本书以著名光子学家郭光灿院士指出的“书乃明理于本始，惠泽于世人……探微索隐，刻意研精，识其真要，奉献读者”为旨要，以十章成体，以不同激光器件为用。首先对激光器件类型、结构特点、工作物质、光谱结构、运转机制等基础知识进行介绍；再以固体、光纤、气体、液体、半导体、化学、自由电子、X射线及物质波等激光器，及其各自结构组成、工作物质特性、激光光谱分布、运转机理等为本纲，不仅着重于物理基本原理和概念的论述与分析，而且列举了大量应用实例并对之进行深入浅出的剖析说明，又对各类器件应用的前沿成果和动态进行介绍和分析。
本书既是理论学习的蓝本，又是实用说明书。全书理论论述深入浅出，物理概念清晰明了，内容编排图文并茂。
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第1章 激光器件概论 1
1.1 激光器件的分类 1
1.2 典型激光器件简介 2
1.3 激光器件运转原理 6
1.3.1 光学谐振腔 6
1.3.2 工作物质的能级结构与辐射线型 8
1.3.3 粒子能级的有效寿命 10
1.3.4 三、四能级激光系统的阈值粒子反转数 10
1.3.5 粒子、光子数变化的速率方程 12
1.3.6 激光振荡的条件 14
1.4 激光器件的泵浦激励 17
习题 18
第2章 固体激光器20
2.1 固体激光器的基本特性 21
2.1.1 固体激光器的基本结构 21
2.1.2 固体激光器的能量转换 22
2.1.3 部分光学泵浦的固体激光系统的参数 23
2.2 固体激光工作物质 24
2.2.1 激活离子和基质 24
2.2.2 掺杂与敏化 28
2.3 蓝宝石晶体基质的固体激光物质与器件 28
2.3.1 红宝石固体激光物质与器件 28
2.3.2 掺钛蓝宝石固体激光物质与器件 30
2.4 金绿宝石基质的固体激光物质与器件 32
2.5 YAG 晶体基质激光物质与器件 33
2.5.1 Nd3+：YAG激光物质与器件 33
2.5.2 Er3+：YAG激光物质与器件 34
2.5.3 Yb3+：YAG激光物质与器件 35
2.5.4 Tm3+：YAG激光物质与器件 37
2.5.5 (Cr3++Tm3++Ho3+)：YAG物质与器件 37
2.6 Nd3+：YVO4晶体及器件 38
2.7 玻璃基质激光物质与器件 39
2.7.1 硅酸盐基质激光物质与器件 39
2.7.2 磷酸盐基质激光物质与器件 40
2.7.3 其他固体激光材料 41
2.8 全固态(LD泵浦)固体激光器 42
2.8.1 全固态激光器的类型 43
2.8.2 高功率LD泵浦固体圆盘激光器 48
2.8.3 高功率、高稳定性LD泵浦Nd3+：YAG激光器 49
2.8.4 LD泵浦固体高功率可见激光器 50
2.8.5 LD泵浦微片可见固体激光器 51
2.8.6 LD泵浦UV固体激光器 52
2.8.7 全固体蓝光激光器 53
2.9 聚光与冷却系统 57
2.9.1 聚光器 57
2.9.2 冷却系统 65
习题 78
第3章 光纤激光器80
3.1 光纤放大器结构及工作原理 82
3.1.1 光纤放大器的基本结构 82
3.1.2 掺铒光纤的放大原理 84
3.2 双包层光纤激光器 88
3.2.1 脉冲光纤激光器 89
3.2.2 连续光纤激光器 90
3.2.3 多芯光纤耦合 91
3.3 单频和可调谐光纤激光器 91
3.4 超快光纤激光器 91
3.5 光纤激光器的频率转换 92
3.6 Raman放大器 93
习题 93
第4章 气体激光器94
4.1 微观粒子的量子态表示法及光谱符号 94
4.1.1 电子组态 94
4.1.2 原子态的LS耦合表示与帕邢符号表示 95
4.1.3 粒子光谱 96
4.1.4 原子光谱跃迁选择定则 97
4.2 气体放电 97
4.2.1 直流连续放电 97
4.2.2 高频放电 101
4.2.3 脉冲放电 101
4.2.4 气体放电相似定律 101
4.2.5 气体放电过程粒子的碰撞与激发 102
4.3 He-Ne气体原子激光器 104
4.3.1 He-Ne激光器的结构及类型 105
4.3.2 He-Ne激光器的工作原理 106
4.3.3 He-Ne激光器的输出特性 116
4.3.4 He-Ne激光器的设计 120
4.3.5 提高He-Ne激光器的632.8nm激光输出功率的方法 124
4.3.6 He-Ne激光器的寿命 126
4.4 CO2激光器 127
4.4.1 CO2激光器的类型和结构 128
4.4.2 CO2激光器的工作机理 131
4.4.3 CO2激光器的寿命 140
4.4.4 高功率横向电激励CO2激光器 141
4.4.5 CO2波导激光器 147
4.5 自发辐射光放大器件—氮分子气体激光器 149
4.5.1 氮分子激光器的工作原理 150
4.5.2 氮分子激光器的结构及激励方法 152
4.5.3 氮分子激光器的工作特性 153
4.6 Ar+激光器 157
4.6.1 Ar+激光器的工作原理 158
4.6.2 Ar+激光器的结构 160
4.6.3 Ar+激光器的工作特性 163
4.6.4 Ar+激光器的输出特性 165
4.6.5 Ar+激光器的设计 168
