Introduction to Laser Diode-Pumped Solid State Lasers (SPIE Tutorial Texts in Optical Engineering Vo pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:SPIE Publications

作者:Richard Scheps

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2002-01-11

价格:USD 48.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780819442741

丛书系列:

图书标签:

• Laser diode-pumped solid-state lasers
• Solid-state lasers
• Laser physics
• Optical engineering
• Laser technology
• Photonics
• Optical amplifiers
• Laser materials
• Nonlinear optics
• Laser applications

激光器与光学工程领域的入门指南 本书是为有志于深入了解激光器技术，特别是近年来发展迅猛的激光泵浦固体激光器（DPSS）的读者量身打造的入门级教材。它提供了一个坚实的基础，涵盖了激光器工作的基本原理，并逐步深入到DPSS激光器的特有设计、性能特点以及广泛的应用领域。本书旨在帮助读者构建一个清晰、系统的知识体系，使其能够理解DPSS激光器背后的科学原理，并初步掌握其设计和应用的关键要素。 第一部分：激光器基础原理回顾 在正式探讨DPSS激光器之前，本书首先对激光器的一般性基本原理进行了全面回顾。这一部分是理解任何激光器类型的基础，其内容详实，旨在为读者建立扎实的理论框架。 光与物质的相互作用： 本节深入探讨了光与物质之间各种相互作用的物理过程，这是激光产生和运作的根本。内容涵盖了： 吸收： 原子或分子吸收光子能量，从低能级跃迁到高能级。本书会详细阐述吸收截面、吸收谱线以及影响吸收效率的因素，如温度、压力和介质浓度。 自发辐射： 处于高能级的粒子在没有外界干预的情况下，自发地跃迁回低能级，并释放出光子。本书会解释自发辐射的随机性以及其在激光过程中扮演的角色，例如作为种子信号的来源。 受激辐射： 这是激光产生的核心机制。当处于高能级的粒子受到一个与其能量差相匹配的光子激发时，会以与入射光子相同的频率、相位和方向辐射出一个新的光子。本书会详细介绍受激辐射的概率、触发条件以及其在放大光信号中的决定性作用。 粒子数反转： 粒子数反转是实现受激辐射占主导地位的必要条件。本书会解释如何在增益介质中建立粒子数反转，通常是通过能量泵浦实现。同时，会探讨实现粒子数反转所需的能量密度、泵浦效率以及不同泵浦方法（如光泵浦、电泵浦）的原理。 光谐振腔： 光谐振腔是激光器实现光放大的关键组成部分。本书会详细介绍谐振腔的结构，通常由两个或多个反射镜组成，用于将光场限制在增益介质中，并实现多次反射，从而增加光与物质的相互作用时间，提高放大效率。内容将涵盖： 谐振腔的类型： 例如，平-平谐振腔、凹-凹谐振腔、阿佩尔（Concentric）谐振腔等，以及它们各自的特点和适用性。 谐振腔的模式： 包括纵模（决定激光频率）和横模（决定光束的空间分布）。本书将解释如何通过选择谐振腔参数来控制激光器的输出模式，如TEM00模式。 谐振腔的损耗： 包括反射镜损耗、衍射损耗、散射损耗等。理解损耗对于确定激光器的阈值功率和输出功率至关重要。 增益和损耗的平衡： 激光器的产生需要增益（光放大）大于损耗，从而实现净增益。本书会详细分析增益系数和损耗系数的概念，以及它们如何决定激光器的阈值条件。当增益等于损耗时，激光器进入阈值状态，光强开始呈指数增长。 激光器的组成部分： 概览激光器的基本构成，包括增益介质（固体、气体、半导体等）、能量泵浦源、光谐振腔、输出耦合镜等。 第二部分：激光泵浦固体激光器（DPSS）的特有技术 在掌握了激光器的基本原理后，本书将重点转向DPSS激光器，详细剖析其独特的设计理念和技术优势。 DPSS激光器的概念与优势： 定义： 解释DPSS激光器是指使用另一束激光（通常是半导体激光二极管，LD）作为能量源来泵浦固体增益介质的激光器。 关键优势： 详细阐述DPSS激光器相比于传统灯泵浦固体激光器（如灯泵浦Nd:YAG激光器）所具有的显著优点： 高泵浦效率： LD的光谱狭窄，与增益介质的吸收光谱匹配度高，能量转化效率远高于宽谱的灯源。 长寿命与高可靠性： LD具有长寿命和高可靠性，无需频繁更换，降低了维护成本。 