国外激光教材lasers与国内相关教材评介袁树忠南开大学现代光学.pdfVIP

国外激光教材“lasers”与国内相关教材评介

袁树忠

（南开大学现代光学研究所天津300071）

摘要本文对国内外有代表性的激光教材进行了点评，提出了在国内与激光密

切相关的本科及研究生教学中，使用哪些教材作为重点参考，以及为满

足国内高校教材与国际接轨的需求，国内激光教材应如何编写的建议。

关键词激光激光原理国外教材教材评介

激光是二十世纪的重大科技发明之一，激光的应用遍及科技、经济、军事和

社会发展的各个领域。它是把微波受激辐射放大器的原理推广到光波波段发展起

来的。半个世纪以来，在理论研究的推动下，不断有新型的激光器出现，不断扩

大应用领域，学校的教材也在不断革新，但激光的基本原理内容不会变。在激光

的基础部分，国内外有代表性的大学教材有美国斯坦福大学电子工程系的著名教

授A.E.Siegman编写的“Lasers”、意大利米兰理工学院和国家研究委员会Orazio

Svelto先生编写的“PrinciplesofLasers”和W.T.Silfvast的《LaserFundamentals》

等，国内则以清华大学周炳琨等人编著的《激光原理》影响最为广泛。

1.“Lasers”的主要内容、特点和适用对象

1.1该书的主要内容

A.E.Siegman教授的“Lasers”由牛津大学出版社1986年出版，该书系统而

详细地论述了激光物理、激光技术方面的知识，内容全面，其理论基础主要为经

典电子振荡的洛伦兹模型，全书1283页，共计31章，分为3大部分。

第一部分为激光的物理基础共计13章557页。这部分内容占全书的2/5还

多，是学习激光的基础。从激光器的基本问题开始，用经典和半经典理论模型描

述了电偶极子跃迁、原子速率方程、激光泵浦和粒子数反转、激光放大、线性和

非线性脉冲传输、振荡动力学和阈值等。

第二部分为光束和谐振腔理论，共计有10章365页。这一部分分别从射线

光学（矩阵光学）和波动光学讨论了激光光束—高斯光束的特性、稳定的两镜谐

振腔，并用复合同轴波动光学讨论了同轴谐振腔理论，最后还讨论了非稳谐振腔。

第三部分是激光动力学和新的研究课题。共有8章345页。这一部分从激光

动力学讨论了激光的模式竞争、Q开关、模耦合、锁模、烧孔和饱和吸收光谱等。

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1.2该书的特点

A.E.Siegman教授的“Lasers”一书是出现较早的全面阐述激光原理的经典教

材，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。该书没有从量子电子学的角度去论述和进行数学推导，而是从经典的量子

电子学论述，这样工科学生学习起来容易一些，但学生需要有本科生的光学和经

典电子学的基础。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、分子的能级结构图和能级跃迁这些物理学者所熟知的量子力学概念，这

样就不用要求学生熟悉艰深的量子力学理论，只要掌握了电磁理论、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。

另外，该书物理概念论述清楚、系统，图示和数学表述容易理解，内容丰

富，并且该书每一节的后面都有参考文献和思考题，便于学生查阅参考和思考。

以下是部分思考题和习题。

第一章的第11节习题1、2

1.固体激光器以及部分气体激光器可以在调Q状态下工作。用宽脉冲泵

浦，开始通过增加腔内损耗，阻止激光振荡，以获得极大的反转粒子数；在泵浦

结束时，突然减小腔内损耗，上能级粒子数迅速“倒空”，形成高能量脉冲。对

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于红宝石激光器，作为增益介质的红宝石棒中的铬离子的浓度通常为210调

Q状态下的红宝石激光器，几乎所有离子都可以被泵浦到上能级，泵浦脉冲的持

续时间1ms。设腔倒空时间为50ns，并且在此时间内再没有泵浦发生，计算单