激光原理与技术

本书阐述了激光的工作原理、结构和应用，主要内容包括：激光基本知识、激光器工作原理、激光器光学谐振腔特性、激光基本技术、典型激光器、激光加工技术和激光原理实验，是作者多年来在专业学习、教学实践的基础上编写而成的。本书突出了高职高专的特点，避免了大量数学公式的推导，着重在于基本内容的介绍和实践能力的培养，力求能够更好地适应高职高专院校学生。本书可以作为中职、高职高专院校光电类相关专业的教材，也可以供从事相关工作的工程技术人员参考使用。

孙冬丽，武汉软件工程职业学院机电工程学院教师，主要教学和科研方向为光电子和激光加工技术。《基于工作过程的工学结合课题“激光加工工艺与设备”课程开发》获湖北省第七次优秀高等教育研究成果一等奖，《激光加工技术专业产学研结合研究》获湖北省第六次优秀高等教育研究成果二等奖。

项目1　激光基本知识 （1）
任务1.1　原子的特性 （1）
1.1.1　光的基本性质 （1）
1.1.2　原子的能级 （2）
任务1.2　光的辐射 （3）
任务1.3　光谱线增宽 （6）
1.3.1　光谱线 （6）
1.3.2　均匀增宽 （7）
1.3.3　非均匀增宽 （9）
1.3.4　综合增宽 （11）
思考与练习 （12）
项目2　激光器工作原理 （13）
任务2.1　激光的产生 （13）
2.1.1　激光的特点 （13）
2.1.2　激光形成的条件 （14）
任务2.2　光学谐振腔 （16）
2.2.1　光学谐振腔的分类 （16）
2.2.2　共轴球面谐振腔的稳定性 （17）
2.2.3　稳定图的应用 （21）
任务2.3　能级系统 （22）
2.3.1　三能级系统 （22）
2.3.2　四能级系统 （22）
任务2.4　均匀增宽介质的特性 （23）
2.4.1　均匀增宽介质的粒子数密度反转分布的饱和效应 （23）
2.4.2　均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 （24）
任务2.5　激光器的损耗与阈值条件 （26）
2.5.1　激光器的损耗 （26）
2.5.2　激光谐振腔稳定出光的过程 （26）
2.5.3　激光器的阈值条件 （27）
2.5.4　介质能级的选取 （27）
思考与练习 （28）
项目3　激光器光学谐振腔特性 （29）
任务3.1　激光谐振腔的模式 （29）
3.1.1　激光模式的概念 （29）
3.1.2　激光横模 （30）
3.1.3　激光纵模 （32）
任务3.2　激光的光场分布 （33）
任务3.3　激光的光束传播特性 （35）
3.3.1　高斯光束的传播特性 （35）
3.3.2　稳定球面腔的光束传播特性 （39）
任务3.4　均匀/非均匀增宽型介质激光器的输出功率 （41）
3.4.1　均匀增宽型介质激光器的输出功率 （41）
3.4.2　非均匀增宽型介质激光器的输出功率 （43）
任务3.5　线宽极限和品质因子 （45）
3.5.1　激光器的线宽极限 （45）
3.5.2　激光光束质量的品质因子M2 （46）
思考与练习 （47）
项目4　激光基本技术 （49）
任务4.1　激光模式选取 （49）
4.1.1　激光单横模的选取 （49）
4.1.2　激光单纵模的选取 （53）
任务4.2　激光稳频技术 （56）
4.2.1　影响频率稳定的因素 （56）
4.2.2　稳频方法概述 （58）
4.2.3　常见的稳频方法 （58）
任务4.3　激光调制技术 （59）
4.3.1　调制的基本概念 （60）
4.3.2　电光强度调制 （61）
任务4.4　激光偏转技术 （63）
4.4.1　机械偏转 （63）
4.4.2　电光偏转 （64）
4.4.3　声光偏转 （65）
任务4.5　激光调Q技术 （66）
4.5.1　激光谐振腔的品质因子Q （66）
4.5.2　调Q原理 （67）
思考与练习 （69）
项目5　典型激光器 （71）
任务5.1　固体激光器 （71）
任务5.2　气体激光器 （77）
任务5.3　其他激光器 （83）
思考与练习 （87）
项目6　激光加工技术 （88）
任务6.1　激光热加工技术 （88）
任务6.2　激光冷加工技术 （96）
6.2.1　紫外激光打标技术 （96）
6.2.2　紫外激光切割技术 （97）
6.2.3　紫外激光固化技术 （98）
6.2.4　紫外激光光刻技术 （100）
任务6.3　超快激光加工技术 （102）
6.3.1　超快激光加工的特点及应用 （102）
6.3.2　超快激光在材料加工中的典型应用 （105）
思考与练习 （109）
项目7　激光原理实验 （110）
任务7.1　气体激光器谐振腔的调整与输出功率测量 （110）
任务7.2　气体激光器输出模式的调整及检测 （113）
任务7.3　气体激光器发散角的测量 （118）
任务7.4　高斯光束的变换与测量 （120）
任务7.5　灯泵浦固体激光器开关机及谐振腔光束调整 （122）
任务7.6　灯泵浦固体激光器调Q及倍频实验 （124）
任务7.7　激光打标机打标实验 （125）
任务7.8　激光焊接机焊接实验 （126）
参考文献 （129）

本书阐述了激光工作原理、结构和应用，是作者多年来在专业学习、教学实践的基础上编写而成的。本书突出了高职高专的特点，避免了大量数学公式的推导，着重在于基本内容的介绍和实践能力的培养，力求能够更好地适应高职高专院校学生。
本书内容安排循序渐进、结构清晰，实践性和实用性强，省掉了烦琐的公式推导，注重结论的理解，让初学者做到学用结合，即学即用，更适合高等职业院校对高技能型人才培养的需求。
本书由武汉软件工程职业学院一批具有丰富教学经验及企业实践经历的老师编写，其中项目1、2由孙冬丽老师和黄剑锋老师编写，项目3由肖彬老师编写，项目4、7由黄焰老师和屈龙祥老师编写，项目5由石金发老师编写，项目6由李勇老师编写。全书由孙冬丽老师统稿。
本书的编写得到了武汉软件工程职业学院的大力支持，王中林教授和杨晟副教授对本书的编写提出了宝贵的建议，武汉华工激光有限公司卢飞星提出了指导意见，在此谨表示衷心的感谢。
由于作者水平有限，书中难免会出现错误和不足，欢迎广大读者、专家批评指正。

编  者