热容209

6.1.1固体热容的经典理论209

6.1.2固体热容的量子理论209

6.2储热与温升213

6.2.1储热功率与输出光功率213

6.2.2温度的升高214

6.2.3能量输出214

6.3温度分布与热应力215

6.3.1表面与中心的温度差215

6.3.2应力比较216

6.4光束畸变218

6.5 NOPC的基本原理219

6.5.1相位共轭波的定义219

6.5.2 PCM与CPM的比较219

6.5.3 SBS相位共轭波221

6.6固态激光器的自适应象差校正224

6.6.1引言224

6.6.2用于固体激光器的MMDM基自适应光学系统225

6.6.3用于固体激光器的Bimorph基自适应光学系统226

第7章 模式选择技术与稳频技术228

7.1模式选择技术228

7.1.1激光模式与选模的概念228

7.1.2横模选择技术230

7.1.3纵模选择技术235

7.2稳频技术239

7.2.1稳频的基本理论239

7.2.2兰姆凹陷稳频242

7.2.3塞曼稳频245

7.2.4分子饱和吸收稳频248

7.2.5半导体激光器的稳频250

第8章 激光光束质量的评价和测量252

8.1激光束宽的定义方法252

8.2激光光束质量的评价方法255

8.2.1激光光束质量的常用评价参数255

8.2.2一些激光束的M2因子258

8.3激光束传输特性参数的测量260

8.3.1光束宽度的测量260

8.3.2远场发散角的测量261

8.3.3激光光束质量参数的测量262

8.3.4其他测量束宽的方法263

第9章 调Q技术与锁模技术266

9.1调Q技术266

9.1.1调Q的基本理论266

9.1.2调Q激光器的速率方程270

9.1.3电光调Q274

9.1.4可饱和吸收调Q282

9.1.5声光调Q287

9.1.6机械转镜调Q291

9.2锁模技术292

9.2.1锁模的基本理论293

9.2.2实现锁模的主要方法296

9.2.3主动锁模原理与器件297

9.2.4被动锁模原理与器件301

9.2.5同步泵浦锁模原理与器件304

9.2.6自锁模原理与器件306

第10章 激光调制技术308

10.1调制的基本概念308

10.1.1振幅调制309

10.1.2频率调制和相位调制309

10.1.3强度调制310

10.1.4脉冲调制311

10.1.5脉冲编码调制312

10.2电光调制312

10.2.1电光调制的物理基础313

10.2.2电光强度调制317

10.2.3电光相位调制321

10.2.4电光调制器的电学性能322

10.2.5设计电光调制器应考虑的问题324

10.3声光调制325

10.3.1声光调制的物理基础325

10.3.2声光相互作用的两种类型326

10.3.3声光调制器330

10.3.4声光调制器设计应考虑的问题333

10.4磁光调制335

10.4.1磁光调制的物理基础335

10.4.2磁光调制器336

10.5直接调制337

10.5.1半导体激光器（LD）直接调制的原理337

10.5.2半导体光源的模拟调制338

10.5.3半导体光源的PCM数字调制338

第11章 光束功率合成339

11.1概述339

11.2光相干的电磁理论340

11.2.1光的电磁理论340

11.2.2光波的叠加与干涉341

11.3光相干的经典统计描述343

11.3.1复色场的复表示343

11.3.2空间和时间相干度344

11.3.3空间和时间相关性的测量345

11.4光纤激光的相干合成347

11.4.1孔径填充方法348

11.4.2共线干涉叠加法349

11.4.3光束合成的限制条件349

11.5波长光束合成350

11.5.1概述350

11.5.2 WBC合成阵列元数估计351

11.6 WBC与CBC的比较351

参考文献354