激光物理

第1章激光光束
1.1电磁场理论基础1
1.1.1电磁场的波动方程1
1.1.2标量衍射理论2
1.1.3模式密度5
1.2几何光学基础6
1.2.1程函方程6
1.2.2光线传播的矩阵表达式8
1.2.3Collins公式9
1.3基横模高斯光束及其在自由空间中的传输11
1.3.1亥姆霍茨方程11
1.3.2均匀介质中的基横模高斯光束12
1.3.3类透镜介质中的高斯光束15
1.4基横模高斯光束变换的ABCD定律16
1.5高阶厄米高斯光束光束质量因子19
习 题24
第2章谐振腔理论
2.1谐振腔本征模式的概念25
2.1.1本征模式与自再现变换25
2.1.2稳定谐振腔本征模式的横模与纵模26
2.1.3开式谐振腔本征模式的基本概念27
2.2谐振腔的特征29
2.2.1谐振腔往返一周的变换矩阵29
2.2.2谐振腔的稳定性条件29
2.2.3光学谐振腔的损耗30
2.3光学谐振腔的衍射理论32
2.3.1开腔模的衍射理论33
2.3.2方形反射镜共焦腔中自再现模式的近似解35
2.4本征模式的几何光学理论稳定腔37
2.4.1谐振腔往返一周变换矩阵的本征态37
2.4.2稳定谐振腔38
2.4.3稳定两镜腔本征模式的主要结果39
2.5非稳定腔与临界腔的几何光学理论40
2.5.1非稳定腔的本征方程40
2.5.2几何自再现波型的损耗42
习 题44
第3章场与物质相互作用的速率方程理论
3.1受激辐射受激吸收自发辐射45
3.1.1黑体辐射的普朗克公式45
3.1.2辐射场和两能级原子之间的相互作用45
3.1.3爱因斯坦关系式46
3.2谱线加宽机制和线型函数47
3.2.1均匀加宽48
3.2.2非均匀加宽49
3.2.3综合加宽51
3.3速率方程52
3.3.1跃迁速率53
3.3.2速率方程组54
3.4连续工作状态下的增益系数及增益饱和56
3.4.1均匀加宽增益系数57
3.4.2多普勒加宽介质的增益系数59
3.4.3综合加宽增益系数61
3.5激光器的工作特性61
3.5.1激光器的振荡阈值61
3.5.2激光器的振荡模式62
3.5.3激光器的输出功率和输出能量64
3.5.4驰豫振荡66
3.5.5单模激光的线宽极限67
3.5.6频率牵引68
习 题69
第4章半导体中辐射场与物质的相互作用
4.1晶体结构和能带70
4.1.1晶体结构70
4.1.2能带的形成70
4.1.3直接带隙与间接带隙71
4.2半导体内的跃迁72
4.2.1半导体内跃迁的过程72
4.2.2半导体内量子跃迁的特点73
4.3光子密度与能量分布函数74
4.3.1光子状态分布74
4.3.2光子按能量的分布74
4.4跃迁速率与爱因斯坦关系75
4.4.1自发光发射跃迁76
4.4.2受激光发射跃迁76
4.4.3受激光吸收跃迁77
4.4.4爱因斯坦关系77
4.5自发发射、受激发射与受激吸收间的关系78
4.5.1净受激发射速率78
4.5.2吸收系数78
4.5.3自发发射速率与吸收系数的关系78
4.5.4自发发射速率与受激发射速率的关系79
4.5.5半导体中总的受激发射速率79
4.6半导体中的载流子复合81
4.6.1辐射复合81
4.6.2非辐射复合82
习 题85
第5章场与物质相互作用的半经典理论
5.1量子力学的基本概念86
5.2电偶极矩近似90
5.2.1量子电偶极矩90
5.2.2电偶极矩近似91
5.2.3其他近似93
5.3辐射场对原子的作用93
5.3.1单色场的情况93
5.3.2黑体辐射场的情况96
5.4单色场对有衰减的二能级原子系统的作用97
5.5拉比强信号解100
5.6偶极矩的运动方程102
习 题103
第6章密度矩阵与自洽场理论
6.1密度算符与密度矩阵105
6.1.1算符的矩阵表达式105
6.1.2密度算符106
6.1.3统计混合状态下密度算符的推广108
6.1.4密度矩阵元的意义109
6.2密度矩阵的运动方程110
6.3激光场的振荡方程113
6.3.1激光振荡条件113
6.3.2激光振荡的自洽场方程115
习 题119
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