关于国外激光原理经典教材研究与评介问题的报告Word文档下载推荐.docx

1、从那时起，Anthony E.Siegman教授在斯坦福大学任教，从事微波电子学、微波激射以及激光器领域的教学和科研工作，并成为斯坦福大学应用物理学教授。1965年，Anthony E.Siegman教授作为访问学者在哈佛大学进修一年。1969-1970年，在苏黎世的IBM科研实验室担任古根海姆研究员。1978-1983年，他还担任斯坦福大学的ELG试验室的主任。1984-1985年，在慕尼黑的普朗克量子光学研究所任资深研究员。Anthony E.Siegman教授的研究领域包括激光物理、激光仪器和激光应用等方面，最主要集中在激光振荡器及其模式和激光光束的传播上。2激光一书，是出现较早的全面阐

2、述激光原理的著作，可作为研究生或具备较强能力的自然科学、工科专业的本科高年级学生的教学参考用书。它系统深入地论述了激光的产生、激光物理以及激光应用的基本内容。例如：原子分子的受激跃迁过程，激光设备的放大和振荡原理，激光振荡器以及包括激光尖峰、调Q、锁模等激光动力学原理。这些深入浅出的解析，能够满足不同群体的需要。该书的高阶部分十分详尽，因此该书可成为经验丰富的激光工程师以及激光研究者有益的一部参考书。关于激光前沿问题，本书介绍了光学谐振腔、调Q、锁模、注入锁定以及该学科的现状等。尤为重要的是，该书几乎每一节都提供了近期相关文献作为深入阅读理解的参考书目。激光原理和激光理论是该书的主要内容。激光

3、的出版，填补了该领域的一项空白。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。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、分子的能级结构和能级跃迁这些物理学者所熟知的量子力学概念。该书不要求学生熟悉艰深的量子力学理论，只要掌握电磁理论、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。以类似的情况为例，如半导体电子学，通常都不将晶体管作为量子设备。经典带电粒子的加速、漂移、扩散和重组既被半导体设备工程师应用于实用设备工程，又被固体物理学研究者用来解释复杂的物理实

4、验。这些经典理论概念起到了解释作用，使得原本复杂的包括着能带、Bloch波函数、 费密-狄喇克分布函数、以及量子态的图像变得简单易懂。关于激光的介绍也同样达到了简单易懂的效果，即使在极少使用量子术语或概念情况下，也可从经典的角度，透彻地理解激光设备的知识。本书中的每一节，针对每一个连续性话题，作者本人都试图回顾，至少是简要的回顾了相关的必要的背景知识。如果学生具备一些电磁学理论的基础知识，就会发现本书材料中的绝大部分内容都是能够理解的。诸如：麦克斯韦方程式、一些原子介质中的电磁极化概念、电磁波传播基本概念、光学和傅里叶变换概念等。尽管并不要求熟悉量子理论，学生至少也需要必备的原子物理等入门知识

5、才能接受原子的确有量子特性，特别是量子能级和能级之间的跃迁等。本书的创作思路是，先从简单的物理现象开始，然后逐步深入到大量的原子和分子的受激跃迁过程的细节分析；激光设备的基本应用与激光振荡过程分析；激光束与谐振腔的研究和设计分析；以及所有激光都具备的激光动力学的复杂性（包括激光尖峰、调Q、锁模、以及注入锁定）分析等。另外，本书引用大量的重要通用激光体系中的具体事例来阐述普遍原理，为从事激光理论与实践研究的人员提供了广泛的信息。本书分为三大部分，共31章。其中，第一部分为激光物理基础，共13章内容。具体为：激光引言；受激跃迁经典振荡模型；实际原子的电偶极子跃迁；原子速率方程；Rabi频率；激光泵

6、浦和粒子数反转；激光放大；激光再放大；线性脉冲传输；非线性光脉冲传输；激光反射镜和再生反馈；激光器的振荡基础；振荡动力学和振荡阈值。在第一部分中，作者介绍了激光器和原子振荡器的经典和半经典理论。为了推动光学应用的发展，又在第六章介绍了激光器泵浦和粒子数反转。该书语言通俗易懂，给读者提供了足够的深度，不需要其它参考资料的帮助就能理解材料。本书的第二部分介绍了激光光束与激光器谐振腔，共10章内容，也是全书的主体部分。具体有：光束与谐振腔引言；射线光学与射线矩阵；波动光学与高斯光束；高斯光束的物理性质；光束扰动和衍射；稳定的两镜腔；复合同轴波动光学；普通同轴谐振腔理论；非稳谐振腔；非稳谐振腔再讨论。

