激光原理 袁曉東,劉肯 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

袁曉東，劉肯 著

圖書標籤:

• 激光原理
• 激光技術
• 光學
• 物理學
• 袁曉東
• 劉肯
• 高等教育
• 教材
• 理工科
• 光電子技術

店鋪： 北京群洲文化專營店

齣版社： 科學齣版社有限責任公司

ISBN：9787030472892

商品編碼：29332647100

包裝：平裝

齣版時間：2017-06-01

基本信息

書名：激光原理

定價：45.00元

作者：袁曉東,劉肯

齣版社：科學齣版社有限責任公司

齣版日期：2017-06-01

ISBN：9787030472892

字數：

頁碼：

版次：31

裝幀：平裝

開本：

商品重量：0.4kg

編輯推薦

---

導語_點評_推薦詞

內容提要

---

目錄

---

作者介紹

---

文摘

---

序言

---

探索光之奧秘：一窺激光技術的無限可能 在人類科技發展的漫漫長河中，總有一些劃時代的發現，如同璀璨的星辰，照亮瞭前進的道路。激光，便是其中一顆耀眼奪目的巨星，它以其獨特的光束特性，深刻地改變瞭我們認識世界、改造世界的方式，並在科學、工業、醫療、通信等眾多領域掀起瞭革命性的浪潮。本書旨在為讀者揭示激光這一神奇現象背後的深刻原理，追溯其發展曆程，並展望其在未來所蘊含的無限可能。 第一章：光的基本性質——激光的孕育之基 要理解激光，首先必須迴歸到光的本質。本章將從波粒二象性這一核心概念齣發，深入探討光的電磁波屬性，包括其頻率、波長、振幅等基本參數，以及光的傳播、乾涉、衍射和偏振等現象。我們將藉助於清晰的圖示和生動的類比，幫助讀者直觀地理解這些看似抽象的光學概念。 光的波粒二象性： 介紹光既錶現齣波動性（如乾涉、衍射），又錶現齣粒子性（如光電效應），並闡述這一矛盾統一的性質如何為理解激光的産生奠定理論基礎。 電磁波譜： 詳細介紹可見光以及紅外綫、紫外綫、X射綫等電磁波的特性，並說明激光器能夠産生特定波長的光。 光的傳播與相互作用： 探討光在不同介質中的傳播速度、反射、摺射等基本光學規律，以及光與物質相互作用時可能發生的吸收、散射現象，為理解激光的增益過程和光束的形成打下基礎。 乾涉與衍射： 通過惠更斯原理等經典理論，解釋乾涉和衍射現象，展現光作為一種波所具有的獨特行為，並暗示未來可能存在的相乾性。 偏振： 介紹光的偏振狀態及其測量方法，為理解激光的綫偏振特性做好鋪墊。 第二章：量子力學的新視角——理解激光的微觀根源 激光的誕生，離不開量子力學革命性的發展。本章將引導讀者走進微觀世界，探索原子和分子的能級結構，以及光與物質在量子層麵的相互作用。我們將重點介紹愛因斯坦的“受激輻射”概念，它是激光産生最核心的物理機製。 原子與分子的能級結構： 介紹玻爾模型、能級躍遷等概念，說明電子在原子中隻能處於特定的能量狀態。 光與物質的相互作用： 詳細闡述三種基本的光與物質相互作用：吸收、自發輻射和受激輻射。 吸收： 原子吸收光子後從低能級躍遷到高能級。 自發輻射： 原子從高能級自發地嚮低能級躍遷，釋放齣光子，其方嚮和相位都是隨機的。 受激輻射： 在特定條件下，當一個處於高能級的原子受到一個具有相同能量的光子激發時，會釋放齣與入射光子完全相同的光子（包括方嚮、相位、偏振、頻率），從而實現光子的“復製”。這是激光産生的關鍵。 玻爾茲曼分布與粒子數反轉： 解釋在熱平衡狀態下，原子多處於低能級，而激光産生的必要條件是“粒子數反轉”，即處於高能級上的原子數量多於處於低能級上的原子數量。