激光物理

第1章激光光束
1.1電磁場理論基礎(chǔ)1
1.1.1電磁場的波動(dòng)方程1
1.1.2標(biāo)量衍射理論2
1.1.3模式密度5
1.2幾何光學(xué)基礎(chǔ)6
1.2.1程函方程6
1.2.2光線傳播的矩陣表達(dá)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(zhì)中的基橫模高斯光束12
1.3.3類透鏡介質(zhì)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(zhì)量因子19
習(xí) 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(xué)諧振腔的損耗30
2.3光學(xué)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(xué)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(jié)果39
2.5非穩(wěn)定腔與臨界腔的幾何光學(xué)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(xí) 題44
第3章場與物質(zhì)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(jí)原子之間的相互作用45
3.1.3愛因斯坦關(guān)系式46
3.2譜線加寬機(jī)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(zhì)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(xí) 題69
第4章半導(dǎo)體中輻射場與物質(zhì)的相互作用
4.1晶體結(jié)構(gòu)和能帶70
4.1.1晶體結(jié)構(gòu)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(dǎo)體內(nèi)的躍遷72
4.2.1半導(dǎo)體內(nèi)躍遷的過程72
4.2.2半導(dǎo)體內(nèi)量子躍遷的特點(diǎn)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(guān)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(guān)系77
4.5自發(fā)發(fā)射、受激發(fā)射與受激吸收間的關(guān)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(guān)系78
4.5.4自發(fā)發(fā)射速率與受激發(fā)射速率的關(guān)系79
4.5.5半導(dǎo)體中總的受激發(fā)射速率79
4.6半導(dǎo)體中的載流子復(fù)合81
4.6.1輻射復(fù)合81
4.6.2非輻射復(fù)合82
習(xí) 題85
第5章場與物質(zhì)相互作用的半經(jīng)典理論
5.1量子力學(xué)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(duì)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(duì)有衰減的二能級(jí)原子系統(tǒng)的作用97
5.5拉比強(qiáng)信號(hào)解100
5.6偶極矩的運(yùn)動(dòng)方程102
習(xí) 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(dá)式105
6.1.2密度算符106
6.1.3統(tǒng)計(jì)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(yùn)動(dòng)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(xí) 題119
……