紧凑化设计： LD体积小，易于集成，使得DPSS激光器可以设计得更加紧凑和轻便。 高光束质量： DPSS激光器更容易实现高斯光束（TEM00模式），光束质量好，有利于聚焦和远距离传输。 精确的能量控制： LD的输出功率可以通过驱动电流精确控制，实现激光输出的稳定和动态调整。 环境友好： 避免了传统灯泵浦激光器使用寿命短、能耗高、产生热量大的缺点。 DPSS激光器的泵浦机制： 深入探讨LD如何将能量传递给固体增益介质。 吸收过程： 解释LD发射的光子被固体增益介质中的激活离子吸收，从而将其激发到高能级。 泵浦源的选择： 讨论选择合适LD作为泵浦源的重要性，包括LD的波长、功率、光束质量和稳定性等参数。常用的LD泵浦源包括各种类型的半导体激光器。 耦合方式： 介绍LD光如何有效地耦合到增益介质中，例如使用光纤耦合、直接耦合、透镜耦合等。耦合效率直接影响泵浦效率。 常用的DPSS增益介质： 介绍几种最常见且重要的DPSS激光器使用的固体增益介质。 Nd:YAG (掺钕钇铝石榴石)： 这是DPSS领域最经典也是最广泛使用的增益介质之一。本书会详细介绍其光学特性、吸收光谱、发射光谱以及其在各种泵浦波长下的行为。 Nd:YVO4 (掺钕钇钒酸盐)： 相较于Nd:YAG，Nd:YVO4具有更高的吸收截面和更短的荧光寿命，在某些应用中具有优势。 Yb:YAG (掺镱钇铝石榴石)： Yb:YAG以其吸收光谱的低灵敏度（对温度变化不敏感）、高量子效率以及适合长波长LD泵浦的特点而受到关注。 Er:YAG (掺铒钇铝石榴石)： 常用于产生中红外激光。 其他增益介质： 可能会简要提及一些其他用于特定波长输出或具有特殊性能的增益介质。 DPSS激光器的设计与优化： 谐振腔设计： 针对DPSS激光器的特点，讨论谐振腔的设计考虑，包括如何优化谐振腔参数以匹配LD泵浦的特性，实现高效的能量提取和优良的光束质量。 热管理： 尽管DPSS激光器热效率高，但高功率泵浦仍会产生热量。本书会探讨热管理的重要性，包括散热设计、热透镜效应以及如何补偿热效应。 效率分析： 深入分析DPSS激光器的各种效率，如泵浦效率、吸收效率、斜率效率、光光转换效率等，并探讨提高效率的途径。 第三部分：DPSS激光器的应用领域 DPSS激光器凭借其优异的性能，在众多领域得到了广泛的应用。本书的这一部分将展示DPSS激光器的实际价值，并激发读者的应用灵感。 工业应用： 材料加工： 激光焊接： 高精度、高效率的焊接各种金属材料，如汽车、航空航天制造。 激光切割： 精密切割金属、塑料、纺织品等材料，具有无接触、无污染的特点。 激光打标： 在各种材料表面进行永久性标记，用于产品追溯、防伪等。 表面处理： 如激光淬火、退火、表面强化等。 精密制造： 微加工： 用于制造微电子器件、微型传感器等。 3D打印（选择性激光烧结/熔融）： 高精度地将粉末材料层层熔融成型。 医疗应用： 眼科手术： 视网膜光凝： 治疗糖尿病视网膜病变、黄斑变性等。 屈光手术（LASIK）： 精准地重塑角膜形状，矫正视力。 皮肤治疗： 激光脱毛： 利用特定波长的激光选择性地破坏毛囊。 色素性病变治疗： 如祛除雀斑、老年斑、纹身等。 血管病变治疗： 治疗红血丝、蜘蛛痣等。 外科手术： 激光切除/消融： 用于切除肿瘤、结石等，或消融组织。 止血： 通过激光照射快速凝固血管。 科研与测量： 光谱分析： 用于物质成分分析、分子结构研究等。 粒子成像测速（PIV）： 用于测量流场速度分布。 干涉测量： 用于精密测量位移、形变等。 非线性光学： 产生高次谐波、光参量放大等。 通信与信息技术： 光纤通信： 尽管本书不专门介绍通信激光器，但DPSS激光器的一些技术原理与光纤通信中的泵浦激光器有共通之处。 激光显示： 高亮度、广色域的激光显示技术。 其他应用： 安防监控： 激光雷达（LiDAR）用于环境扫描和目标检测。 激光照明： 用于特殊场合的照明。 本书的特色与读者对象： 本书结构清晰，语言通俗易懂，避免了过多的复杂数学推导，但又不失严谨性。书中穿插了大量的示意图和实例，帮助读者更直观地理解概念。 本书适合以下读者： 光学工程专业的学生： 作为学习激光器原理、特别是DPSS激光器技术的基础教材。 物理学专业的学生： 对现代激光技术感兴趣，希望了解其背后的物理原理。 激光器研发工程师： 需要快速了解DPSS激光器的基础知识，为实际工作提供理论支持。 激光器应用领域的专业人士： 希望深入了解所使用激光器的工作原理，以便更好地发挥其性能。 对现代激光技术有浓厚兴趣的科学爱好者。 通过阅读本书，读者将能够建立起对DPSS激光器完整而深刻的理解，为他们在激光技术领域的进一步学习、研究和实践打下坚实的基础。

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