激光物理

第1章激光光束
1.1電磁場理論基礎1
1.1.1電磁場的波動方程1
1.1.2標量衍射理論2
1.1.3模式密度5
1.2幾何光學基礎6
1.2.1程函方程6
1.2.2光線傳播的矩陣表達式8
1.2.3Collins公式9
1.3基橫模高斯光束及其在自由空間中的傳輸11
1.3.1亥姆霍茨方程11
1.3.2均勻介質中的基橫模高斯光束12
1.3.3類透鏡介質中的高斯光束15
1.4基橫模高斯光束變換的ABCD定律16
1.5高階厄米高斯光束光束質量因子19
習 題24
第2章諧振腔理論
2.1諧振腔本征模式的概念25
2.1.1本征模式與自再現(xiàn)變換25
2.1.2穩(wěn)定諧振腔本征模式的橫模與縱模26
2.1.3開式諧振腔本征模式的基本概念27
2.2諧振腔的特征29
2.2.1諧振腔往返一周的變換矩陣29
2.2.2諧振腔的穩(wěn)定性條件29
2.2.3光學諧振腔的損耗30
2.3光學諧振腔的衍射理論32
2.3.1開腔模的衍射理論33
2.3.2方形反射鏡共焦腔中自再現(xiàn)模式的近似解35
2.4本征模式的幾何光學理論穩(wěn)定腔37
2.4.1諧振腔往返一周變換矩陣的本征態(tài)37
2.4.2穩(wěn)定諧振腔38
2.4.3穩(wěn)定兩鏡腔本征模式的主要結果39
2.5非穩(wěn)定腔與臨界腔的幾何光學理論40
2.5.1非穩(wěn)定腔的本征方程40
2.5.2幾何自再現(xiàn)波型的損耗42
習 題44
第3章場與物質相互作用的速率方程理論
3.1受激輻射受激吸收自發(fā)輻射45
3.1.1黑體輻射的普朗克公式45
3.1.2輻射場和兩能級原子之間的相互作用45
3.1.3愛因斯坦關系式46
3.2譜線加寬機制和線型函數(shù)47
3.2.1均勻加寬48
3.2.2非均勻加寬49
3.2.3綜合加寬51
3.3速率方程52
3.3.1躍遷速率53
3.3.2速率方程組54
3.4連續(xù)工作狀態(tài)下的增益系數(shù)及增益飽和56
3.4.1均勻加寬增益系數(shù)57
3.4.2多普勒加寬介質的增益系數(shù)59
3.4.3綜合加寬增益系數(shù)61
3.5激光器的工作特性61
3.5.1激光器的振蕩閾值61
3.5.2激光器的振蕩模式62
3.5.3激光器的輸出功率和輸出能量64
3.5.4馳豫振蕩66
3.5.5單模激光的線寬極限67
3.5.6頻率牽引68
習 題69
第4章半導體中輻射場與物質的相互作用
4.1晶體結構和能帶70
4.1.1晶體結構70
4.1.2能帶的形成70
4.1.3直接帶隙與間接帶隙71
4.2半導體內的躍遷72
4.2.1半導體內躍遷的過程72
4.2.2半導體內量子躍遷的特點73
4.3光子密度與能量分布函數(shù)74
4.3.1光子狀態(tài)分布74
4.3.2光子按能量的分布74
4.4躍遷速率與愛因斯坦關系75
4.4.1自發(fā)光發(fā)射躍遷76
4.4.2受激光發(fā)射躍遷76
4.4.3受激光吸收躍遷77
4.4.4愛因斯坦關系77
4.5自發(fā)發(fā)射、受激發(fā)射與受激吸收間的關系78
4.5.1凈受激發(fā)射速率78
4.5.2吸收系數(shù)78
4.5.3自發(fā)發(fā)射速率與吸收系數(shù)的關系78
4.5.4自發(fā)發(fā)射速率與受激發(fā)射速率的關系79
4.5.5半導體中總的受激發(fā)射速率79
4.6半導體中的載流子復合81
4.6.1輻射復合81
4.6.2非輻射復合82
習 題85
第5章場與物質相互作用的半經典理論
5.1量子力學的基本概念86
5.2電偶極矩近似90
5.2.1量子電偶極矩90
5.2.2電偶極矩近似91
5.2.3其他近似93
5.3輻射場對原子的作用93
5.3.1單色場的情況93
5.3.2黑體輻射場的情況96
5.4單色場對有衰減的二能級原子系統(tǒng)的作用97
5.5拉比強信號解100
5.6偶極矩的運動方程102
習 題103
第6章密度矩陣與自洽場理論
6.1密度算符與密度矩陣105
6.1.1算符的矩陣表達式105
6.1.2密度算符106
6.1.3統(tǒng)計混合狀態(tài)下密度算符的推廣108
6.1.4密度矩陣元的意義109
6.2密度矩陣的運動方程110
6.3激光場的振蕩方程113
6.3.1激光振蕩條件113
6.3.2激光振蕩的自洽場方程115
習 題119
……