7、本章内容是Anthony E.Siegman教授的一个研究项目，他的成果也很优秀。读者可以在这些章节中找到所有与激光谐振和光束传播相关的必备信息。本书的最后部分即第三部分，介绍了激光动力学和新课题，共8章内容，主要涉及了激光动力和挑选的深度题目。激光动力学激光器腔方程；激光尖峰和模式竟争；激光Q开关；实际激光器的模式耦合；被动锁模；激光注入锁定；烧孔和饱和光谱学；磁偶极子跃迁。深度题目诸如烧孔效应和饱和光谱学等适合那些更有经验的读者。本书包括了许多关于激光器及其如何操作的有用的例子。避免了其它一些量子、电子或激光教材所落入的俗套，即过分集中与总结不同激光器的属性。然而，这部分却能用简练的理论和

8、更多的实例使那些对激光器感兴趣的读者了解更多。书的练习中提出的大量的、清晰的、富有建设性的问题，极大地提高了该书作为课堂使用教材的价值，可加深理解和巩固所学内容。另外， Siegman教授避免了其他作者遇到的困难，通过开发不涉及数量操作的问题以及设计思维活跃的问题来提高学生的能力。比起这本书的优点，该书的缺点是微不足道的。作者尽可能的用清晰而广泛的应用方式综合阐述自己的理论。这样优秀的一本书，希望得到更多的推广。3美国加州大学伯克利分校的Eugene教授评论说 “这本书的技术性内容给我留下了非常深刻的印象”；物理通报评论说“这是一本令人惊奇的书，它对这方面感兴趣的读者是无价之宝”；天气和望远镜

9、评论说“这是一本在概念和讲解方面都非常好的书”；美国的Choice Magazine教授对该书的评价是：“对于实验者来说，它是一本极有价值的读物”；美国物理学报评价说“该书的陈述很清晰，很有深度，该书作者第一个真实全面深透地介绍了这个学科”。4另外，海外读者从各自的角度对该书做了诸多极为肯定地评价和积极地推荐。譬如，有的说“本书是一部优秀的工程学教材，适合任何水平的初学者”；“该书用浅显流畅的语言揭示了复杂深奥的道理，如果有人想了解激光系统的基础知识，我一定会推荐这本书”；“这本优秀的教材完美地介绍了激光世界，尤其适合大学生阅读，特别是那些工程学领域的”；“该书清晰、明了、可读性强。如果你想对

10、激光有所了解，此书是最佳选择。该书作者在每一章节后列举了他的参考书，这样很好，读者通过查阅相关参考文献可极大地丰富、深化所学知识。写这部好书的作者是斯坦福大学卓越的教授”。还有读者在首肯同时，诚挚地提出一些希望，有的说“虽然该书没有过多地提及量子力学，其基本原理和实例的阐述非常清晰。缺点是缺乏半导体激光二极管的介绍。这项技术在现在很多激光工程领域都处在中心地位”；“就现阶段来说，尽管该书对激光科学家和光学专业学生来说仍是一本优秀的参考书或教材，但它还需要进一步对最新的发展有所涵盖”。53 激光基础（Laser Fundamentals）（第二版）的内容与特色激光基础（Laser Fundame

11、ntals）由英国剑桥大学出版社出版。该书1996年完成第一版，此后1999年、2000年、2003年进行了3次印刷，2004年出版第二版，全书642页。作者为美国佛罗里达中央大学光学学院的威廉T西尔瓦斯特（William T. Silfvast）教授。6激光基础（Second Edition）是一本在介绍激光知识方面非常优秀和权威的书籍。此书一经发行，立即得到了业内学者的广泛好评。作者在第一版的基础上，经过几年的潜心研究和探索后，又有了许多新的见解，为了弥补激光基础（第一版）的一些漏洞和不足，以及多介绍一些最新的技术发展状况，遂决定对本书进行了再版。本书作者威廉西尔瓦斯特（William T

12、. Silfvast）教授，是激光研究方面的权威人士，他所在的工作单位为佛罗里达中央大学的光学激光教育研究中心，是美国著名的三大光学研究中心之一。他1961年获得美国犹他大学物理学和数学双学士学位，1965年获得物理学博士学位。自1960年激光领域被开发后不久作者就开始与激光打交道了。在校求学期间，他曾参与Frank Harris教授开展的构建红宝石激光器的研究项目，并非常幸运地跟随Grant Fowles教授进行了激光理论的研究。在此期间，作者与老师共同发明了许多种新型的金属蒸汽激光器。1966-1967年，作者曾任英国牛津大学克雷伦敦实验室博士后研究员。1967-1989年，作者任职于新泽

