本书为普通高等教育“十一五”国家级规划教材。

本书从内容上分为两部分。第1～5章介绍雷射的基本理论，从雷射的物理学基础出发，着重阐明物理概念，以及雷射输出特性与雷射器的参数之间的关係，儘量避免过多的理论计算，以掌握雷射器的选择和使用为主要目的；第6～10章介绍雷射在计量、加工、医学、信息技术，以及现代科技前沿问题中的套用，重点介绍各种套用的思路和方法。

本书可以作为高等学校有关光学和光学工程，以及大量套用雷射技术的理工科各相关专业的教材，也可以供社会读者阅读与自学。

第1章 概述

1.1 雷射发展简史

1.2 雷射的特性

1.2.1 高方向性

1.2.2 单色性

1.2.3 相干性

1.2.4 高亮度

1.3 雷射套用简介

习题与思考题一

第2章 雷射产生的基本原理

2.1 原子发光的机理

2.1.1 原子的结构

2.1.2 原子的能级

2.1.3 原子发光的机理

2.2 自发辐射、受激辐射和受激吸收

2.2.1 自发辐射

2.2.2 受激辐射

2.2.3 受激吸收

2.2.4 三个爱因斯坦係数A21、B21、B12之间的关係

2.3 雷射产生的条件

2.3.1 受激辐射光放大

2.3.2 集居数反转

2.3.3 激活粒子的能级系统

2.3.4 光的自激振荡

2.4 雷射器的基本组成与分类

2.4.1 雷射器的基本组成

2.4.2 雷射工作物质

2.4.3 泵浦源

2.4.4 光学谐振腔

2.4.5 雷射器的分类

习题与思考题二

第3章 光学谐振腔与雷射模式

3.1 光学谐振腔的构成和分类

3.1.1 光学谐振腔的构成和分类

3.1.2 典型开放式光学谐振腔

3.2 雷射模式

3.2.1 驻波与谐振频率

3.2.2 纵模

3.2.3 横模

3.3 光学谐振腔的损耗

3.3.1 光腔的损耗

3.3.2 光子在腔内的平均寿命

3.3.3 无源腔的品质因数——Q值

3.4 光学谐振腔的稳定性条件

3.4.1 腔内光线往返传播的矩阵表示

3.4.2 共轴球面腔的稳定性条件

3.4.3 临界腔

3.5 光学谐振腔的衍射理论基础

3.5.1 自再现模

3.5.2 菲涅耳—基尔霍夫衍射积分

3.5.3 自再现模积分方程

3.5.4 自再现模积分方程解的物理意义

3.6 平行平面腔的自再现模

3.6.1 平行平面镜腔的自再现模积分方程

3.6.2 平行平面腔模的数值叠代解法

3.6.3 单程衍射损耗、单程相移与谐振频率

3.7 对称共焦腔的自再现模

3.7.1 方形镜对称共焦腔

3.7.2 圆形镜共焦腔

3.8 一般稳定球面腔的模式理论

3.8.1 一般稳定球面腔与共焦腔的等价性

3.8.2 一般稳定球面腔的模式特徵

3.9 非稳定谐振腔

3.9.1 非稳腔的基本结构

3.9.2 非稳腔的几何自再现波型

3.9.3 非稳腔的几何放大率

3.9.4 非稳腔的能量损耗

3.9.5 非稳腔的输出耦合方式

3.9.6 非稳腔的主要特点

习题与思考题三

第4章 高斯光束

4.1 高斯光束的基本性质

4.1.1 高斯光束

4.1.2 高斯光束的基本性质

4.1.3 高斯光束的特徵参数

4.2 高斯光束的传输与变换规律

4.2.1 高斯光束的传输与变换规律

4.2.2 实例分析

4.3 高斯光束的聚焦和準直

4.3.1 高斯光束的聚焦

4.3.2 高斯光束的準直

4.4 高斯光束的匹配

4.5 雷射束质量因子

习题与思考题四

第5章 雷射工作物质的增益特性

5.1 谱线加宽与线型函式

5.1.1 谱线加宽概述

5.1.2 光谱线加宽的机理

5.1.3 均匀加宽、非均匀加宽和综合加宽

5.2 速率方程

