目錄
第1章 激光的基本原理 1
1.1 激光的基本特性 2
1.1.1 激光的方向性 2
1.1.2 激光的亮度 3
1.1.3 激光的相干性 3
1.2 光的受激輻射和光放大 6
1.2.1 原子能級(jí)和能級(jí)壽命及寬度 6
1.2.2 黑體輻射的普朗克公式 7
1.2.3 光與物質(zhì)的相互作用 8
1.2.4 粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布與光放大 11
1.2.5 增益系數(shù)與增益曲線(xiàn) 12
1.3 激光能級(jí)系統(tǒng)和激光振蕩條件 13
1.3.1 激光能級(jí)系統(tǒng) 13
1.3.2 光的自激振蕩 14
1.3.3 激光振蕩條件 15
1.4 光譜線(xiàn)加寬 16
1.4.1 概述 16
1.4.2 均勻加寬 17
1.4.3 非均勻加寬 20
1.5 光學(xué)諧振腔和激光模式 22
1.5.1 光腔的構(gòu)成及分類(lèi) 22
1.5.2 共軸球面腔的穩(wěn)定性條件 24
1.5.3 光腔的損耗和時(shí)間常數(shù) 26
1.5.4 激光模式 28
1.6 基模高斯光束及其準(zhǔn)直 31
1.6.1 基模高斯光束及其基本特性 31
1.6.2 薄透鏡對(duì)基模高斯光束的變換 33
1.6.3 基模高斯光束的準(zhǔn)直 34
習(xí)題與思考題 36
第2章 常用激光技術(shù)與激光器 38
2.1 激光調(diào)制技術(shù) 38
2.1.1 激光調(diào)制的基本概念 38
2.1.2 電光調(diào)制技術(shù) 39
2.1.3 聲光調(diào)制技術(shù) 45
2.1.4 直接調(diào)制技術(shù) 48
2.2 激光模式選擇技術(shù) 49
2.2.1 激光橫模選擇技術(shù) 49
2.2.2 激光縱模選擇技術(shù) 50
2.3 激光頻率穩(wěn)定技術(shù) 55
2.3.1 激光頻率穩(wěn)定性及復(fù)現(xiàn)性 55
2.3.2 影響頻率穩(wěn)定性的主要因素及被動(dòng)穩(wěn)頻 57
2.3.3 主動(dòng)穩(wěn)頻方法與技術(shù) 57
2.4 He-Ne激光器 69
2.4.1 He-Ne激光器的結(jié)構(gòu)及分類(lèi) 69
2.4.2 He-Ne激光器的工作原理 70
2.4.3 He-Ne激光器的最佳工作條件 73
2.4.4 雙縱模 He-Ne激光器 74
2.5 全固態(tài)激光器 74
2.5.1 概述 74
2.5.2 端面泵浦全固態(tài)激光器系統(tǒng)組成 75
2.5.3 常用端面泵浦全固態(tài)激光器 76
2.5.4 單頻全固態(tài)激光器 80
2.6 光纖激光器 83
2.6.1 概述 83
2.6.2 諧振腔結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 85
2.6.3 摻鉺光纖和摻鐿光纖的基本特性 86
2.6.4 光纖光柵DBR和DFB型光纖激光器 88
2.6.5 基于飽和吸收體選模原理的單縱模摻鉺光纖激光器 91
2.7 半導(dǎo)體激光器 94
2.7.1 半導(dǎo)體與 PN結(jié)的能帶結(jié)構(gòu) 94
2.7.2 半導(dǎo)體激光器的工作原理及閾值條件 97
2.7.3 半導(dǎo)體激光器常用結(jié)構(gòu) 99
2.7.4 半導(dǎo)體激光器的主要工作特性 102
習(xí)題與思考題 104
第3章 新型雙頻激光器與激光傳感器 106
3.1 雙頻激光器概述 106
3.1.1 雙頻激光器含義及分類(lèi) 106
3.1.2 雙頻激光振蕩原理及方法 107
3.2 激光縱模分裂原理及方法 107
3.2.1 激光縱模分裂現(xiàn)象及其產(chǎn)生原理 107
3.2.2 Nd:YAG激光縱模分裂方法 109
3.3 雙折射雙頻固體激光器 112
3.3.1 自然雙折射雙頻Nd:YAG激光器 112
3.3.2 電光雙折射雙頻Nd:YAG激光器 115
3.3.3 熱光雙折射雙頻鉺鐿玻璃激光器 117
3.3.4 應(yīng)力雙折射雙頻Nd:YAG激光器 119
3.4 雙軸與雙腔雙頻固體激光器 121