13、西AT&T贝尔实验室。期间，1982-1983年，作者还担任过美国斯坦福大学古根海姆研究员。1983年起作者就被国际社会公认为技术领域的权威人士。1990年，作者加入了位于奥兰多市的佛罗里达中央大学，在这里他既作为物理学和电气工程教授授课，同时也作为光学激光教育研究中心（CREOL）的研究员进行科研工作。1994至1997年，作者曾担任美国佛罗里达中央大学物理系主任教授。1999年，他同时成为了光学学院的任职教授，并至今仍任该校光学学院的荣誉教授。Silfvast教授同时是美国物理协会、美国光学协会以及北美电气和电子工程师协会的研究员。作为该领域研究的先驱，作者在金属蒸汽激光器、复合激光器、光

14、电离泵浦激光器、等离子体激光器以及EUV光刻技术等研究领域取得了超前卓越的研究成就，发表了100余篇的科技论文，拥有30多项专利。正是多年积累的丰富理论与实践经验，本书作者才写出了如此优秀的有独到见解的激光教科书。7 激光基础这本书向我们清新全面地介绍了有关激光和激光设计的原理。阐述中贯穿了许多关键概念，这样使得全书从激光基础到激光物理和激光工程中所涉及的诸多问题都很容易理解。该书有16章内容，具体为：激光概论；光的波属性光与物质的相互作用；光的粒子属性量子化的能级；跃迁辐射和发射线宽；气体、液体和固体的辐射特性与能级；辐射和热力的均衡吸收和受激辐射；激光的产生条件粒子反转数、增益和增益饱和度

15、；超越阈值的激光振荡；粒子反转的要求；激光的泵浦要求与技术；激光腔模式；稳定激光共振和高斯光束；特殊的激光腔和效果；低增益密度介质的激光系统；高增益密度介质的激光系统；激光的倍频和非线性光学。 与第一版相比，第二版在文字及图形方面做出了多方面的改进，特别是在固体激光器、半导体激光器和激光谐振腔等研究方面加进了许多新的内容。第二版还增加了一个新的章节以介绍阈值之上的激光振荡情况，并对激光放大器进行了广泛的讨论。此外，书中详细介绍了一些新的激光器类型（例如Nd:YLF型, Nd:YVO4型和Yb:YAG型），同时，对于二级管泵浦的固体激光器也进行了详细叙述。该书涵盖了半导体激光器的四个基本范畴（即

16、GaAs, InP, ZnSe, GaN），并运用ABCD矩阵方法对于含有双面镜、三面镜、四面镜的激光谐振腔做了分析阐释。与此同时，创作本书第二版则是为了弥补第一版的一些空白领域，当然第一版中存在的错误也在第二版中被予以修正。在某些领域，主要是固体激光器和半导体激光器取得的进展也相应地被涵盖进新版本中。本书在这些问题的处理上非常得当，作者还希望读者来审评这些新的改动。本书首先介绍了光的基本波动性质和量子特质，例如相干、能级、发射线宽和受激发射等方面内容，利用这些特性，书中阐述了粒子数反转、增益、饱和强度、阈值上的激光振荡、泵浦和激光谐振腔特性等重要概念。其中，本书特别介绍了激光谐振腔，包括横模

17、和纵模、高斯光束、不稳定谐振腔、调Q、锁模等概念。本书所阐述的激光原理适用于所有激光放大装置。本书不仅检测了低密度介质中粒子反转的发展，同时也检验了其在诸如液体和固体等高密度介质中的发展情况。该书向读者介绍了大量固体激光器和半导体激光器，并对常见激光器提供了详尽阐述和表格数据，全书以介绍激光相关的非线性频率变换章节作为结尾。此书有完整的章节参考和索引；文字与数字的一体化结合；样本问题的综合分析，以及充分的课后练习，这些将使读者受益良多。书中包含了大量的数据和等式，其严谨性是显而易见的，作者的教学特点也在此体现得淋漓尽致。该书第一章讲述了光的基本性质以及光与物质作用的原理。第2章到第6章讲解了光