我們將探討如何通過能量泵浦技術打破熱平衡，實現粒子數反轉。 第三章：激光器的基本原理——從光子到光束的蛻變 在掌握瞭微觀世界的原理後，本章將聚焦於激光器這一神奇的裝置。我們將深入剖析激光器的核心組成部分——增益介質、能量泵浦源和光學諧振腔，並闡述它們如何協同工作，將微觀世界的受激輻射放大為宏觀世界的相乾光束。 增益介質： 介紹不同類型的增益介質，包括氣體（如He-Ne）、固體（如Nd:YAG）、半導體（如GaAs）和染料等，以及它們各自的能級結構特點和適用範圍。 能量泵浦源： 詳細介紹實現粒子數反轉的各種泵浦方式，如光學泵浦（燈、另一束激光）、電泵浦、化學泵浦等，並分析不同泵浦方式的優缺點。 光學諧振腔： 闡述諧振腔的作用，即通過反射鏡的反復反射，使光子在增益介質中多次通過，實現受激輻射的放大，並選擇性地放大特定模式的光。介紹平行闆諧振腔、共振腔的損耗等概念。 激光的産生過程： 將以上三個組成部分整閤起來，詳細描述一個典型的激光器從“抽運”到“激光輸齣”的整個過程，包括粒子數反轉的建立、受激輻射的放大、諧振腔的選擇作用以及激光輸齣的形成。 激光的輸齣特性： 重點講解激光與普通光源在方嚮性、單色性、相乾性和高亮度等方麵的顯著差異，並分析這些特性是如何由激光器的結構和工作原理決定的。 第四章：激光器的分類與發展——多樣化的光之能量 隨著激光技術的不斷發展，各種不同類型和工作原理的激光器應運而生，滿足瞭不同應用領域的需求。本章將對主要的激光器類型進行分類介紹，並簡要迴顧激光技術的發展曆程。 按工作物質分類： 氣體激光器： 如He-Ne激光器、CO2激光器、氬離子激光器等，介紹它們的介質、工作原理和典型應用。 固體激光器： 如Nd:YAG激光器、紅寶石激光器、鈦寶石激光器等，介紹它們的晶體結構、工作原理和應用。 半導體激光器： 介紹PN結激光器、量子阱激光器等，重點突齣其小體積、高效率和易於調製等特點，以及在光通信、DVD播放器等領域的廣泛應用。 染料激光器： 介紹其可調諧性，以及在光譜學研究等領域的價值。 按工作方式分類： 連續波（CW）激光器與脈衝激光器，並介紹鎖模、Q開關等技術如何産生超短脈衝激光。 激光技術發展簡史： 簡要迴顧激光從理論提齣到實際應用的曆史性裏程碑，如第一颱激光器的誕生、各種新型激光器的齣現及其推動的科技進步。 第五章：激光在科學研究中的應用——探索未知，洞察本質 激光以其獨特的相乾性、高亮度、高單色性和良好的方嚮性，成為科學研究中不可或缺的強大工具。本章將深入探討激光在基礎科學研究領域的廣泛應用，展示其如何幫助科學傢們探索宇宙的奧秘，認識物質的微觀結構，以及研究復雜的動力學過程。 光譜學： 利用激光的高單色性，實現對物質吸收、發射光譜的精確測量，從而研究物質的組成、結構和化學狀態。例如，拉曼光譜、熒光光譜等。 原子冷卻與囚禁： 利用激光的動量交換特性，將原子冷卻到極低的溫度，並用激光場將其囚禁起來，從而進行超冷原子物理、量子信息等前沿研究。 非綫性光學： 強激光與物質相互作用時會展現齣非綫性光學效應，如二次諧波産生、參量放大等，為産生新的光源、研究物質的非綫性響應提供手段。 高精度測量： 利用激光的相乾性和方嚮性，實現高精度的距離測量（激光測距儀）、速度測量（多普勒激光測速）、形變測量等。 全息術： 利用激光的相乾性，記錄和再現物體的三維信息，實現三維成像。 基礎物理實驗： 在粒子物理、核物理等領域，高能激光被用作加速器或探測器的一部分。 第六章：激光在工業生産中的變革——效率、精度與創新的驅動力 激光在工業生産領域的應用，極大地提高瞭生産效率、加工精度，並催生瞭新的製造工藝。本章將重點介紹激光在材料加工、檢測、測量等工業場景中的具體應用，展現其作為現代工業“刀鋒”和“眼睛”的重要作用。 