《激光物理》

目录1

第一章光学谐振腔概述1

§1-1激光简介1

§1-2模的概念4

§1-3光学谐振腔5

§1-4菲涅耳数与衍射损耗10

§1-5光腔的Q值12

1-5-1 Q值的定义12

1-5-2损耗对Q值的影响13

1-5-3非激活腔的寿命14

第二章光学谐振腔的几何光学理论16

§2-1引言16

§2-2光线变换矩阵和ABCD定律16

2-2-1光线变换矩阵16

2-2-2近轴球面波的ABCD定律19

§2-3几种情况下的光线变换矩阵20

§2-4平行平面镜腔24

§2-5球面镜腔28

§2-6谐振腔的稳定性32

§2-7谐振腔的光束特性39

§2-8非稳腔的几何损耗46

§2-9用透镜波导法处理谐振腔52

第三章衍射理论和平行平面镜腔58

§3-1谐振腔的衍射理论58

§3-2用迭代法求解平行平面镜腔64

3-2-1二维平行平面镜腔的本征方程64

3-2-2用迭代法求解平行平面腔模67

3-2-3平行平面腔模的基本特征70

第四章球面谐振腔的衍射理论82

§4-1对称共焦腔82

§4-2对称共焦腔的场96

§4-3圆形镜对称共焦腔102

§4-4对称非共焦凹面镜谐振腔107

§4-5非稳定谐振腔109

4-5-1非稳腔的积分方程110

4-5-2积分方程的一级近似解113

4-5-3单程放大率很大时的近似解117

4-5-4 非稳共焦腔119

第五章高斯光束122

§5-1 引言122

§5-2高斯光束在自由空间中的传播123

§5-3高斯光束在光学系统中的传播130

§5-4光腔中的高斯模135

§5-5谐振腔的模式匹配140

§5-6图解法151

§6-2多元件谐振腔156

§6-1 引言156

第六章三种光学谐振腔的几何理论156

§6-3环形谐振腔161

6-3-1环形腔的纵模特性162

6-3-2环形腔的稳定性164

6-3-3环形腔的横模特性168

§6-4相位共轭谐振腔173

6-4-1光学相位共轭及其特性174

6-4-2相位共轭谐振腔177

第七章辐射与物质182

§7-1引言182

§7-2真空中的辐射182

§7-3空腔内的辐射192

§7-4光子简并度与光谱亮度的关系198

7-4-1光子态与光子简并度198

7-4-2光子简并度与光谱亮度的关系203

§7-5辐射与物质相互作用的经典理论204

7-5-1原子的经典发光模型和自发辐射205

7-5-2原子自发辐射谱线宽度207

7-5-3原子吸收和色散现象的经典理论208

§7-6辐射与物质相互作用的爱因斯坦理论212

7-6-1爱因斯坦系数213

7-6-2微分爱因斯坦系数216

7-6-3爱因斯坦系数与原子激发截面的关系221

§7-7谱线加宽222

7-7-1谱线加宽的概念222

7-7-2线型函数224

7-7-3洛仑兹线型225

7-7-4高斯线型227

7-7-5谱线加宽的类型231

第八章增益和饱和效应235

§8-1引言235

§8-2激光器的速率方程236

8-2-1三能级系统的速率方程237

8-2-2四能级系统的速率方程239

§8-3增益饱和243

§8-4增益变窄253

§8-5激光器输出功率最佳化257

§8-6烧孔效应及兰姆下陷268

§8-7激光器的极限线宽276

§8-8模简并对气体激光器输出的影响281

§8-9激活媒质对模的影响285

第九章物质与辐射相互作用的半经典理论290

§9-1引言290

§9-2二能级原子系统291

9-2-1弧立原子系统的波函数291

9-2-2在电磁场作用下原子系统的波函数292

9-2-3二能级原子系统的波函数294

§9-3原子在电磁场中的哈密顿量296

§9-4二能级原子系统的薜定谔方程的解300

§9-5在辐射场作用下原子系统的跃迁规律304

9-5-1弱辐射场引起的电磁跃迁304

9-5-2强辐射场引起的电磁跃迁313

§9-6小结和几点补充说明316

§9-7多原子系统与辐射的相互作用324

9-7-1 描述多原子体系宏观特性的方法324

9-7-2 密度矩阵326

9-7-3 多原子体系与辐射的相互作用335

第十章激光器的半经典理论345

§10-1引言345

§10-2激光腔内光波场的自洽方程348

10-2-1腔内辐射场的波动方程348

10-2-2腔内辐射场的自洽万程352

10-2-3自洽方程的物理意义354

10-3-1媒质的极化359

§10-3单模情况359

10-3-2单模场365

§10-4多模情况370

10-4-1媒质的极化370

10-4-2双模振荡及模式竞争376

§10-5运动原子激光器理论382

10-5-1运动原子的粒子数矩阵及其运动方程383

10-5-2单模场387

附录400

附录Ⅰ Sylvester定理400

附录Ⅱ厄密多项式402

附录Ⅲ 腔模的正交归一性405

附录Ⅳ 电磁场的规范变换408

附录Ⅴ 薜定谔方程的电磁不变性411

附录Ⅵ 等离子体色散函数413