5.2.1 对自发辐射、受激辐射、受激吸收机率的修正

5.2.2 单模振荡速率方程

5.2.3 多模振荡速率方程

5.3 均匀加宽雷射工作物质对光的增益

5.3.1 增益係数

5.3.2 反转集居数饱和与增益饱和

5.4 非均匀加宽雷射工作物质对光的增益

5.4.1 非均匀加宽介质的反转集居数饱和与增益饱和

5.4.2 非均匀加宽气体雷射器中驻波产生的烧孔效应

习题与思考题五

第6章 雷射器的工作特性

6.1 连续与脉冲工作方式

6.1.1 短脉冲运转

6.1.2 长脉冲和连续运转

6.2 雷射器的振荡阈值

6.2.1 阈值增益係数

6.2.2 阈值反转集居数密度

6.2.3 阈值泵浦功率和能量

6.3 雷射器的振荡模式

6.3.1 起振纵模数

6.3.2 均匀加宽雷射器的输出模式

6.3.3 非均匀加宽雷射器的输出模式

6.4 连续雷射器的输出功率与能量

6.4.1 均匀加宽单模雷射器

6.4.2 非均匀加宽单模雷射器

6.4.3 多模雷射器

6.5 脉冲雷射器的工作特性

6.5.1 短脉冲雷射器的输出能量

6.5.2 弛豫振荡

习题与思考题六

第7章 雷射特性的控制与改善

7.1 模式选择

7.1.1 横模选择

7.1.2 纵模选择

7.2 稳频技术

7.2.1 频率的稳定性

7.2.2 稳频方法

7.3 调Q技术

7.3.1 调Q雷射器工作原理

7.3.2 Q调製方法

7.3.3 调Q雷射器基本理论

7.4 超短脉冲技术

7.4.1 锁模原理

7.4.2 锁模方法

7.4.3 均匀加宽雷射器主动锁模自洽理论

7.4.4 阿秒雷射的产生与测量

7.5 雷射调製技术

7.5.1 雷射调製的基本概念

7.5.2 电光调製、声光调製和磁光调製

7.5.3 直接调製

7.6 雷射偏转技术

7.6.1 机械偏转

7.6.2 电光偏转

7.6.3 声光偏转

7.7 光电器件设计及参数选用原则

7.7.1 电光调製器的设计

7.7.2 声光调製器的设计

7.7.3 电光调Q雷射器的设计

习题与思考题七

第8章 典型雷射器

8.1 固体雷射器

8.1.1 固体雷射器的基本结构和抽运方式

8.1.2 红宝石雷射器

8.1.3 钕雷射器

8.1.4 掺钛蓝宝石雷射器

8.2 气体雷射器

8.2.1 气体雷射器的泵浦方式

8.2.2 氦氖雷射器

8.2.3 二氧化碳雷射器

8.2.4 氩离子雷射器

8.3 染料雷射器

8.3.1 染料雷射器的泵浦方式与基本结构

8.3.2 染料雷射器的工作原理

8.4 新型雷射器

8.4.1 準分子雷射器

8.4.2 自由电子雷射器

8.4.3 化学雷射器

习题与思考题八

第9章 半导体雷射器

9.1 半导体雷射器物理基础

9.1.1 半导体的能带结构和电子状态

9.1.2 半导体中载流子的分布与複合发光

9.1.3 PN结

9.1.4 半导体雷射材料

9.2 半导体雷射器的工作原理

9.2.1 半导体雷射器受激发光条件

9.2.2 半导体雷射器有源介质的增益係数

9.2.3 阈值条件

9.2.4 半导体雷射器的速率方程及其稳态解

9.3 半导体雷射器有源区对载流子和光子的限制

9.3.1 异质结半导体雷射器

9.3.2 量子阱（QW）半导体雷射器

9.3.3 光约束因子（Optical Confinement Factor）

9.4 半导体雷射器的谐振腔结构

9.4.1 FP腔半导体雷射器

9.4.2 分布反馈式半导体雷射器与布喇格反射式半导体雷射器

9.4.3 垂直腔表面发射半导体雷射器

9.5 半导体雷射器的特性

9.5.1 阈值特性

9.5.2 半导体雷射器的效率与输出功率