4.6.6 Ar+激光器的电源系统 170
4.7 金属蒸气激光器 171
4.7.1 金属蒸气激光器概述 171
4.7.2 自终止跃迁激光器 173
4.7.3 铜蒸气激光器 175
4.8 He-Cd激光器 182
4.8.1 He-Cd激光器的结构 182
4.8.2 工作原理 184
4.8.3 输出特性 186
4.9 准分子激光器 187
4.9.1 准分子激光器概述 187
4.9.2 准分子能级结构及其特性 188
4.9.3 稀有气体准分子激光器 193
4.9.4 其他准分子激光器 198
习题 199
第5章 液体激光器 200
5.1 无机液体激光器 200
5.1.1 激光产生机理 200
5.1.2 无机液体激光器的结构 201
5.1.3 无机液体激光器的优缺点及典型参数 202
5.1.4 稀土螯合物 203
5.2 有机液体激光器—染料激光器 203
5.2.1 激光染料的结构及其能级图 203
5.2.2 染料激光器的速率方程与泵浦方式 205
5.2.3 脉冲染料激光器 209
5.2.4 选频、调谐与带宽压窄技术 214
5.2.5 连续波染料激光器 220
习题 226
第6章 半导体激光器 227
6.1 半导体激光器概述 227
6.2 半导体晶体的基本知识 229
6.2.1 半导体的能带 229
6.2.2 直接带隙与间接带隙半导体 232
6.2.3 电子和空穴的统计分布 234
6.2.4 平衡状态下pn结的能带结构 236
6.2.5 加正向电压时pn能带结构 237
6.3 注入式同质结半导体GaAs激光器 239
6.4 半导体的粒子数反转分布和阈值 240
6.4.1 半导体的粒子数反转分布条件 240
6.4.2 半导体激光器的阈值条件 242
6.5 异质结半导体激光器 245
6.6 其他类型的半导体激光器 247
6.6.1 半导体蓝、绿光激光器 247
6.6.2 半导体红光激光器 248
6.6.3 量子阱激光器 249
6.6.4 垂直腔面发射激光器 251
6.6.5 分布布拉格反射式半导体激光器 256
6.6.6 分布反馈式半导体激光器 258
6.6.7 宽幅半导体激光器 260
6.6.8 量子级联激光器 260
6.7 半导体激光器的输出特性 261
6.7.1 半导体激光器的调制频率响应特性 261
6.7.2 半导体激光器的输出特性参数 263
6.7.3 激光模式 265
6.7.4 激光器发散角与光纤耦合效率 269
6.7.5 噪声特性 272
6.7.6 器件的可靠性 274
6.8 半导体激光器的进展 275
6.8.1 混合硅倏逝波激光 275
6.8.2 纳米激光器 276
习题 280
第7章 化学激光器281
7.1 化学激光器的特点与类型 281
7.2 化学激光的激发 282
7.3 激光振荡的阈值条件 283
7.4 化学激光器的效率 286
7.5 典型化学激光器 287
7.5.1 氟化氢化学激光器 287
7.5.2 碘原子激光器 289
7.5.3 其他类型的卤化氢化学激光器 291
7.5.4 一氧化碳化学激光器 291
7.5.5 能量转移型化学激光器 292
7.6 化学激光器展望 293
习题 296
第8章 自由电子激光器297
8.1 自由电子激光器工作原理 298
8.1.1 自由电子激光器形成的结构原型 298
8.1.2 自由电子激光形成的动力学 299
8.2 自由电子激光器的组成及其类型 301
8.2.1 自由电子激光器的组成 301
8.2.2 自由电子激光器的类型 303
8.3 自由电子激光器的结构 308
习题 311
第9章 X射线激光器312
9.1 X射线激光器概述 312
9.2 X射线激光器的工作原理 312
9.2.1 X射线激光器的组成 312
9.2.2 激光产生的等离子体 313
9.2.3 等离子体X射线激光的传播与产生 315
9.3 等离子体X射线激光的基本特性 316
9.3.1 自发辐射的光放大 317
9.3.2 高的泵浦功率密度 317
9.3.3 X射线激光器的输出特点 318
9.3.4 核激励X射线激光器 319
9.4 X射线激光应用 319
9.4.1 生物科学中的应用 319
9.4.2 基础科学中的应用 320
9.4.3 军事方面的应用 321
9.5 X射线激光器的研究进展 321
习题 323
第10章 物质波激光器 324
10.1 物质波激光器概述 324
10.2 物质波激光器的原理及其核心部分 325
10.2.1 物质波激光器的原理 325
10.2.2 物质波激光器的核心—BEC系统 325
10.3 物质波激光器的结构特点和工作过程 327
10.3.1 物质波激光器的结构特点 327
10.3.2 物质波激光器的工作过程 328
10.3.3 物质波激光器与光学激光器的对比 329
10.4 物质波激光器的应用前景与展望 330
习题 336
参考文献 337
附录 339
附录1 常用的物理常数 339
附录2 常用的物理单位 340
后记 343
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