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目录1

第一篇 气体激光器1

概述1

第一章 气体激光器放电激励的基本原理3

§1.1.1 气体放电的基本过程3

（一）碰撞截面与自由程3

（二）电子速度与能量分布6

（三）碰撞的类型8

（四）激发速率10

（五）夫蓝克-康登原理11

§1.1.2 气体放电中的选择激发过程11

（一）共振激发能量转移11

（二）电荷转移13

（三）潘宁电离14

（四）电子碰撞15

§1.1.3 繁流放电与“着火”过程16

（一）气体放电的全伏安特性16

（二）电子繁流的规律17

（三）着火电压与巴邢曲线18

（四）气体放电的相似定律19

§1.1.4 辉光放电的光区分布20

§1.1.5 辉光放电的负辉区21

§1.1.6 辉光放电的正柱区22

§1.1.7 空心阴极放电25

（一）结构与放电条件25

（二）主要特性25

（三）溅射效应26

§1.1.8 其它放电形式27

（一）弧光放电27

（二）高频放电28

（三）脉冲放电28

第二章 原子激光器29

§1.2.1 氦-氖激光器的工作原理30

（一）激发机理30

（二）增益与放电条件的关系33

（三）小信号增益曲线35

（四）增益饱和37

§1.2.2 氦-氖激光器的输出特性38

（一）输出功率38

（二）模式和发散角50

（三）频率持性57

（四）偏振特性58

§1.2.3 氦-氖激光器输出参数的稳定性59

（一）光束方向稳定性59

（二）频率稳定性60

（三）输出功率的稳定性62

§1.2.4 氦-氖激光器的设计64

（一）主要几何尺寸的确定64

（二）激光器的结构设计70

§1.2.5 氦-氖激光器的放电特性与电源72

§1.2.6 其它原子激光器简介73

§1.3.1 普通二氧化碳激光器的工作原理75

（一）二氧化碳分子的结构和振动能级75

第三章 分子激光器75

（二）二氧化碳分子的振-转光谱和谱线强度76

（三）激发过程78

（四）弛豫过程81

（五）电子能量分布与能量交换率82

§1.3.2 普通二氧化碳激光器的结构与电源85

（一）器件结构85

（一）放电特性87

§1.3.3 普通二氧化碳激光器的工作特性87

（二）激光器电源87

（二）气体成分和气压88

（三）温度效应90

（四）输出波长与转动能级竞争效应92

（五）激光器尺寸对输出功率的影响93

（六）器件工作寿命94

§1.3.4 普通二氧化碳激光器的增益与饱和95

（一）增益系数95

（二）饱和光强98

（三）增益系数与饱和光强的测量100

§1.3.5 小型二氧化碳激光器的设计方法101

（一）反射镜透过率与输出功率的计算101

（二）基模激光器的设计104

§1.3.6 二氧化碳激光器的稳频简介106

（一）频率特性106

（二）一般的稳频方法107

（三）氘化氨气体吸收稳频法107

§1.3.7 二氧化碳波导激光器109

（一）波导激光器的结构与工作原理110

（二）参数计算114

（三）设计步骤117

§1.3.8 高气压二氧化碳激光器117

（一）高气压横向激励二氧化碳激光器117

（二）气体流动二氧化碳激光器124

§1.3.9 氮分子激光器124

（一）激光上能级的激发125

（二）粒子数反转的条件126

（三）激励方法129

§1.3.10 光泵远红外激光器130

（一）基本原理130

（二）器件结构131

（三）特性和应用132

§1.3.11 准分子激光器132

（一）XeF准分子的能级结构和电子跃迁133

（二）实验装置134

（一）激发机理137

§1.4.1 氩离子激光器137

第四章 离子激光器137

（二）激光器结构140

（三）工作特性141

§1.4.2 氦-镉激光器143

（一）激光器结构143

（二）激发机理144

（三）工作特性145

（四）空心阴极氦-镉激光器146

概述149

第二篇 固体激光器149

第一章 固体激光工作物质152

§2.1.1 固体激光工作物质的基本概念及要求152

§2.1.2 红宝石晶体154

（一）晶体的物理化学性质155

（二）红宝石的光谱特性155

（三）温度对红宝石性能的影响158

§2.1.3 掺钕钇铝石榴石晶体159

（一）晶体结构和物理化学性质159

（二）能级结构与光谱特性160

§2.1.4 钕玻璃163

§2.1.5 三种固体工作物质的性能比较165

§2.1.6 其它固体激光工作物质167

§2.1.7 固体工作物质的光学质量及检验168

（一）光学均匀性168

（二）光损耗系数170

（三）散射损耗170

（四）退偏损耗171

（六）激光损伤173

（五）色心173

§2.1.8 激光棒的几何尺寸及加工要求174

第二章 泵浦光源176

§2.2.1 对光源的基本要求及泵浦光源类型176

（一）惰性气体放电灯176

（二）金属蒸气放电灯177

（三）白炽灯177

（四）半导体光泵178

（五）日光泵178

§2.2.2 惰性气体放电灯的脉冲放电过程及发射光谱分布179

§2.2.3 脉冲灯的光输出波形及辐射效率181

§2.2.4 脉冲放电过程中的电学性质183

§2.2.5 惰性气体放电灯的触发185

§2.2.6 惰性气体放电灯的寿命和极限负载188

§2.2.7 泵浦光源的供电系统190

（一）脉冲放电回路191

（二）储能电容的充电回路195

§2.3.1 泵浦方式及泵浦腔类型198

第三章 泵浦腔198

§2.3.2 泵浦腔的能量传输效率200

§2.3.3 泵浦光在激光棒内的分布205

§2.3.4 泵浦腔的反射表面207

§2.3.5 泵浦腔结构设计中的一些考虑208

第四章 热效应209

