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第一篇 气体激光器2

第一章 气体激光器的放电激励基础2

1.1 气体放电的基本过程2

1.1.1 气体放电粒子的种类及其相互作用2

1.1.2 气体放电的基本参量5

1.1.3 气体放电的形式8

1.2 气体放电中的选择激发过程11

1.2.1 共振激发能量转移11

1.2.2 电荷转移13

1.2.3 潘宁效应13

1.2.4 电子碰撞13

1.3 气体激光器的整机效率和其他激励方式14

1.3.1 气体激光器的整机效率14

1.3.2 气体激光器的其他激励方式15

练习与思考题16

第二章 原子气体激光器17

2.1 氦氖激光器的工作原理17

2.1.1 氦氖激光器的基本结构17

2.1.2 氦氖原子的能级结构19

2.1.3 粒子数反转分布的建立过程21

2.2 氦氖激光器的工作特性23

2.2.1 氦氖激光器速率方程组24

2.2.2 增益与放电条件的关系24

2.2.3 增益曲线和增益饱和27

2.3 氦氖激光器的输出特性29

2.3.1 氦氖激光器的输出功率29

2.3.2 氦氖激光束的发散角34

2.3.3 氦氖激光的偏振特性34

2.3.4 氦氖激光的频率特性35

2.4 氦氖激光器的设计38

2.4.1 放电管长度和谐振腔长度39

2.4.2 反射镜曲率半径39

2.4.3 放电管内径41

2.4.4 最佳透过率41

2.4.5 设计举例42

2.5 其他氦氖激光器和其他惰性气体原子激光器42

2.5.1 其他形式的氦氖激光器43

2.5.2 其他惰性气体原子激光器45

2.6 金属蒸气原子激光器46

2.6.1 自终止跃迁激光器46

2.6.2 铜蒸气原子激光器48

2.6.3 其他金属蒸气原子激光器52

练习与思考题55

第三章 分子气体激光器57

3.1 普通型二氧化碳分子激光器的激励机理57

3.1.1 二氧化碳分子能级结构57

3.1.2 粒子数反转分布的建立60

3.2 普通型二氧化碳分子激光器的工作特性65

3.2.1 普通型二氧化碳分子激光器的结构66

3.2.2 普通型二氧化碳分子激光器的工作特性67

3.2.3 辅助气体71

3.3 普通型二氧化碳分子激光器的输出特性72

3.3.1 输出功率72

3.3.2 频谱特性76

3.3.3 选支原理80

3.4 中小型二氧化碳分子激光器的设计84

3.4.1 放电管长度和腔长84

3.4.2 腔镜曲率半径84

3.4.3 放电管直径84

3.4.4 输出镜最佳透过率Topt84

3.4.5 估计功率P85

3.5 流动型二氧化碳分子激光器85

3.5.1 流动型二氧化碳分子激光器的工作特性85

3.5.2 流动型二氧化碳分子激光器的分类86

3.6 横向激励高气压型二氧化碳分子激光器88

3.6.1 TEACO2分子激光器的特点88

3.6.2 TEACO2分子激光器的工作特性89

3.6.3 高气压均匀辉光放电技术93

3.6.4 紫外预电离TEACO2分子激光器94

3.7 气动型二氧化碳分子激光器95

3.7.1 气动CO2分子激光器的工作原理95

3.7.2 气动CO2分子激光器的结构96

3.7.3 气动CO2分子激光器的工作特性97

3.8 准分子激光器99

3.8.1 准分子概念及其能级结构100

3.8.2 XeF激光器的工作原理101

3.8.3 快放电激励XeF准分子激光器102

3.8.4 电子束激励XeF准分子激光器104

3.9 光泵远红外分子激光器105

3.9.1 光泵浦概念105

3.9.2 光泵远红外分子激光器基本原理106

3.9.3 谐振腔构型106

3.10 氮分子激光器108

3.10.1 氮分子激光器激发机理109

3.10.2 氮分子激光器的激励电路111

3.10.3 氮分子激光器的输出特性112