3.4.1 雙軸雙頻Yb:KGW激光器 121
3.4.2 雙腔雙頻激光器基本模型 123
3.4.3 雙折射濾光片選模雙腔雙頻Nd:YAG激光器 124
3.4.4 F-P標(biāo)準(zhǔn)具選模雙腔雙頻Nd:YAG激光器 128
3.4.5 雙腔雙頻Nd:YAG激光器正交解調(diào) PDH穩(wěn)頻系統(tǒng) 132
3.5 雙波長(zhǎng)單縱模光纖激光器 136
3.5.1 保偏光纖布拉格光柵的主要特性 136
3.5.2 飽和吸收體選模雙波長(zhǎng)單縱模光纖激光器 138
3.5.3 DBR型雙波長(zhǎng)單縱模摻鐿光纖激光器 141
3.5.4 雙腔雙波長(zhǎng)單縱模光纖激光器 143
3.6 激光傳感器 146
3.6.1 激光傳感器概述 146
3.6.2 He-Ne激光傳感器 147
3.6.3 Nd:YAG激光力傳感器 149
3.6.4 光纖激光傳感器 151
習(xí)題與思考題 153
第4章 激光干涉測(cè)量 155
4.1 光的干涉現(xiàn)象 155
4.1.1 兩列光波的疊加及干涉現(xiàn)象 155
4.1.2 光拍現(xiàn)象及合成波長(zhǎng) 158
4.2 激光干涉測(cè)量原理及干涉儀 160
4.2.1 激光干涉測(cè)量原理 160
4.2.2 邁克耳孫干涉儀 160
4.2.3 馬赫-曾德?tīng)柛缮鎯x 162
4.2.4 泰曼-格林干涉儀 164
4.2.5 法布里-珀羅干涉儀 166
4.3 激光外差干涉測(cè)量 168
4.3.1 塞曼雙頻激光外差干涉測(cè)量 169
4.3.2 聲光調(diào)制激光外差干涉測(cè)量 171
4.4 激光合成波干涉測(cè)量 172
4.4.1 合成波絕對(duì)距離干涉測(cè)量原理 172
4.4.2 多級(jí)合成波長(zhǎng)逐級(jí)精化測(cè)量方法 174
4.4.3 雙頻激光合成波絕對(duì)距離干涉測(cè)量系統(tǒng) 175
4.4.4 雙頻激光合成波納米測(cè)量干涉儀 180
4.5 激光調(diào)頻波干涉測(cè)量 181
4.5.1 調(diào)頻連續(xù)波干涉 182
4.5.2 半導(dǎo)體激光器線(xiàn)性調(diào)頻連續(xù)波絕對(duì)距離干涉測(cè)量 183
4.5.3 半導(dǎo)體激光器正弦調(diào)頻連續(xù)波納米測(cè)量干涉儀 185
4.6 激光干涉光學(xué)探針測(cè)量 186
4.6.1 相移干涉光學(xué)探針測(cè)量 186
4.6.2 掃描差分干涉光學(xué)探針測(cè)量 187
4.6.3 共光路外差干涉光學(xué)探針測(cè)量 188
4.6.4 組合干涉光學(xué)探針測(cè)量 189
4.7 光學(xué)頻率梳干涉測(cè)量 190
4.7.1 光學(xué)頻率梳的數(shù)學(xué)描述 190
4.7.2 光學(xué)頻率梳的產(chǎn)生 191
4.7.3 光頻梳脈沖干涉絕對(duì)距離測(cè)量 196
4.7.4 光頻梳模間拍頻絕對(duì)距離測(cè)量 198
4.7.5 光頻梳光譜干涉絕對(duì)距離測(cè)量 199
4.7.6 光頻梳絕對(duì)距離測(cè)量應(yīng)用 199
習(xí)題與思考題 201
第5章 激光自混合干涉測(cè)量 202
5.1 激光自混合干涉現(xiàn)象及測(cè)量系統(tǒng)組成 202
5.1.1 激光自混合干涉現(xiàn)象 202
5.1.2 三鏡腔模型及理論分析 202
5.1.3 影響自混合干涉條紋特性的幾個(gè)參數(shù) 204
5.1.4 激光自混合干涉測(cè)量系統(tǒng)組成 207
5.2 常用激光器的自混合干涉特性 209
5.2.1 He-Ne激光器自混合干涉特性 209
5.2.2 Nd:YAG激光器自混合干涉特性 209
5.2.3 半導(dǎo)體激光器自混合干涉特性 210
5.3 激光自混合干涉絕對(duì)距離測(cè)量 212
5.3.1 半導(dǎo)體激光器自混合干涉絕對(duì)距離測(cè)量 212
5.3.2 固體激光器自混合干涉絕對(duì)距離測(cè)量 213
5.3.3 光纖激光器自混合干涉絕對(duì)距離測(cè)量 214