9.5.3 半导体雷射器的输出模式

9.5.4 动态特性

习题与思考题九

第10章 光通信系统中的雷射器和放大器

10.1 半导体雷射器在光纤通信中的套用

10.1.1 作为光纤通信光源的半导体雷射器

10.1.2 半导体雷射器在光纤通信中的套用与发展

10.2 光放大器

10.2.1 半导体光放大器

10.2.2 光纤放大器

10.2.3 半导体光放大器和光纤放大器的比较

10.3 光纤雷射器

10.3.1 掺杂光纤雷射器

10.3.2 其他类型的光纤雷射器

10.4 光子晶体雷射器

10.4.1 光子晶体

10.4.2 光子晶体雷射器

10.4.3 光子晶体雷射器的套用前景

10.5 用于无线雷射通信的雷射器

10.5.1 无线雷射通信

10.5.2 用于无线雷射通信的雷射器

10.6 光通信系统设计与实例

10.6.1 光纤通信系统的设计

10.6.2 空间光通信系统设计实例

习题与思考题十

第11章 雷射全息技术

11.1 雷射全息技术的原理和分类

11.1.1 雷射全息的原理

11.1.2 全息照相的特点

11.1.3 雷射全息技术的分类

11.2 白光再现的全息技术

11.2.1 白光反射全息

11.2.2 像面全息

11.2.3 彩虹全息

11.2.4 真彩色全息

11.3 几种特殊的全息技术

11.3.1 计算全息

11.3.2 数字全息

11.3.3 合成全息

11.3.4 雷射超声全息

11.3.5 瞬态全息

11.4 雷射全息技术的套用

11.4.1 全息显示和全息电影

11.4.2 全息干涉计量

11.4.3 全息显微技术

11.4.4 全息光学元件

11.4.5 全息技术的其他套用

习题与思考题十一

第12章 雷射与物质的相互作用

12.1 雷射在物质中的传播

12.1.1 雷射在物质中的传播和吸收

12.1.2 雷射的散射

12.2 雷射在晶体中的非线性光学现象

12.2.1 倍频光的产生

12.2.2 相位匹配

12.3 雷射对物质的加热与蒸发

12.3.1 雷射热蒸发

12.3.2 光化学效应雷射蒸发

12.4 雷射诱导化学过程

12.4.1 雷射切断分子

12.4.2 雷射引起的多光子吸收

12.4.3 液体、固体的光化学反应

习题与思考题十二

第13章 雷射在其他领域的套用

13.1 雷射在信息领域的套用

13.1.1 雷射存储

13.1.2 雷射计算机

13.1.3 雷射扫描

13.1.4 雷射印表机

13.2 雷射在工业领域的套用

13.2.1 雷射在精密计量中的套用

13.2.2 雷射在材料加工中的套用

13.3 雷射在生物医学领域的套用

13.3.1 雷射与生物体的相互作用

13.3.2 雷射在生物体检测及诊断中的套用

13.3.3 雷射医疗

13.3.4 医用雷射光源

13.4 雷射在国防科技领域的套用

13.4.1 雷射测距

13.4.2 雷射雷达

13.4.3 雷射制导

13.4.4 雷射陀螺

13.4.5 雷射武器

13.5 雷射在科学技术前沿中的套用

13.5.1 雷射光谱学

13.5.2 雷射核聚变

13.5.3 超短脉冲雷射技术

13.5.4 雷射冷却与原子捕陷

13.5.5 利用雷射操纵微粒

习题与思考题十三

附录A 典型气体雷射器基本实验数据

附录B 典型固体雷射工作物质参数

参考文献

本教材是普通高等教育“十一五”国家级规划教材和江苏省高等学校立项建设的精品教材。本书可作为高等院校电子科学与技术、光信息科学与技术、光电信息工程和套用物理等专业本科生的教材，也可供高校相关专业的师生及从事光电子技术和光通信技术的科技人员参考。