18、的波粒二像性，即波动性和粒子性。其中，波动性包括：波动方程的求解、偏振以及光与电介质材料的相互作用。能级、辐射、脉冲展宽和受激发射等则表征了光的粒子性。激光放大的概念在第7章中介绍。涉及粒子数反转和泵浦的激光放大器特性在第8到10章中进行了介绍。第11章讨论了谐振腔的特性与横模和纵模的形成。第12章、13章深入研究了高斯光束和特殊的激光谐振腔、调Q、锁模技术等。第14、15章介绍了大部分常见激光器。第16章对激光频率变换的非线性光学技术作了简短的概述。该书一些独特之处有：第4章中对于脉冲线宽和展宽的处理；第7章中的激光放大器简单模型的发展；第13章中对于特殊激光谐振腔的讨论和第14、15章中对

19、于激光器的总结。此书中，当对特殊概念进行介绍的时候，作者尽量把这个概念与各种类型的激光放大器联系起来，包括气体激光器、液体（染料）激光器、以及固体激光器。这样做的目的在于介绍每一个概念的时候，使读者能够对相应各种类型的激光器有更好的理解，而不至于单独对某个特定的激光器有所认识。这本书可以作为教学一学期或两学期的教程使用。如果用作一个学期教程，第2章节到第12章节应在授课时作为重点。若用于两个学期的课程，第14和15章中对于特殊激光器的延展概括，以及第16章的倍频概念均应有所涉及。在一个学期的教程中，作者曾要求学生提交某一种特殊激光器报告，并在课堂上作10-15分钟关于该激光器的演讲，通过这种方

20、式涉及教授第14、15章节中的一些知识点。在第3章和第4章中引用对于初级量子力学的描述以说明在物质中如何发生辐射转移。在教学中，教师若想避免涉及量子力学的相关内容，可着重于每一部分的结尾所强调的结论部分。有读者评价说：激光基础（第二版）是一本言简意赅、深入浅出的书籍，该书从激光的基础知识谈起，对激光物理、激光原理、激光技术及其设计等方面进行了全面地介绍。由于其详尽的解释、充足的例证以及大量的思考问题，使得这本书非常适合相关专业的高年级大学本科生及研究生阅读。除此之外，此书还有对各种类型激光的简介，激光技术最新的独特运用及发展状况以及广泛专业的参考书目。所有这些使得它非常适合相关研究人员使用，具

21、有很高的参考价值。894 激光原理（Principles of Lasers）（第四版）的内容与特色激光原理（Principles of Lasers）（Fourth Edition）一书，1998年由位于纽约和伦敦的出版商Plenum Press出版，全书604页。作者为意大利米兰理工学院教授、意大利国家研究委员会量子电子学中心主任奥拉齐奥斯韦尔托（Orazio Svelto）。译者为英国南安普顿大学的大卫C汉纳（David C.Hanna）教授。10Orazio Svelto教授的研究领域涉及激光物理学和量子电子学领域中的多个方面，是这一领域的开拓者。他的研究工作主要包括：光脉冲的产生及应

22、用，激光谐振腔及选模技术的发展，激光技术在生物学和医学方面的应用，以及固体激光器的发展等。Orazio Svelto教授目前已发表相关科技论文150余篇；在多次国际学术会议上，有50余篇特约论文集中反映了他的各项研究成果。Orazio Svelto教授还担任过第10届国际量子电子学会议（1976）的项目主管， 第85届、第90届CLEO组织欧洲项目委员会主席，以及第1届CLEO组织欧洲区会议（1994）的主席团成员。他同时也是意大利“Academia dei XL”学会的会员和电气及电子工程师协会（IEEE）的研究员。另外，译者英国南安普顿大学的大卫汉纳（David C.Hanna）教授主要从

23、事光学物理研究等。此书是在1989年第三版的基础上改编的，在原有内容基础上，本书第四版新纳入了量子阱及多量子阱激光器、二极管泵浦固态激光器、稳定激光腔和非稳腔的新理论、飞秒激光器、超高亮度激光器等内容。本书再版的目的在于帮助读者对激光原理及其性能有一个更为广泛并且统一的科学理解。激光原理（Principles of Lasers）（第四版）共有12章内容，具体为：概念介绍；原子和离子辐射的相互作用；分子和半导体中的能级、辐射跃迁和非辐射跃迁；光学介质中射线与光波的传播；被动光学谐振腔；泵浦过程；连续激光的特性；瞬时激光的特性；固体激光器、染料激光器和半导体激光器；气体激光器、化学激光器、自由电

