這套書包括兩冊,主要闡述了激光的基本特性及其應(yīng)用,《定制光1:生產(chǎn)用高功率激光器》是姊妹篇中的第1冊。《定制光2:激光制造技術(shù)》主要聚焦于激光的應(yīng)用,而本書則致力于闡述常用的激光光源及其在大功率應(yīng)用中的潛力。
Fraunhofer激光研究所的專家們用深入淺出的方式,為讀者呈現(xiàn)了常用的激光光源及其在大功率應(yīng)用中的潛力。激光的特征在本書的論述中被抽絲剝繭,讓我們一步步感受到作者對激光和激光器的全面而深刻的理解。
自1960年第1臺紅寶石激光器問世以來,激光的發(fā)展經(jīng)歷了整整60個年頭。今天,在回顧這段流光溢彩的科學(xué)史之際,該用一個什么樣的詞來概括激光的特征?對此,本書有一個新奇的答案——Tailored Light。
作為本書的譯者,我們學(xué)習(xí)、研究和應(yīng)用激光長達30年,確信能夠在很大程度上理解這個詞的科學(xué)涵義。但是依照“信、達、雅”的翻譯準則,要按中文習(xí)慣表述它的時候,我們被難住了。我們實在找不到一個理想的中文詞。好在本書姊妹篇的中譯本已經(jīng)出版,我們干脆直接沿用之——定制光。
書名翻譯的困難性反映了用簡單語言描述激光特征的困難性。而激光的特征在本書的論述中被抽絲剝繭,讓我們一步步感受到作者對激光和激光器的全面而深刻的理解。
本書始于對激光歷史的介紹,即第1章。接下來是對激光精煉的概述,即第2章。如果讀者沒有閱讀全書的計劃,只要認真讀完第2章,相信也會對激光的產(chǎn)生機制、整體結(jié)構(gòu)、運轉(zhuǎn)過程和應(yīng)用領(lǐng)域有一個基本的認識。
在隨后的第3章和第4章中,作者利用麥克斯韋方程討論電磁輻射,并遵循這一理論體系對相關(guān)問題逐漸擴展、引申、演繹……。第5章和第6章講述了激光光束和光學(xué)諧振腔。第7章則利用偶極子模型,將激活介質(zhì)的行為歸結(jié)為一個阻尼振子的運動,進而討論復(fù)折射率、能級壽命、譜線寬度等。從整體上看,本書的理論結(jié)構(gòu)有一種“自成系統(tǒng)”的特點。
本書的另一個特點是“重點突出”。激光輻射的重點無疑是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)(不考慮LWI情況)。愛因斯坦在1917年預(yù)言了受激發(fā)射的存在,但在熱平衡狀態(tài)下受激發(fā)射速率是自發(fā)發(fā)射速率的1/1012(典型光學(xué)情況)。正是粒子數(shù)反轉(zhuǎn)這樣一種非平衡態(tài)確保了光放大。本書在第2章就將粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的物理緣起、圖像詮釋、放大機制等闡述得清清楚楚。之后,在幾乎所有相關(guān)的場合都反復(fù)強調(diào)這一點,這給讀者留下一遍又一遍的深刻記憶。事實上,這一點對于考慮任何激光理論和實驗問題都是一個基本點。
第8章討論激光輻射的產(chǎn)生。其亮點是,每一個重要的理論計算之后,都附加一個簡明、清晰的討論過程。比如,利用速率方程理論的結(jié)果,討論激光的穩(wěn)態(tài)運轉(zhuǎn)和瞬態(tài)過程;利用諧振腔中的駐波條件,形象地解釋燒孔效應(yīng)(光放大的空間非均勻性);利用鎖模問題的計算結(jié)果,論證峰值強度對模數(shù)平方的依賴性。這樣一種“理論+討論”的處理模式被連續(xù)使用,使讀者對激光產(chǎn)生的整個過程形成一種深刻而直觀的印象。
翻譯工作結(jié)束了,但我們對本書的閱讀不會停止。譯者愿意與廣大讀者分享彼此的學(xué)習(xí)體會和感受。特別是,如果讀者對本書的翻譯有任何質(zhì)疑和意見,請不吝指出。
國際激光加工學(xué)術(shù)界著名專家,德國弗勞恩霍夫激光研究所(ILT)所長,原亞琛工業(yè)大學(xué)副校長,2012年美國激光協(xié)會(LIA)主席。30多年來,他始終致力于推動激光制造技術(shù)的發(fā)展,開發(fā)能在生產(chǎn)環(huán)境中節(jié)約能源和資源的工藝,推動了激光加工技術(shù)在不同材料和不同應(yīng)用中的使用,為激光加工技術(shù)在整個工業(yè)領(lǐng)域的大規(guī)模使用鋪平了道路。他及其領(lǐng)導(dǎo)的團隊在選擇性激光熔覆(SLM)技術(shù)研究領(lǐng)域一直處于世界*先水平。
第1章激光器的發(fā)展史/1
第2章激光技術(shù)簡介/8
2.1激光/8
2.2激光介質(zhì)/12
2.3反饋和自激/15
2.4激光諧振腔/18
2.5激光輻射/20
2.6激光技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域/23
第3章電磁輻射/25
3.1電磁輻射譜/25
3.2波動方程/27
3.3波動方程的基本解/32
3.4波的疊加/45
第4章電磁波的傳播/52
4.1傳播狀態(tài)和菲涅耳數(shù)/52
4.2幾何光學(xué)/54
4.3反射和折射/56
4.4透射和反射系數(shù)/59
4.5基本光學(xué)元件/64
4.6幾何光學(xué)的矩陣形式/71
4.7像差/74
4.8衍射/82
4.9非線性光學(xué)/87
定制光:生產(chǎn)用高功率激光器
目錄第5章激光光束/94
5.1SVE近似/95
5.2高斯光束/96
5.3高階模式/100
5.4真實激光光束及光束質(zhì)量/106
5.5高斯光束的變換/108
第6章光學(xué)諧振腔/118
6.1電磁場的本征模式/119
6.2模式選擇及諧振腔質(zhì)量/122
6.3帶有球面反射鏡的諧振腔/127
6.4鏡面邊界的影響/134
6.5非穩(wěn)定諧振腔/138
6.6諧振腔的損耗/142
第7章光與物質(zhì)相互作用/150
7.1光的吸收和發(fā)射——譜線/152
7.2偶極子模型/154
7.3量子物理學(xué):光子和速率方程/159
第8章激光輻射的產(chǎn)生/172
8.1激光原理/172
8.2產(chǎn)生粒子數(shù)反轉(zhuǎn)/173
8.3激光速率方程/177
8.4激光輸出功率和效率/187
8.5燒孔效應(yīng)和多模振蕩/193
8.6非穩(wěn)態(tài)特性和脈沖產(chǎn)生/197
8.7靜態(tài)脈沖產(chǎn)生:鎖模/210