练习与思考题115

第四章 气体离子激光器117

4.1 氩离子激光器117

4.1.1 氩离子的能级结构和激发机理117

4.1.2 氩离子激光器的结构119

4.1.3 氩离子激光器的工作特性121

4.2 氦-镉离子激光器124

4.2.1 镉离子的能级结构和激发125

4.2.2 氦-镉离子激光器的结构126

4.2.3 氦-镉离子激光器的工作特性127

4.3 其他金属蒸气离子激光器129

4.3.1 砷金属蒸气离子激光器129

4.3.2 氩-氪离子激光器129

4.3.3 氪离子激光器130

4.3.4 氦-镉-汞离子激光器130

4.3.5 氦-铅离子激光器130

练习与思考题130

第二篇 固体激光器132

第五章 固体激光器的基本特性132

5.1 固体激光器的基本原理132

5.1.1 固体激光器的基本结构132

5.1.2 固体激光器的能量转换133

5.2 固体激光器的基本特性134

5.2.1 固体激光器的阈值134

5.2.2 固体激光器的增益饱和和饱和光强135

5.2.3 固体激光器的弛豫振荡135

5.2.4 固体激光器的输出光束质量137

5.2.5 固体激光器的光谱特性137

5.2.6 固体激光器的偏振特性138

练习与思考题138

第六章 固体激光器工作物质的性质139

6.1 固体激光器对工作物质的基本要求139

6.1.1 基质材料139

6.1.2 激活离子141

6.2 红宝石晶体142

6.2.1 红宝石晶体的物理性质142

6.2.2 红宝石晶体的激光性质143

6.3 掺钕钇铝石榴石晶体145

6.3.1 掺钕钇铝石榴石晶体的物理性质145

6.3.2 掺钕钇铝石榴石晶体的激光性质146

6.4 钕玻璃148

6.4.1 钕玻璃的物理性质148

6.4.2 钕玻璃的激光性质148

6.5 其他固体激光工作物质150

6.5.1 激光陶瓷150

6.5.2 掺铒钇铝石榴石晶体153

6.5.3 掺钬钇铝石榴石晶体153

6.5.4 掺钕铝酸钇晶体154

6.5.5 掺钛蓝宝石晶体155

练习与思考题157

第七章 固体激光器的光泵浦系统158

7.1 泵浦光源158

7.1.1 惰性气体放电灯158

7.1.2 卤钨灯161

7.1.3 激光二极管161

7.1.4 太阳光162

7.2 聚光腔162

7.2.1 泵浦方式与聚光腔结构162

7.2.2 聚光腔的能量传输特性165

7.3 泵浦光源的供电系统165

7.3.1 脉冲氙灯的供电系统165

7.3.2 连续氪弧光灯的供电系统170

练习与思考题171

第八章 固体激光器的热效应及补偿172

8.1 固体激光工作物质的热效应172

8.1.1 连续固体激光器的热效应172

8.1.2 单脉冲固体激光器的热效应176

8.1.3 重复率脉冲固体激光器的热效应176

8.2 固体激光器的散热177

8.2.1 冷却技术177

8.2.2 光学补偿方法179

8.2.3 采用非圆柱形工作物质179

练习与思考题180

第九章 固体激光器谐振腔181

9.1 光学谐振腔的模参数181

9.1.1 谐振腔的变换矩阵181

9.1.2 谐振腔的稳定性条件182

9.2 类透镜介质对激光束的变换182

9.2.1 类透镜介质182

9.2.2 类透镜介质对激光束的变换矩阵183

9.3 热稳腔185

9.3.1 热稳条件185

9.3.2 几种典型的热稳腔187

练习与思考题190

第三篇 半导体激光器192

第十章 半导体激光器的工作原理192

10.1 半导体物理基础192

10.1.1 半导体的能带结构192

10.1.2 电子在能带之间的跃迁194

10.1.3 辐射复合与非辐射复合195

10.1.4 PN结的能带结构198

10.2 半导体激光器的工作原理201