24、子激光器和X射线激光器；激光光束的特性；激光束的传输传播、放大、频率转换、脉冲压缩和脉冲展宽。与第三版相比，本书增加了以下新内容及做了必要的改动：第二章更加详细地描述了自发辐射放大理论，介绍了均匀加宽和非均匀加宽的现象；第三章主要介绍了辐射与半导体介质的相互作用（包括大尺寸半导体和量子阱以及量子点材料）；第五章介绍了一种稳定激光腔和非稳腔的新理论，并用ABCD矩阵讨论了动态稳定腔以及非稳腔的高斯横模分布；第六章介绍了纵向和横向二极管泵浦固态激光器，并与灯泵方式作了对比；第七章介绍了适用于四能级和准三能级激光工作物质系统的与空间有关的速率方程，并讨论了纵向和横向泵浦；第八章用了很长的篇幅介绍了克

25、尔透镜锁模激光器，也讨论了谐振腔二、三阶色散及色散补偿与最后输出脉宽的关系；第九章详细讨论了钛宝石等掺稀土离子的新型可调谐固体激光器；另外第九章还用了很长篇幅讨论了半导体激光器及其特性；第十一、十二章用M2因子和高斯光束讨论了多模激光束的发散特性及其在光学系统中的传播特性；在十二章中，作者还详细介绍了通过啁啾脉冲放大及脉冲展宽与压缩技术产生超高能量密度激光。除了以上新增加的部分，本书内容中也丰富了许多实例，以及一些新的图表和附录。实例中有些是在文献中遇到的情况，有些是在实践过程中遇到的情况，而有些则是描述某一课题研究中取得的重大进展。本书的图表中提供了与光学、光谱分析和激光材料的非线性光学特性

26、有关的数据。这些数据提供了更广泛的量化参考，有助于问题的解决。附录则是从数学的角度来研究相关课题。这些增加的内容通常是对一相关课题的补充，也因此可以帮助读者加深对课题的理解。虽然做了较大的修改，但是本书仍然保留了其基本宗旨与基本结构。本书的基本宗旨即：可以借助直观图示表达清楚的对象，决不用繁琐难懂的数学来描述。在使用物理图示时，本书也应用了简洁的数学描述来帮助读者更好地理解相关内容。同时，读者也可以参考附录中更详尽的模型分析。基于激光由激活介质、谐振腔和泵浦系统三个要素组成，本书的基本结构既从这三方面展开。相应地，在概述章节之后，第23章、第45章、第6章讲解了三要素的相关特性。然后，基于与三

27、要素相关的知识点，第7、8章分别讨论了连续波激光特性和瞬变激光特性。第9、10章分别描述了利用高密度介质和低密度介质的激光的相关类型。最后，第11、12章从激光应用者的视角出发来研究激光束，深入探讨了激光的输出特性以及相关的激光束变化，例如放大、频率转换、脉冲展宽和压缩等。此书的突出特点在于紧密结合讲述内容，在每个章节都有大量的应用举例，其中有许多都是作者自己的实验工作经验，这对激光理论与实践的深入理解甚至具体技术的掌握有很大帮助，此其一。同国内中文教材相比，该书插图更体现了物理图象清晰的优点，如该书第286页关于用法布里波罗标准具选纵模的示意图，就非常清晰地给出了选纵模的物理图像等，此其二。

28、此书是以教科书的形式编写的，每一章后面都附有一定数量的习题。由于其内容包括了“激光物理的基本理论”（第2-8，11章）和“激光工程”（第5-12章），相当于国内激光专业课程设置体系与激光有关的激光原理、激光技术和激光器件所涉及的主要内容。因此，本书既适合作为物理学科和光学工程学科的高年级本科生和研究生教材，也可作为其阅读用的课外参考书，此其三。1981年诺贝尔物理学奖获得者阿瑟L斯光图（Arthur L .Schawlow）教授曾赞扬过此书的早期版本，他说：“Orazio Svelto教授自己长期以来就是激光领域的先驱者，他的书展示了他对此领域所有方面的广泛的熟悉积度，证明了他在这方面的博学。任何掌握此书内容的人都能够读懂激光领域高水平的论文与研究性文章。”11本书的出版商对该书进行了推荐介绍，认为：最新的第四版激光原理如此彻底地被更新和扩充了，以至于现在看来它事实上已成为了一本全新的书。不过，这本教材的基本任务依然保持不变，那就是提供了一种广泛而综合的关于激光原理、物理、技术，以及当今先进设备全面而有条理的描述。Orazio Svelto博士对激光的描述在物理方面重过数学方面，并且本书用浅显易懂的方式表达了适宜而正确的物理理