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绪论1

第1章　激光的基本原理及其特性3

1.1　激光的特性3

1.1.1　单色性与时间相干性3

1.1.2　方向性与空间相干性4

1.1.3　高亮度4

1.1.4　高阶相关5

1.2　激光产生的必要条件5

1.2.1　二能级系统的三种跃迁5

1.2.2　激光产生的必要条件8

1.3　激光产生的充分条件9

1.3.1　饱和光强的概念9

1.3.2　饱和光强的简单计算10

1.3.3　产生激光的充分条件10

1.4　谱线加宽12

1.4.1　概述13

1.4.2　均匀加宽14

1.4.3　非均匀加宽15

1.5　谱线加宽下的增益系数17

1.6　激光器的速率方程18

1.6.1　速率方程的建立18

1.6.2　速率方程的稳态解19

1.6.3　反转粒子数及增益饱和20

1.7　连续与脉冲工作21

1.7.1　固体三能级系统速率方程组21

1.7.2　速率方程的解23

1.7.3　激光器的工作状态24

1.8　粒子数反转分布条件25

1.8.1　稳态工作情况25

1.8.2　瞬态工作情况26

1.9　激光放大的阈值条件27

1.9.1 阈值增益系数和粒子数27

1.9.2　连续／长脉冲光泵阈值功率28

1.9.3　短脉冲工作28

1.10　均匀加宽激光器的模竞争和频率牵引29

1.10.1　均匀加宽激光器的模竞争29

1.10.2　频率牵引30

1.11　激光器的输出特性31

1.11.1　均匀加宽连续激光器的输出功率31

1.11.2　脉冲激光器的输出能量32

1.12　激光器的泵浦技术33

1.12.1　直接泵浦33

1.12.2　间接泵浦34

第2章　光学谐振腔理论37

2.1　光学谐振腔的基本知识38

2.1.1　光学谐振腔的构成和分类38

2.1.2　光学谐振腔的作用39

2.1.3　腔模39

2.2　光学谐振腔的损耗43

2.2.1　光腔的损耗及其描述43

2.2.2　光子在腔内的平均寿命47

2.2.3　无源腔的品质因数——Q值48

2.2.4　无源腔的单模线宽48

2.3　光学谐振腔的稳定性条件49

2.3.1　光线传播的矩阵表示49

2.3.2　共轴球面腔的稳定性条件54

2.3.3　稳区图55

2.4　谐振腔的衍射积分理论56

2.4.1　菲涅耳-基尔霍夫衍射积分56

2.4.2 自再现模所应满足的积分方程式58

2.4.3　积分方程解的物理意义59

2.5　平行平面腔的自再现模60

2.5.1　平行平面腔的模式积分方程61

2.5.2　平行平面腔模的数值迭代解法62

2.6　对称共焦腔的自再现模65

2.6.1　方形球面镜共焦腔模式积分方程及其解65

2.6.2　方形球面镜共焦腔自再现模的特征67

2.6.3　方形球面镜共焦腔的行波场71

2.6.4　圆形球面镜共焦腔74

2.7　一般稳定球面腔的模式理论76

2.7.1　等价共焦腔77

2.7.2　一般稳定球面腔的模式特征78

2.8　高斯光束81

2.8.1　高斯光束的基本性质81

2.8.2　高斯光束的q参数83

2.8.3　高斯光束q参数的变换规律84

2.8.4　ABCD定律在谐振腔中的应用87

2.9　非稳腔的模式理论88

2.9.1　非稳腔的几何自再现波型88

2.9.2　非稳腔的几何放大率90

2.9.3　非稳腔的能量损耗率92

第3章　典型激光器94

3.1 概述94

3.1.1　激光器的基本结构94

3.1.2　激光器的分类及其主要输出特性95

3.2　气体激光器98

3.2.1　气体放电激励基础98

3.2.2　He-Ne激光器102

3.2.3　CO2激光器112

3.3　固体激光器131

3.3.1　固体工作物质131

3.3.2　光泵浦系统139

3.3.3　工作物质的热效应及其散热151

3.3.4　掺钛蓝宝石激光器156

3.4　染料激光器160

3.4.1　染料激光器的工作原理161

3.4.2　染料激光器的泵浦方式与典型器件结构165

第4章　半导体激光器168

4.1　半导体的能带结构和电子状态168

4.1.1　能带概念的引入168

4.1.2　半导体中的电子状态169

4.2　激发与复合辐射171

4.2.1　直接跃迁和半导体激光材料171

4.2.2　态密度和电子的激发172

4.2.3　非本征半导体材料——pn结174

4.3　激光振荡条件175

4.3.1　半导体中的光增益175

4.3.2　损耗和阈值振荡条件177

4.4　异质结半导体激光器178

4.4.1　异质结178

4.4.2　激光器的结构180

4.5　半导体激光的波长与线宽181

4.5.1　半导体激光的波长181

4.5.2　线宽与频率控制182

4.6　半导体激光器当前发展趋势183

4.6.1　大功率半导体激光器183

4.6.2　表面发射激光器185

4.7　半导体激光的应用187

4.7.1　概述187

4.7.2　半导体激光器在各种CD盘中的应用188

4.7.3　半导体激光器在光纤通信中的应用189

第5章　激光调制技术192

5.1　调制的基本概念192

5.1.1　振幅调制193

5.1.2　频率调制和相位调制193

5.1.3　强度调制195

5.1.4　脉冲调制196

5.1.5　脉冲编码调制196

5.2 电光调制197

5.2.1　电光调制的物理基础197

5.2.2　电光强度调制202

5.2.3　电光相位调制207

5.2.4　电光调制器的电学性能208

5.2.5　设计电光调制器应考虑的问题211

5.3　声光调制212

5.3.1　声光调制的物理基础212

5.3.2　声光相互作用的两种类型213

5.3.3　声光体调制器218

5.3.4　声光调制器设计应考虑的问题221

5.4　磁光调制223

5.4.1　磁光调制的物理基础223

5.4.2　磁光体调制器224

5.5　直接调制225

5.5.1　半导体激光器（LD）直接调制的原理225

5.5.2　半导体光源的模拟调制226

5.5.3　半导体光源的PCM数字调制227

第6章　调Q技术与锁模技术228

6.1 调Q技术228

6.1.1　调Q的基本理论228

6.1.2　调Q激光器的速率方程233

6.1.3　电光调Q240

6.1.4　可饱和吸收调Q248

6.1.5　声光调Q253

6.1.6　机械转镜调Q255

6.2　锁模技术257

6.2.1　锁模的基本理论257

6.2.2　实现锁模的主要方法261

6.2.3　主动锁模原理与器件262

6.2.4　被动锁模原理与器件267

6.2.5　同步泵浦锁模原理与器件271

6.2.6　自锁模原理与器件272

第7章　激光频率变换技术275

7.1　介质的非线性极化275

7.1.1　非线性极化概述275

7.1.2　非线性极化率张量的性质278

7.1.3　倍频极化率张量280

7.1.4　有效倍频极化率285

7.2　非线性耦合波方程287

7.2.1　非线性波动方程288

7.2.2　耦合波振幅方程288

7.3　光学倍频292

7.3.1　光学倍频的基本描述292

7.3.2　光学倍频的理论分析292

7.3.3　高转换效率情况下的光学倍频300

7.3.4　倍频过程中的能量守恒和动量守恒302

7.3.5　光学倍频的实验系统303

7.4　光学和频与差频效应306

7.5　光学参量振荡与放大309

7.5.1　光学参量效应的描述309

7.5.2　光学参量放大效应310

7.5.3　光学参量振荡器312

参考文献316