本书共6章，主要对激光产生的物理基础、电磁场与激光工作物质的相互作用、光学谐振腔理论、激光谐振腔的振荡和输出特性、激光技术、先进激光器件及激光技术应用等进行详细论述。每章都附有习题，可供学生练习使用。 本书可作为应用物理、光电子等相关专业的本科生教材，也希望能对相关科研人员和技术人员有所裨益。

绪论 001 第 1 章 激光产生的物理基础 005 1.1 光的波粒二象性 006 1.1.1 光学发展历程简介 006 1.1.2 光波及光子 007 1.1.3 光波的波函数 008 1.2 产生激光的能级理论 010 1.2.1 原子能级和原子态 010 1.2.2 能级跃迁理论简介 012 1.2.3 多原子系统的粒子分布 012 1.2.4 典型激光器的能级结构和特点 013 1.3 量子态的基本假设 014 1.3.1 光子的基本性质 014 1.3.2 光子的相干性 015 1.3.3 光波模式和光子态 017 1.3.4 光子简并度 019 1.3.5 激光的模式 020 1.4 激光的产生及特性 023 1.4.1 激光产生过程简介 023 1.4.2 激光器基本组成及类型 024 1.4.3 激光的特性 034 习题 040 第 2 章 电磁场与激光工作物质的相互作用 042 2.1 黑体辐射与普朗克公式 043 2.1.1 热辐射理论 043 2.1.2 黑体辐射的普朗克理论及公式 044 2.2 光与物质相互作用及爱因斯坦关系式 045 2.2.1 自发辐射 046 2.2.2 受激吸收 047 2.2.3 受激辐射 048 2.2.4 爱因斯坦三系数的关系 048 2.2.5 自发辐射与受激辐射的光功率 049 2.3 谱线加宽机制 050 2.3.1 光谱线的线型和线宽 050 2.3.2 均匀加宽介质的增宽机制及线型函数 051 2.3.3 非均匀加宽介质的增宽机制及线型函数 055 2.3.4 均匀加宽与非均匀加宽线型比较 058 2.3.5 综合加宽 058 习题 059 第 3 章 光学谐振腔理论 061 3.1 光学谐振腔的几何理论——光学变换矩阵 062 3.1.1 光线在自由空间传播的光学变换矩阵 062 3.1.2 光线经球面镜反射的光学变换矩阵 063 3.1.3 共轴球面谐振腔的光学变换矩阵 064 3.1.4 光学谐振腔的稳定性条件 065 3.1.5 稳区图及其应用 067 3.1.6 共轴球面腔分类 069 3.2 速率方程组理论及稳态下反转粒子数密度分布 070 3.2.1 修正的爱因斯坦三系数 070 3.2.2 三能级系统和四能级系统的速率方程组 071 3.3 小信号反转粒子数密度分布 074 3.3.1 三能级系统小信号粒子数反转分布 074 3.3.2 四能级系统小信号粒子数反转分布 075 3.4 大信号反转粒子数密度分布及反转粒子数饱和效应 076 3.4.1 均匀加宽介质大信号反转粒子数密度分布 076 3.4.2 反转粒子数密度的饱和效应 077 3.4.3 非均匀加宽大信号反转粒子数密度分布 079 3.5 均匀加宽介质对光的增益 081 3.5.1 均匀加宽介质小信号增益系数 081 3.5.2 均匀加宽介质大信号增益系数 082 3.5.3 非均匀加宽介质小信号增益系数 084 3.5.4 非均匀加宽介质大信号增益系数 085 3.6 光学谐振腔的损耗 086 3.6.1 平均单程损耗因子 087 3.6.2 谐振腔的寿命 090 3.6.3 谐振腔的品质因数 091 3.7 激光形成的阈值条件 093 3.7.1 阈值增益系数 093 3.7.2 阈值反转粒子数密度 094 3.7.3 激光上能级阈值粒子数密度 095 3.7.4 连续或长脉冲激光器的阈值泵浦功率 095 3.7.5 短脉冲激光器的阈值泵浦功率 096 习题 097 第 4 章 激光谐振腔的振荡和输出特性 100 4.1 激光器的起振模式 101 4.1.1 起振模式数计算 101 4.1.2 均匀加宽激光器中的模式竞争及跳模现象 102 4.2 非均匀加宽激光器中的模式竞争 104 4.3 光学谐振腔的衍射理论及纵模 105 4.3.1 菲涅耳-基尔霍夫衍射公式 105 4.3.2 光学谐振腔自再现模积分方程 105 4.3.3 激光谐振腔的谐振频率及激光纵模 106 4.4 对称共焦腔光场分布特性及横模 108 4.4.1 共焦腔镜面上的光场分布及激光横模 108 4.4.2 方形镜共焦腔中的行波场及光场分布特征 111 4.4.3 圆形镜共焦腔行波场及光场分布特征 114 4.5 基模高斯光束在自由空间的传输特性 115 4.5.1 高斯光束的振幅分布和光斑尺寸 115 4.5.2 高斯光束的相位分布 116 4.5.3 高斯光束的远场发散角 118 4.6 激光器的输出特性 118 4.6.1 均匀加宽激光器的输出功率 118 4.6.2 非均匀加宽单模激光器的输出功率 120 4.6.3 单模激光器的线宽极限 121 4.7 薄透镜对高斯光束的变换规律 123 4.7.1 薄透镜对高斯光束 q 参数的变换 123 4.7.2 高斯光束的聚焦 126 4.7.3 高斯光束的准直 128 习题 130 第 5 章 激光技术 132 5.1 激光器的选模技术 133 5.1.1 选模的基本概念 133 5.1.2 激光单横模的选取方法 134 5.1.3 激光单纵模的选取方法 137 5.2 激光器的稳频技术 139 5.2.1 影响频率稳定的因素 140 5.2.2 稳频方法 141 5.3 激光调 Q 技术 144 5.3.1 影响 Q 的因素及调 Q 原理 145 5.3.2 调 Q 方法 146 5.4 激光调制技术 149 5.4.1 激光调制概念 149 5.4.2 激光调制方法 153 习题 158 第 6 章 先进激光器件及激光技术应用 159 6.1 典型激光器和激光放大器 160 6.1.1 固体激光器 160 6.1.2 气体激光器 163 6.2 先进激光器件及应用 168 6.2.1 半导体激光器原理及应用 168 6.2.2 量子阱激光器原理及应用 169 6.2.3 光纤激光器原理及应用 171 6.2.4 碟片激光器原理及应用 173 6.3 先进激光加工技术 175 6.3.1 激光加工技术的理论基础 175 6.3.2 激光熔覆技术 183 6.3.3 激光焊接技术 187 6.3.4 激光打孔技术 188 6.3.5 水导激光加工技术 188 6.3.6 激光冲击强化技术 190 6.3.7 激光快速成型 192 6.4 激光技术在军事领域的应用 193 6.4.1 激光测距 193 6.4.2 激光雷达、激光导航和激光制导 194 6.4.3 激光武器 196 6.5 激光技术在生物、医学领域的应用 197 6.5.1 激光在生物检测中的应用 197 6.5.2 激光在医疗中的应用 198 6.5.3 激光在医疗器械上的应用——激光刀 199 6.6 其他新型激光应用技术 200 6.6.1 激光输电技术 200 6.6.2 激光空间碎片处理技术 201 习题 203 参考文献 204 附录 206 附录一 常用物理常数 206 附录二 常见光学元件的光学变换矩阵 206 附录三 常用激光晶体的典型技术参数 207 附录四 典型气体激光器基本实验数据 208 附录五 典型固体激光器工作物质参数 208