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 原子能級和能級壽命及寬度 6
1.2.2 黑體輻射的普朗克公式 7
1.2.3 光與物質的相互作用 8
1.2.4 粒子數(shù)反轉分布與光放大 11
1.2.5 增益系數(shù)與增益曲線 12
1.3 激光能級系統(tǒng)和激光振蕩條件 13
1.3.1 激光能級系統(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 光學諧振腔和激光模式 22
1.5.1 光腔的構成及分類 22
1.5.2 共軸球面腔的穩(wěn)定性條件 24
1.5.3 光腔的損耗和時間常數(shù) 26
1.5.4 激光模式 28
1.6 基模高斯光束及其準直 31
1.6.1 基模高斯光束及其基本特性 31
1.6.2 薄透鏡對基模高斯光束的變換 33
1.6.3 基模高斯光束的準直 34
習題與思考題 36
第2章 常用激光技術與激光器 38
2.1 激光調制技術 38
2.1.1 激光調制的基本概念 38
2.1.2 電光調制技術 39
2.1.3 聲光調制技術 45
2.1.4 直接調制技術 48
2.2 激光模式選擇技術 49
2.2.1 激光橫模選擇技術 49
2.2.2 激光縱模選擇技術 50
2.3 激光頻率穩(wěn)定技術 55
2.3.1 激光頻率穩(wěn)定性及復現(xiàn)性 55
2.3.2 影響頻率穩(wěn)定性的主要因素及被動穩(wěn)頻 57
2.3.3 主動穩(wěn)頻方法與技術 57
2.4 He-Ne激光器 69
2.4.1 He-Ne激光器的結構及分類 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 諧振腔結構及特點 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 半導體激光器 94
2.7.1 半導體與 PN結的能帶結構 94
2.7.2 半導體激光器的工作原理及閾值條件 97
2.7.3 半導體激光器常用結構 99
2.7.4 半導體激光器的主要工作特性 102
習題與思考題 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 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標準具選模雙腔雙頻Nd:YAG激光器 128
3.4.5 雙腔雙頻Nd:YAG激光器正交解調 PDH穩(wěn)頻系統(tǒng) 132
3.5 雙波長單縱模光纖激光器 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單縱模光纖激光器 138
3.5.3 DBR型雙波長單縱模摻鐿光纖激光器 141
3.5.4 雙腔雙波長單縱模光纖激光器 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
習題與思考題 153
第4章 激光干涉測量 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 158
4.2 激光干涉測量原理及干涉儀 160
4.2.1 激光干涉測量原理 160
4.2.2 邁克耳孫干涉儀 160
4.2.3 馬赫-曾德爾干涉儀 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 激光外差干涉測量 168
4.3.1 塞曼雙頻激光外差干涉測量 169
4.3.2 聲光調制激光外差干涉測量 171
4.4 激光合成波干涉測量 172
4.4.1 合成波絕對距離干涉測量原理 172
4.4.2 多級合成波長逐級精化測量方法 174
4.4.3 雙頻激光合成波絕對距離干涉測量系統(tǒng) 175
4.4.4 雙頻激光合成波納米測量干涉儀 180
4.5 激光調頻波干涉測量 181
4.5.1 調頻連續(xù)波干涉 182
4.5.2 半導體激光器線性調頻連續(xù)波絕對距離干涉測量 183
4.5.3 半導體激光器正弦調頻連續(xù)波納米測量干涉儀 185
4.6 激光干涉光學探針測量 186
4.6.1 相移干涉光學探針測量 186
4.6.2 掃描差分干涉光學探針測量 187
4.6.3 共光路外差干涉光學探針測量 188
4.6.4 組合干涉光學探針測量 189
4.7 光學頻率梳干涉測量 190
4.7.1 光學頻率梳的數(shù)學描述 190
4.7.2 光學頻率梳的產(chǎn)生 191
4.7.3 光頻梳脈沖干涉絕對距離測量 196
4.7.4 光頻梳模間拍頻絕對距離測量 198
4.7.5 光頻梳光譜干涉絕對距離測量 199
4.7.6 光頻梳絕對距離測量應用 199
習題與思考題 201
第5章 激光自混合干涉測量 202
5.1 激光自混合干涉現(xiàn)象及測量系統(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參數(shù) 204
5.1.4 激光自混合干涉測量系統(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 半導體激光器自混合干涉特性 210
5.3 激光自混合干涉絕對距離測量 212
5.3.1 半導體激光器自混合干涉絕對距離測量 212
5.3.2 固體激光器自混合干涉絕對距離測量 213
5.3.3 光纖激光器自混合干涉絕對距離測量 214
5.4 激光自混合干涉位移測量 216
5.4.1 雙折射雙頻He-Ne激光器自混合干涉位移測量 217
5.4.2 Nd:YAG激光器自混合干涉位移測量218
5.4.3 半導體激光器自混合干涉位移測量 220
5.5 激光自混合干涉速度測量 224
5.5.1 雙頻Nd:YAG激光器自混合干涉速度測量 224
5.5.2 半導體激光器自混合散斑干涉速度測量 226
習題與思考題 227
第6章 激光數(shù)字全息干涉測量 228
6.1 全息術概述 228
6.1.1 全息術發(fā)展簡介 228
6.1.2 全息過程 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)像質量優(yōu)化方法 234
6.3.1 頻域濾波法 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)字全息干涉測量應用 237
6.4.1 三維面形測量 238
6.4.2 溫度場測量 240
6.4.3 粒子場測量 241
6.4.4 生物組織動態(tài)監(jiān)測 242
習題與思考題 243
第7章 激光準直與多自由度誤差同時測量 244
7.1 概述 244
7.1.1 激光準直測量基本原理 244
7.1.2 激光準直測量系統(tǒng)組成 251
7.2 激光直線度測量 257
7.2.1 直線度測量概述 257
7.2.2 激光直線度測量方法 258
7.2.3 直線度測量誤差分析 261
7.3 激光多自由度誤差同時測量 263
7.3.1 滾轉角測量 265
7.3.2 四自由度誤差同時測量 266
7.3.3 五自由度誤差同時測量 269
7.3.4 六自由度誤差同時測量 269
7.4 激光跟蹤測量 270
7.4.1 概述 270
7.4.2 激光跟蹤干涉測量系統(tǒng) 271
習題與思考題 272
第8章 激光雷達大氣探測 273
8.1 概述 273
8.1.1 激光雷達大氣探測的物理基礎 273
8.1.2 大氣探測激光雷達的分類 274
8.2 激光雷達大氣探測原理及方法 275
8.2.1 激光雷達的基本原理 275
8.2.2 激光雷達方程 276
8.2.3 激光雷達方程的解 276
8.3 米散射激光雷達大氣氣溶膠探測 280
8.3.1 大氣氣溶膠 280
8.3.2 米散射激光雷達系統(tǒng)組成及氣溶膠探測 280
8.4 激光多普勒雷達大氣風場探測 282
8.4.1 激光多普勒測風雷達原理及分類 283
8.4.2 相干多普勒測風激光雷達 283
8.4.3 非相干多普勒測風激光雷達 284
8.5 激光雷達大氣溫度探測 287
8.5.1 大氣溫度探測方法概述 287
8.5.2 瑞利散射激光雷達大氣溫度探測 288
8.5.3 轉動拉曼散射激光雷達大氣溫度探測 291
289 習題與思考題 291
參考文獻 292