10.2.1 半导体激光器的粒子数反转分布条件202

10.2.2 半导体激光器有源介质的增益系数203

10.2.3 阈值增益205

10.2.4 光子反馈方式205

练习与思考题206

第十一章 半导体激光器的基本构型207

11.1 异质结激光器207

11.1.1 异质结的构型和主要性质208

11.1.2 单异质结激光器212

11.1.3 双异质结激光器214

11.1.4 条形结激光器216

11.2 量子阱激光器217

11.2.1 量子阱217

11.2.2 量子阱激光器218

11.2.3 应变量子阱激光器220

11.3 其他结构的半导体激光器222

11.3.1 分布反馈和分布布拉格反射半导体激光器222

11.3.2 垂直腔表面发射激光器223

11.3.3 微碟半导体激光器224

练习与思考题225

第十二章 半导体激光器的输出特性226

12.1 半导体激光器的转换效率226

12.1.1 功率效率226

12.1.2 量子效率227

12.2 半导体激光器的空间模式228

12.2.1 垂直方向发散角228

12.2.2 平行方向发散角229

12.2.3 半导体激光器的像散230

12.3 半导体激光器的纵模231

12.3.1 纵模模谱231

12.3.2 影响纵模谱的因素232

12.3.3 纵模与横模之间的关系234

12.3.4 LD的光谱线宽234

12.4 半导体激光器的动态特性236

12.4.1 速率方程236

12.4.2 接通延迟和弛豫振荡237

12.4.3 调制特性238

12.4.4 噪声特性239

练习与思考题240

第四篇 其他激光器242

第十三章 液体激光器242

13.1 有机染料分子的光吸收和光发射242

13.1.1 染料分子的能级结构242

13.1.2 染料分子的光吸收和光发射245

13.2 脉冲染料激光器245

13.2.1 粒子数反转分布的建立246

13.2.2 脉冲激光泵浦染料激光器247

13.3 连续染料激光器251

13.3.1 染料激光器连续工作条件251

13.3.2 连续染料激光器的阈值泵浦功率密度251

13.3.3 典型的连续波染料激光器252

13.4 无机液体激光器254

13.4.1 激光机理254

13.4.2 无机液体激光器的结构和特性255

练习与思考题255

第十四章 化学激光器256

14.1 化学激光器的工作原理256

14.1.1 化学激光器的特点256

14.1.2 化学激光器的激发机理257

14.2 氟化氢化学激光器258

14.2.1 粒子数反转分布机理259

14.2.2 连续波氟化氢化学激光器的结构和特性260

14.2.3 脉冲氟化氢化学激光器的结构和特性263

14.3 氧碘化学激光器263

14.3.1 氧碘化学激光器的激光跃迁及工作原理264

14.3.2 氧碘化学激光器的结构和特性264

14.3.3 化学氧碘激光器的发展267

练习与思考题268

第十五章 自由电子激光器269

15.1 自由电子激光器的工作原理269

15.1.1 自由电子激光器的结构269

15.1.2 自由电子光辐射的产生271

15.1.3 自由电子激光的产生274

15.2 自由电子激光器的主要类型275

15.2.1 磁韧致自由电子激光器275

15.2.2 史密斯-珀塞尔自由电子激光器277

15.2.3 受激喇曼自由电子激光器278

练习与思考题279

第十六章 光纤激光器280

16.1 光纤激光器的工作原理280

16.1.1 光纤激光器的激光过程280

16.1.2 光纤激光器的谐振腔281

16.2 光纤激光器的类型283

16.2.1 掺稀土元素光纤激光器283

16.2.2 单晶光纤激光器284

16.2.3 塑料光纤激光器284

16.2.4 光纤喇曼激光器285

练习与思考题285

参考文献286