本书系统地介绍用于研究激光产生机理、光场与物质相互作用、激光光场模式分布特性和激光器输出特性的基本理论，并详细描述用于实现激光光束传输、激光特征参数控制与变换的技术手段。本书首先概述激光产生的基本原理，并介绍激光的相关特点。随后分析高斯光束的产生和传播规律，并以光学谐振腔的波动理论为基础，介绍开放式光学谐振腔的腔模理论。接着介绍激光振荡和放大理论，以速率方程为工具研究光场与物质相互作用的过程，并以此为基础分析连续激光器、脉冲激光器的工作特性。最后介绍用于控制、改善激光器输出特性的各种技术的基本原理和实现方法，包括产生短脉冲的调Q、锁模技术，改变激光输出强度、频率等特性的调制、频率变换技术等。

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夏珉，男，2007年6月于华中科技大学获得物理电子学专业工学博士学位，现任教于华中科技大学光电子科学与工程学院，教授，兼任光电工程系党支部书记、副系主任职务。(1) 2004-09 至 2007-06, 华中科技大学, 物理电子学, 博士 (2) 2001-09 至 2004-06, 华中科技大学, 光学工程, 硕士 (3) 1997-09 至 2001-06, 华中科技大学, 光电信息工程, 学士光学与电子信息近年来以第一作者或通讯作者在国内外一级期刊及学术会议发表论文130余篇，其中SCI收录60余篇，授权中国发明专利17项任湖北省仪器仪表学会理事、激光技术杂志编委；

目录
第1章 激光的基本原理 1
1.1 激光概述 2
1.2 光的受激辐射基本概念 5
1.2.1 黑体辐射的普朗克公式 6
1.2.2 光量子理论 8
1.2.3 玻尔的原子、量子理论 10
1.2.4 受激辐射的概念 14
1.3 光的受激辐射放大 14
1.3.1 相干性的光子描述 14
1.3.2 光放大概念的产生 18
1.3.3 光放大的必要条件: 粒子数反转 19
1.3.4 工作物质的增益系数 19
1.4 光的自激振荡 21
1.4.1 自激振荡的概念 21
1.4.2 自激振荡的条件 22
1.5 激光的特性 23
1.5.1 空间相干性和方向性 23
1.5.2 时间相干性和单色性 24
1.5.3 激光的高强度(相干光强) 25
习题1 26
第2章 光线的传播与高斯光束 27
2.1 光线的传播 27
2.1.1 光线矩阵 27
2.1.2 双周期性透镜波导 30
2.1.3 相同周期性透镜波导 32
2.1.4 光线在反射镜之间的传播 32
2.1.5 光线在类透镜介质中的传播 34
2.2 光束在均匀介质中的传输 36
2.2.1 均匀介质中的波动方程 36
2.2.2 均匀介质中的高斯光束 38
2.2.3 均匀介质中的高阶高斯光束 44
2.2.4 类透镜介质中的高斯光束 45
2.2.5 高斯光束的特征参数 47
2.2.6 高斯光束的变换 49
2.3 高斯光束的传输与变换规律 50
2.3.1 高斯光束传输与q参数 50
2.3.2 高斯光束通过薄透镜的传输 53
2.3.3 高斯光束的聚焦 56
2.3.4 高斯光束的准直 58
2.3.5 高斯光束的自再现变换 61
2.3.6 高斯光束的匹配 64
2.3.7 激光光束质量因子 67
习题2 69
第3章 光学谐振腔 72
3.1 光学谐振腔的稳定性 73
3.1.1 光学谐振腔的稳定性条件 73
3.1.2 光学谐振腔的构成与分类 74
3.1.3 光学谐振腔的作用 75
3.1.4 光学谐振腔的稳区图 76
3.2 光学谐振腔的损耗 77
3.2.1 光学谐振腔的传输损耗 77
3.2.2 光子寿命与无源腔的线宽 79
3.2.3 无源腔的Q值 79
3.3 光学谐振腔的模式 80
3.3.1 光学谐振腔中的纵模 80
3.3.2 光学谐振腔中的横模 84
3.4 平行平面镜腔的迭代解法 90
3.4.1 Fox？Li迭代法 90
3.4.2 平行平面镜腔的自再现模式 91
3.5 稳定球面腔的模式 97
3.5.1 方形镜共焦腔的自再现模式 97
3.5.2 圆形镜共焦腔的自再现模式 108
3.5.3 一般稳定球面腔与对称共焦腔的等价性 113
3.5.4 一般稳定球面腔的模式 116
3.6 非稳定球面腔 119
3.6.1 非稳定球面腔的一般特点和种类 120
3.6.2 非稳定球面腔的几何自再现波形 122
3.6.3 非稳定球面腔的几何放大率和能量损耗 125