5.4 激光自混合干涉位移測(cè)量 216
5.4.1 雙折射雙頻He-Ne激光器自混合干涉位移測(cè)量 217
5.4.2 Nd:YAG激光器自混合干涉位移測(cè)量218
5.4.3 半導(dǎo)體激光器自混合干涉位移測(cè)量 220
5.5 激光自混合干涉速度測(cè)量 224
5.5.1 雙頻Nd:YAG激光器自混合干涉速度測(cè)量 224
5.5.2 半導(dǎo)體激光器自混合散斑干涉速度測(cè)量 226
習(xí)題與思考題 227
第6章 激光數(shù)字全息干涉測(cè)量 228
6.1 全息術(shù)概述 228
6.1.1 全息術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)介 228
6.1.2 全息過(guò)程 229
6.2 激光數(shù)字全息記錄與再現(xiàn) 229
6.2.1 全息圖記錄 229
6.2.2 離軸全息圖記錄條件 231
6.2.3 激光數(shù)字全息再現(xiàn)方法 232
6.3 激光數(shù)字全息再現(xiàn)像質(zhì)量?jī)?yōu)化方法 234
6.3.1 頻域?yàn)V波法 234
6.3.2 數(shù)字參考波法 235
6.3.3 雙曝光法 236
6.3.4 相移法 237
6.4 激光數(shù)字全息干涉測(cè)量應(yīng)用 237
6.4.1 三維面形測(cè)量 238
6.4.2 溫度場(chǎng)測(cè)量 240
6.4.3 粒子場(chǎng)測(cè)量 241
6.4.4 生物組織動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè) 242
習(xí)題與思考題 243
第7章 激光準(zhǔn)直與多自由度誤差同時(shí)測(cè)量 244
7.1 概述 244
7.1.1 激光準(zhǔn)直測(cè)量基本原理 244
7.1.2 激光準(zhǔn)直測(cè)量系統(tǒng)組成 251
7.2 激光直線(xiàn)度測(cè)量 257
7.2.1 直線(xiàn)度測(cè)量概述 257
7.2.2 激光直線(xiàn)度測(cè)量方法 258
7.2.3 直線(xiàn)度測(cè)量誤差分析 261
7.3 激光多自由度誤差同時(shí)測(cè)量 263
7.3.1 滾轉(zhuǎn)角測(cè)量 265
7.3.2 四自由度誤差同時(shí)測(cè)量 266
7.3.3 五自由度誤差同時(shí)測(cè)量 269
7.3.4 六自由度誤差同時(shí)測(cè)量 269
7.4 激光跟蹤測(cè)量 270
7.4.1 概述 270
7.4.2 激光跟蹤干涉測(cè)量系統(tǒng) 271
習(xí)題與思考題 272
第8章 激光雷達(dá)大氣探測(cè) 273
8.1 概述 273
8.1.1 激光雷達(dá)大氣探測(cè)的物理基礎(chǔ) 273
8.1.2 大氣探測(cè)激光雷達(dá)的分類(lèi) 274
8.2 激光雷達(dá)大氣探測(cè)原理及方法 275
8.2.1 激光雷達(dá)的基本原理 275
8.2.2 激光雷達(dá)方程 276
8.2.3 激光雷達(dá)方程的解 276
8.3 米散射激光雷達(dá)大氣氣溶膠探測(cè) 280
8.3.1 大氣氣溶膠 280
8.3.2 米散射激光雷達(dá)系統(tǒng)組成及氣溶膠探測(cè) 280
8.4 激光多普勒雷達(dá)大氣風(fēng)場(chǎng)探測(cè) 282
8.4.1 激光多普勒測(cè)風(fēng)雷達(dá)原理及分類(lèi) 283
8.4.2 相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá) 283
8.4.3 非相干多普勒測(cè)風(fēng)激光雷達(dá) 284
8.5 激光雷達(dá)大氣溫度探測(cè) 287
8.5.1 大氣溫度探測(cè)方法概述 287
8.5.2 瑞利散射激光雷達(dá)大氣溫度探測(cè) 288
8.5.3 轉(zhuǎn)動(dòng)拉曼散射激光雷達(dá)大氣溫度探測(cè) 291
289 習(xí)題與思考題 291
參考文獻(xiàn) 292