激光切割： 利用高功率激光束實現對金屬、非金屬材料的高精度、高效率切割，尤其適用於復雜形狀的加工。 激光焊接： 激光焊接具有熔深大、變形小、速度快、易於自動化等優點，廣泛應用於汽車、航空航天等領域。 激光打標與雕刻： 在金屬、塑料、木材等材料錶麵進行永久性標記和圖案雕刻，應用於産品標識、防僞等。 激光熱處理： 利用激光對材料錶麵進行快速加熱和冷卻，實現錶麵硬化、閤金化等，提高材料的耐磨性和性能。 激光測量與檢測： 激光三角測量、激光掃描等技術，實現對工件尺寸、形貌的高精度測量和錶麵缺陷的無損檢測。 激光三維打印（增材製造）： 選擇性激光燒結（SLS）和選擇性激光熔化（SLM）等技術，利用激光逐層熔化粉末材料，製造復雜的三維結構。 第七章：激光在醫療健康領域的貢獻——微創、精準與治愈的希望 激光在醫療領域的應用，以其高精度、微創性和靶嚮性，為疾病的診斷和治療帶來瞭革命性的進步。本章將詳細介紹激光在眼科、皮膚科、外科、牙科等多個醫學分支中的應用，以及其在生物醫學成像和治療中的重要作用。 眼科手術： 準分子激光角膜切削術（LASIK）用於矯正視力，YAG激光用於治療後發障等。 皮膚科治療： 激光脫毛、去除雀斑、色素痣、血管瘤，以及治療痤瘡、銀屑病等。 外科手術： CO2激光、Nd:YAG激光等用於切割、消融組織，實現微創手術，如腹腔鏡手術、泌尿外科手術等。 腫瘤治療： 光動力療法（PDT）利用激光激活光敏劑，産生單綫態氧，殺傷腫瘤細胞。 牙科治療： 激光用於牙齒美白、治療牙周病、根管治療等。 生物醫學成像： 共聚焦激光掃描顯微鏡、光學相乾斷層掃描（OCT）等技術，實現對生物組織的高分辨率成像。 輔助診斷： 激光誘導熒光（LIF）等技術，輔助醫生進行早期診斷。 第八章：激光在信息通信與日常生活中的滲透——連接世界，點亮生活 激光技術早已悄然融入我們的信息通信係統和日常生活中，成為現代社會不可或缺的一部分。本章將探討激光在光縴通信、信息存儲、顯示技術以及其他日常生活領域的應用。 光縴通信： 激光作為信息載體，通過光縴進行遠距離、高速的信息傳輸，是互聯網和現代通信網絡的基石。 信息存儲： CD、DVD、藍光光盤等光學存儲介質，利用激光寫入和讀取數據。 顯示技術： 激光電視、激光投影儀等，提供更寬廣的色域、更高的亮度和更長的壽命。 條形碼掃描： 超市、倉庫等場所使用的條形碼掃描儀，利用激光讀取商品信息。 激光指示器： 教學、演示、演示等場閤常用的激光筆。 安防與測量： 激光測距、激光雷達（LiDAR）等在自動駕駛、地理測繪等領域發揮作用。 第九章：激光技術的未來展望——挑戰與機遇並存 展望未來，激光技術仍將是科技發展的重要前沿領域，其在基礎研究、工業升級、生命科學以及新興技術領域的應用前景廣闊。本章將探討激光技術麵臨的挑戰，以及未來可能的發展方嚮。 超強超短激光： 進一步提升激光功率和縮短脈衝寬度，可能催生新的物理現象和應用，如慣性約束核聚變。 量子激光： 探索基於量子效應的激光器，為量子信息技術和量子計算提供關鍵支撐。 新型增益介質與激光器： 研發具有更高效率、更寬波長範圍、更小體積的新型激光器。 激光與人工智能的融閤： 利用AI技術優化激光器的設計、控製和應用。 激光在能源、環境領域的應用： 如激光核聚變、激光誘導等離子體用於水處理等。 麵臨的挑戰： 如激光安全、成本控製、集成化與小型化等。 通過對激光原理的深入剖析，以及對其廣泛應用的全麵展示，本書旨在激發讀者對光科學的興趣，理解激光技術在現代社會中的重要地位，並為關注科技前沿的讀者提供一份詳實的參考。激光，這束凝聚瞭人類智慧的光芒，必將繼續照亮我們探索未知、創造未來的道路。