习题3 129
第4章 光场与物质的相互作用 133
4.1 光场与物质相互作用的理论 134
4.1.1 光场与物质相互作用的理论体系 134
4.1.2 光场与物质相互作用的经典理论 135
4.2 谱线加宽与线型函数 145
4.2.1 均匀加宽 146
4.2.2 非均匀加宽 149
4.2.3 综合加宽 152
4.3 激光器速率方程 155
4.3.1 自发辐射、受激辐射和受激吸收概率 156
4.3.2 单模振荡速率方程组 159
习题4 161
第5章 连续激光器的运行特性 162
5.1 小信号增益系数 163
5.1.1 增益系数 163
5.1.2 小信号反转粒子数 165
5.1.3 小信号增益系数表达式 166
5.2 均匀加宽时的增益饱和 167
5.2.1 增益饱和现象及其物理机制 167
5.2.2 均匀加宽条件下反转粒子数的饱和 167
5.2.3 均匀加宽条件下的大信号增益 168
5.3 非均匀加宽时的增益饱和 170
5.3.1 非均匀加宽条件下反转粒子数的饱和 170
5.3.2 非均匀加宽条件下的大信号增益 171
5.4 连续激光器的稳态工作特性 174
5.4.1 连续激光器的阈值条件 174
5.4.2 均匀加宽激光器中的模式竞争 176
5.4.3 非均匀加宽激光器中的多纵模振荡 178
5.4.4 连续激光器的输出功率 180
习题5 182
第6章 脉冲激光器的工作特性 185
6.1 多纵模振荡的速率方程 186
6.1.1 三能级多纵模振荡的速率方程 186
6.1.2 四能级多纵模振荡的速率方程 188
6.2 脉冲激光器的工作特性 188
6.2.1 振荡条件 188
6.2.2 输出能量及功率 193
6.2.3 脉冲激光器的尖峰脉冲和弛豫振荡 195
习题6 199
第7章 激光调制技术 200
7.1 激光调制的基本概念 201
7.1.1 振幅调制 201
7.1.2 相位调制 202
7.1.3 强度调制 203
7.1.4 激光调制的特点 204
7.2 晶体的物理性质 204
7.2.1 晶体性质的张量描述 204
7.2.2 张量计算的简化表示 206
7.3 电光效应 207
7.3.1 电光调制的物理基础 207
7.3.2 电光调制器 217
7.3.3 典型电光晶体的特性 224
7.4 声光效应 228
7.4.1 声光调制的物理基础 229
7.4.2 声光互作用的两种类型 233
7.4.3 声光互作用的粒子模型 236
7.4.4 声光调制器 243
习题7 252
第8章 调Q技术 253
8.1 激光调Q的基本原理 254
8.1.1 谐振腔的损耗与Q值 255
8.1.2 调Q脉冲产生原理 256
8.1.3 调Q技术的分类 258
8.1.4 实现调Q对激光器的要求 258
8.2 激光调Q速率方程及关键参数 259
8.2.1 激光调Q速率方程 259
8.2.2 速率方程的求解 260
8.2.3 激光调Q脉冲参数的测量 267
8.3 电光调Q方法 268
8.3.1 PRM式电光调Q方法 268
8.3.2 PTM式电光调Q方法 272
8.3.3 电光调Q激光器的设计 274
8.4 声光调Q方法 278
8.4.1 PRM式声光调Q方法 278
8.4.2 声光调Q激光器的输出特性 282
8.4.3 PTM式声光调Q方法 284
8.5 被动式调Q方法 284
8.5.1 被动式调Q原理 284
8.5.2 典型被动式调Q激光器 286
习题8 289
第9章 锁模技术 290
9.1 概述 291
9.1.1 多纵模激光器的输出特性 292
9.1.2 锁模的基本原理 294
9.2 主动锁模 300
9.2.1 振幅调制锁模 300
9.2.2 相位调制锁模 305
9.2.3 主动锁模激光器的设计 308
习题9 311
第10章 激光频率变换技术 313
10.1 非线性光学效应概述 314
10.1.1 非线性极化率的色散特性 314
10.1.2 非线性极化率的经典描述 316
10.1.3 极化率张量的性质 319
10.1.4 非线性耦合波方程 320
10.2 激光倍频技术 322
10.2.1 倍频的波耦合方程及其解 322
10.2.2 相位匹配方法 325
10.2.3 准相位匹配方法 331
10.2.4 倍频方式 332
10.2.5 倍频晶体 333
习题10 334
参考文献 335