国外激光教材lasers与国内相关教材评介

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1、国外激光教材“lasers”与国内相关教材评介袁树忠（南开大学现代光学研究所天津300071）摘要本文对国内外有代表性的激光教材进行了点评，提出了在国内与激光密切相关的本科及研究生教学中，使用哪些教材作为重点参考，以及为满足国内高校教材与国际接轨的需求，国内激光教材应如何编写的建议。关键词激光激光原理国外教材教材评介激光是二十世纪的重大科技发明之一，激光的应用遍及科技、经济、军事和社会发展的各个领域。它是把微波受激辐射放大器的原理推广到光波波段发展起来的。半个世纪以来，在理论研究的推动下，不断有新型的

2、激光器出现，不断扩大应用领域，学校的教材也在不断革新，但激光的基本原理内容不会变。在激光的基础部分，国内外有代表性的大学教材有美国斯坦福大学电子工程系的著名教授A.E.Siegman编写的“Lasers”、意大利米兰理工学院和国家研究委员会OrazioSvelto先生编写的“PrinciplesofLasers”和W.T.Silfvast的《LaserFundamentals》等，国内则以清华大学周炳琨等人编著的《激光原理》影响最为广泛。1.“Lasers”的主要内容、特点和适用对象1.1该书的主要内

3、容A.E.Siegman教授的“Lasers”由牛津大学出版社1986年出版，该书系统而详细地论述了激光物理、激光技术方面的知识，内容全面，其理论基础主要为经典电子振荡的洛伦兹模型，全书1283页，共计31章，分为3大部分。第一部分为激光的物理基础共计13章557页。这部分内容占全书的2/5还多，是学习激光的基础。从激光器的基本问题开始，用经典和半经典理论模型描述了电偶极子跃迁、原子速率方程、激光泵浦和粒子数反转、激光放大、线性和非线性脉冲传输、振荡动力学和阈值等。第二部分为光束和谐振腔理论，共计有1

4、0章365页。这一部分分别从射线光学（矩阵光学）和波动光学讨论了激光光束—高斯光束的特性、稳定的两镜谐振腔，并用复合同轴波动光学讨论了同轴谐振腔理论，最后还讨论了非稳谐振腔。10第三部分是激光动力学和新的研究课题。共有8章345页。这一部分从激光动力学讨论了激光的模式竞争、Q开关、模耦合、锁模、烧孔和饱和吸收光谱等。1.2该书的特点A.E.Siegman教授的“Lasers”一书是出现较早的全面阐述激光原理的经典教材，该书的特点是让读者从量子电子学的神秘感中解脱出来，从而能轻松地阅读全书。该书没有从量

5、子电子学的角度去论述和进行数学推导，而是从经典的量子电子学论述，这样工科学生学习起来容易一些，但学生需要有本科生的光学和经典电子学的基础。作者认为激光物理中的大部分基本概念及所有的应用原理均属于经典理论的范围，因此该书的论述方法主要基于电子振荡理论模型，并适当引入原子、分子的能级结构图和能级跃迁这些物理学者所熟知的量子力学概念，这样就不用要求学生熟悉艰深的量子力学理论，只要掌握了电磁理论、电动力学方法和基础光学知识就能很容易地理解掌握全书所阐述的基本理论。另外，该书物理概念论述清楚、系统，图示和数学表

6、述容易理解，内容丰富，并且该书每一节的后面都有参考文献和思考题，便于学生查阅参考和思考。以下是部分思考题和习题。第一章的第11节习题1、21.固体激光器以及部分气体激光器可以在调Q状态下工作。用宽脉冲泵浦，开始通过增加腔内损耗，阻止激光振荡，以获得极大的反转粒子数；在泵浦结束时，突然减小腔内损耗，上能级粒子数迅速“倒空”，形成高能量脉冲。对于红宝石激光器，作为增益介质的红宝石棒中的铬离子的浓度通常为~2´1019调Q状态下的红宝石激光器，几乎所有离子都可以被泵浦到上能级，泵浦脉冲的持续时间~1ms。设

7、腔倒空时间为50ns，并且在此时间内再没有泵浦发生，计算单个调Q脉冲可以获得的最大能量，以及峰值功率。（设红宝石棒为圆柱状，长7.5cm，直径1cm）。2.激光聚焦强度问题:上题中的激光被聚焦为直径1mm的光斑，求光斑的峰值功率强度（W/cm²）以及光斑的场强。第六章第一节习题1、第二节习题21.考虑一个三能级系统（g1=g2=g3），并且认为W12=W21=Wα，W13=W31=Wb，利用光学频率近似方法给出粒子束之差N2-N3与泵浦速率和发射速率的关系。假设Wα/Wb值恒定，用作图来说明变量（N2

8、-N3）随泵浦强度的变化。102.假设泵浦速率和弛豫速率Rp,γij不变，在考虑上下能级简并条件下，重新推导泵浦及饱和的计算过程。设上下能级简并度分别为g1，g2，需要考虑其对W12，W21及ΔN21定义的影响。第十二章第二节习题11．思考多普勒展宽型激光器中的模式数目。He-Ne激光器为多普勒展宽型激光器ΔWd=2π´1500MHz，其中心非饱和系数2αmo为3%每米。假使激光器两镜腔的反射率分别为R=99%（输出镜）R=100%，由于布儒斯特窗造成的