國外激光教材Principles

1、國外激光教材“Principles of Lasers”評介王明偉 （南開大學(xué)現(xiàn)代光學(xué)研究所 天津 300071） 摘 要 Principles of Lasers是一本國內(nèi)外知名的優(yōu)秀教材，本文對該書的主要內(nèi)容、特點和適用對象等方面做了評介，將該書與國內(nèi)相關(guān)教材進(jìn)行了比較并提出了對該教材的使用建議。關(guān)鍵詞 激光原理 外國教材 評介1該書的主要內(nèi)容、特點和適用對象1.1 該書的主要內(nèi)容此書是根據(jù)意大利米蘭理工學(xué)院教授斯凡爾多從事量子電子學(xué)研究特別是固體激光的研究及教學(xué)實踐而寫成的，由美國南亞浦通大學(xué)(South-Ampton University)安娜(David C.Hanna)譯成英文，并

2、于1983年被呂云仙譯成中文。此書是在1989年第三版的基礎(chǔ)上改編，由Plenum Press 出版社1998年出版的第四版。在原有內(nèi)容基礎(chǔ)上，本書新納入了量子阱及多量子阱激光器、二極管泵浦固態(tài)激光器、穩(wěn)定激光腔和非穩(wěn)腔的新理論、飛秒激光器、超高亮度激光器等內(nèi)容。本書再版的目的在于幫助讀者對激光原理及其性能有一個廣泛并且統(tǒng)一的正確理解。本書作者認(rèn)為該書可作為相關(guān)專業(yè)的高年級本科生甚至研究生的專業(yè)課教材，也可用作參考書。本書與第三版相比，增加了以下新內(nèi)容及改動：1、 第二章更加詳細(xì)地描述了自發(fā)輻射放大理論，介紹了均勻加寬和非均勻加寬的現(xiàn)象；2、 第三章主要介紹了輻射與半導(dǎo)體介質(zhì)的相互作用（包括大

3、尺寸半導(dǎo)體和量子阱以及量子點材料）；3、 第五章介紹了一種穩(wěn)定激光腔和非穩(wěn)腔的新理論，并用ABCD矩陣討論了動態(tài)穩(wěn)定腔以及非穩(wěn)腔的高斯橫模分布；4、 第六章介紹了二極管縱向和橫向泵浦固態(tài)激光器，并與燈泵方式做了對比；5、 第七章介紹了適用于四能級和準(zhǔn)三能級激光工作物質(zhì)系統(tǒng)的與依賴于空間的速率方程，并討論了縱向和橫向泵浦；6、 第八章用了很長的篇幅介紹了克爾透鏡鎖模激光器，也討論了諧振腔二、三階色散與色散補(bǔ)償與最后輸出脈寬的關(guān)系；7、 第九章詳細(xì)討論了鈦寶石等摻稀土離子的新型可調(diào)諧固體激光器；8、 第九章用了很長篇幅討論了半導(dǎo)體激光器及其特性；9、 第十一、十二章用M2因子和高斯光束討論了多模激

4、光束的發(fā)散特性及其在光學(xué)系統(tǒng)的傳播特性；10、 在十二章中，詳細(xì)介紹了通過啁啾脈沖放大技術(shù)產(chǎn)生超高能激光以及相關(guān)的脈沖展寬與壓縮技術(shù)。 除上述添加內(nèi)容，書中還列舉了大量的實例、新的表格和附錄。這些實例來自文獻(xiàn)和作者實驗室的實際工作，表格提供了激光材料的光學(xué)、光譜以及非線性光學(xué)性質(zhì)方面的參數(shù)，附錄則從數(shù)學(xué)的角度詳細(xì)介紹了一些專門問題。整部書涉及的大部分問題已經(jīng)改變?yōu)榉从臣す忸I(lǐng)域的變化和新主題。 這本書的內(nèi)容一個學(xué)期是講不完的。書的組織及結(jié)構(gòu)可以允許不同的學(xué)習(xí)途徑。如果讀者強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)，那么可以主要集中在書的第一部分（28章，11章）。如果讀者對激光工程的理論感興趣，那么就主要集中在書的第二部分（51