§2.4.1 引言209

§2.4.2 连续激光器的热效应209

（一）激光棒内的温度分布209

（二）激光棒中的热应力211

（三）激光棒的热应力双折射212

（四）激光棒的热透镜效应215

（五）热焦距的测量218

§2.4.3 单次或重复率脉冲激光器的热效应219

（一）单次脉冲工作方式219

（二）重复率脉冲工作方式221

（一）冷却措施222

§2.4.4 防止热效应的措施222

（二）光学补偿方法225

（三）采用非圆柱工作物质225

第五章 谐振腔参数选择227

§2.5.1 光学谐振腔的腔、模参数关系227

§2.5.2 类透镜介质对激光束的变换236

（一）类透镜介质对光线的变换237

（二）类透镜介质对激光束的变换239

（一）类透镜效应的补偿244

§2.5.3 类透镜效应的补偿与热不灵敏腔244

（二）热不灵敏腔245

§2.5.4 结构设计考虑251

（一）机械结构251

（二）光学零部件251

（三）谐振腔的调整253

第六章 激光输出特性255

§2.6.1 激光振荡器的参数计算255

（一）增益饱和255

（二）在阈值时的激光器工作情况257

（三）在阈值以上时的工作情况260

§2.6.2 固体激光器的输出特性263

（一）尖峰结构263

（二）输出功率、能量和效率264

（三）激光光谱268

（四）激光束的方向性269

§2.6.3 激光功率和能量的测量270

（一）脉冲激光的光热测量法270

（二）脉冲激光的光电测量法273

（三）连续激光功率的测量274

（四）激光衰减275

第三篇 半导体激光器277

概述277

第一章 半导体激光器的原理278

§3.1.1 半导体的能带结构278

（一）导带、禁带、满带和“空穴”概念278

（二）杂质能级，i,p,n型半导体282

§3.1.2 载流子的统计分布285

（一）载流子非简并化分布286

（二）载流子简并化分布289

§3.1.3 载流子的迁移、复合与寿命291

（一）载流子的迁移现象291

（二）载流子的复合与寿命292

§3.1.4 载流子扩散与非均匀半导体295

（一）载流子的扩散，p-n结的形成295

（二）p-n结能带的定量分析297

（一）载流子注入与p-n结的场致发光299

§3.1.5 注入式同质结激光器的原理299

（二）半导体激光器产生激光的条件301

第二章 半导体激光器的特性306

§3.2.1 阈值性质306

（一）阈值电流密度的测量306

（二）阈值电流密度与腔长和反射率的关系308

（三）温度和结构对阈值电流密度的影响308

§3.2.2 功率输出与转换效率310

（一）量子效率310

（二）功率效率311

§3.2.3 光谱特性313

§3.2.4 光束发散角315

§3.2.5 激光器的时间响应特性316

§3.2.6 激光器的热学性质317

§3.2.7 激光器的寿命319

第三章 半导体异质结激光器321

§3.3.1 异质结的形成及其作用321

§3.3.2 单异质结激光器（SHL）324

（一）器件结构325

§3.3.3 双异质结激光器（DHL）325

（二）阈值电流密度328

（三）室温连续工作条件330

（四）振荡模式331

（五）温度特性334

（六）器件寿命335

§3.3.4 长波长半导体激光器336

（一）Gax1n1-xAsyP1-y/InP激光器337

（三）Ga1-xInxAs/Ga1-yInyP激光器339

（二）GaAs1-xSbx/Ga1-yAlyAs1-xSbx激光器339

§3.3.5 分布反馈式半导体激光器340

（一）激光器结构340

（二）基本原理340

（三）器件制备与参数342

（四）分布布喇格反射式激光器343

§3.3.6 可调谐半导体激光器344

（一）器件结构和典型参数344

（二）调谐原理和实验数据345

（四）自旋反转喇曼激光器346

（三）应用简述346

第四篇 其它激光器348

第一章 无机液体激光器348

§4.1.1 激光机理348

（一）Nd3＋:POC18＋SnC14＋P2O3C14无机液体激光器348

（二）Nd3＋:SeOC12＋SnC14无机液体激光器349

§4.1.2 无机液体激光器的结构349

§4.1.3 无机液体激光器的优缺点及典型参数351

（一）染料分子结构352

第二章 染料激光器352

§4.2.1 染料激光机理352

（二）染料分子的能级图353

（三）染料分子的吸收和发射过程353

（四）三重态的“陷阱”作用及其解决办法354

（五）溶剂对染料分子的影响354

（六）光照的影响355

§4.2.2 泵浦方式355

（一）脉冲泵浦355

（一）染料激光器的调谐原理358

（二）连续波泵浦358

§4.2.3 调谐方法358

（二）波长选择装置359

§4.2.4 典型染料激光器361

（一）QJR2—1型染料激光器的主要结构及其工作原理361

（二）实验结果364

§4.3.2 化学激光器建立粒子数反转的原理366

（二）激光波长丰富366

（一）能把化学能直接转换成激光366

第三章 化学激光器366

§4.3.1 化学激光器的特点及应用366

§4.3.3 化学激光器的引发方式368

（一）化学引发368

（二）热引发368

（三）放电引发368

（四）光引发369

§4.3.4 光分解激光器369

§4.4.1 二氧化碳气动激光器工作原理371

第四章 气动激光器371

§4.4.2 二氧化碳气动激光器374

（一）连续输出CO2气动激光器374

（二）脉冲CO2气动激光器376

第五章 自由电子激光器378

§4.5.1 概述378

§4.5.2 自由电子激光器的工作原理378

§4.5.3 磁韧致激光器380