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目录1

第一章 激光的物理原理5

§1.1原子的发光机理5

（一）玻尔的氢原子模型5

（二）氢原子的能级9

（三）原子的发光机理11

§1.2光与物质的相互作用11

（一）受激吸收12

（二）自发辐射13

（三）受激辐射14

（四）受激吸收、自发辐射和受激辐射三系数之间的关系15

§1.3粒子数反转机制16

（一）受激辐射与受激吸收16

（二）能够实现粒子数反转的物质20

（三）二能级系统20

（四）三能级系统21

（五）四能级系统25

§1.4光的自激振荡27

（一）受激辐射与自发辐射27

（二）光学谐振腔28

（三）光振荡的阈值条件29

§1.5激光的特性32

（一）方向性32

（二）单色性33

（三）相干性时间相干性空间相干性34

（四）高亮度36

第二章 激光的物理基础38

§2.1光波（电磁场）的模式（波型）38

（一）光波（电磁场）的基本方程39

（二）单色平面电磁波40

（三）光波（电磁场）表现为单色平面波的迭加42

（四）光频电磁波场的本征状态数目（模数）44

§2.2光量子态47

（一）光子的基本性质47

（二）光子的状态区分和状态数48

§2.3相干体积与相格53

§2.4光子简并度60

§2.5光谱线的形状和宽度63

（一）光谱线的自然宽度63

（二）光谱线的碰撞加宽66

（三）光谱线的多卜勒加宽67

（四）光谱线的均匀加宽和非均匀加宽72

（五）烧孔效应和Lamb凹陷74

第三章 光辐射的基本理论78

§3.1光辐射的经典理论78

（一）原子自发辐射的经典模型78

（二）受激吸收和受激辐射85

§3.2光辐射的半经典理论88

（一）与时间有关的微扰理论89

（二）周期微扰下的跃迁几率94

（三）光的受激吸收、受激辐射和自发辐射96

§3.3光辐射的量子理论104

（一）量子力学跃迁理论的基本关系104

（二）电磁场的量子化108

（三）自发辐射和受激辐射受激吸收116

第四章 光学谐振腔124

§4.1光学谐振腔的稳定性条件124

（一）激光器中常用的光学谐振腔类型126

（二）光线在谐振腔中的行为127

（三）稳定性条件的光学矩阵推导129

（四）稳定图136

§4.2光学谐振腔的模式理论140

（一）高斯光束的传播142

（二）共焦腔中的高斯光束153

（三）共焦腔中的高斯光束的高阶横模TEMmn155

（一）球面波的变换和传输162

§4.3高斯光束通过薄透镜时的变换和传输162

（二）高斯光束的q参数164

（三）高斯光束的传输和经过薄透镜的变换166

§4.4高斯光束的聚焦、准直和模式匹配168

（一）聚焦168

（二）模式匹配170

（三）准直172

§4.5非共焦腔中的光束特性172

（一）对称型非共焦腔中的光束特性172

（二）不对称非共焦腔中的光束特性174

§4.6高斯光束变换的ABCD律176

（一）光线矩阵177

（二）高斯光束变换的ABCD律180

（三）矩阵乘法的运算181

§5.1引言183

第五章 激光振荡的半经典理论183

§5.2激光电磁场的振荡方程184

（一）激光电磁场的波动方程184

（二）激光电磁场波动方程的解186

（三）光波在激活介质中的传播191

§5.3介质的电极化效应193

（一）原子系统的波函数193

（二）原子系统的感应电偶极矩195

§5.4介质的密度矩阵方程197

（一）密度矩阵的引出197

（二）密度矩阵及其主要性质199

（三）密度矩阵的运动方程202

（四）二能级原子系综的密度矩阵205

§5.5静止原子激光器理论206

（一）集居数矩阵的运动方程207

（二）集居数矩阵运动方程的解209

（三）单模振荡210

（四）增益和色散关系219

（五）多模振荡220

（六）二模振荡和模竞争226

（七）三模振荡的模式锁定231

§5.6运动原子激光器理论235

（一）集居数矩阵和感应极化强度235

（二）单模振荡239

（三）多模振荡247

§5.7环形激光器249

第六章 激光振荡的全量子理论261

§6.1引言261

§6.2激光振荡的全量子方程的导出262

§6.3激光振荡的全量子方程的解268

§6.4小结274

§7.1单波型振荡的阈值条件275

第七章 激光振荡的速率方程理论275

§7.2多波型振荡的阈值条件281

§7.3三能级系统的速率方程和稳态解286

§7.4四能级系统的速率方程和稳态解291

§7.5“弛豫”振荡效应297

第八章 激光器的Q开关和锁模304

§8.1Q开关304

§8.2非均匀加宽激光系统的锁模313

§8.3均匀加宽激光系统中的锁模324

§8.4激光器的弛豫振荡331

§8.5被动锁模337

第九章 辐射场与原子系统的相干相互作用340

§9.1辐射场与二能级原子系统相互作用的矢量描述340

§9.2超辐射351

§9.3光子回波353

§9.4自感应透明356