5、2章）。如果讀者想了解一個專題，那么可以參考大量的實例和附錄。1.2 該書的特點1此書內(nèi)容系統(tǒng)、豐富、并且深入，具有明確的激光理論指導(dǎo)意義和具體直 接的激光工程實踐參考價值。由于其內(nèi)容包括了“激光的基本理論”（第28，11章）和“激光工程”（ 第512章），因此本書的內(nèi)容相當(dāng)于國內(nèi)光學(xué)工程專業(yè)或光學(xué)專業(yè)的本科生和碩士研究生所學(xué)習(xí)的與激光有關(guān)的激光原理、激光技術(shù)和激光器件三門課程的主要內(nèi)容。2 . 此書是以教科書的形式編寫的，除了每章都有一定數(shù)量的幫助理解相應(yīng)內(nèi)容、鞏固概念性理論與實際物理模型的例題之外，每一章后面都附有一定數(shù)量的習(xí)題和參考答案。從章節(jié)安排的角度，具有比較好的邏輯性和順序。因此，

6、此書從內(nèi)容和編排上比較適合用作物理學(xué)科和光學(xué)工程學(xué)科偏重激光科學(xué)專業(yè)的研究生教材。1 由于此書內(nèi)容很多，一個學(xué)期講授不完，所以不宜直接作為專業(yè)課教材向相關(guān)專業(yè)的高年級本科生講授，但是可以作為他們在學(xué)習(xí)激光課程時的課外參考書。2 此書內(nèi)容全面深入但易懂、結(jié)構(gòu)合理、概念清晰、插圖明了，又配有大量例題和參考答案，正像作者介紹的那樣，可以作為不同學(xué)習(xí)目的讀者的學(xué)習(xí)參考書。不僅研究生、本科生可以使用，也很適合教師和從事激光工程研究的人員使用。從事本科激光專業(yè)課教學(xué)工作的老師借助此書，可以由淺入深地教授課程中難懂的章節(jié)，有針對性地布置更多的習(xí)題，有效地鞏固理論與概念。如果是雙語教學(xué)，那么此書更是直接有效的

7、參考書了。3 跟以前的版本相比，此書的突出優(yōu)點有以下兩個方面。首先，緊密結(jié)合講述 的內(nèi)容，在每個章節(jié)都有大量的應(yīng)用舉例，其中有許多都是作者自己的實驗工作經(jīng)驗，這對讀者深入理解所述理論甚至掌握具體技術(shù)都有很大幫助。另外，本書 增加了上世紀(jì)八十年代末以來一直到上世紀(jì)末新出現(xiàn)的新型激光器、新型激光材料、新型激光技術(shù)以及相應(yīng)的新的激光理論。新增加的新型激光器包括二極管泵浦固態(tài)激光器、光泵自鎖模固態(tài)飛秒激光器、量子井及多量子井激光器和超高亮度激光器（飛秒激光放大器）等；新增加的新型固態(tài)激光材料包括YLiF4（YLF）、YVO4、Yb:YAG、Er:YAG、Yb:Er:Glass、Ti:sapphire、

8、Cr:LiSAF和Cr:LiCAF等，還有一些染料及半導(dǎo)體激光材料；新增加的激光理論是穩(wěn)定激光腔和非穩(wěn)腔的新理論；新增加的激光技術(shù)是飛秒激光啁啾脈沖放大（Chirped Pulse Amplification）技術(shù)。這些新增加的內(nèi)容反 映了激光領(lǐng)域的新發(fā)展，對從事激光研究和利用激光的讀者具有很好的指導(dǎo)作用。42該書與國內(nèi)相關(guān)教材的比較與建議 該書與國內(nèi)教材相比，有以下優(yōu)點：（1）內(nèi)容系統(tǒng)性和深入程度都優(yōu)于國內(nèi)教材；（2）章節(jié)安排和表述方式以及風(fēng)格更與國際教材接軌；（3）新增內(nèi)容比國內(nèi)教材安排合理，信息全面，表述到位、系統(tǒng)、深入，具有直接的參考價值。 最近幾年來，國內(nèi)陸續(xù)出版了不少的關(guān)于激光理論

9、與器件方面的教材，每一本教材的內(nèi)容都有與國內(nèi)早期（上世紀(jì)八十年代）普遍使用的國防工業(yè)出版社出版的激光原理（周炳琨、高以智等編著）相交叉的部分。但是由于這些新出版的教材都是編者從所從事的專業(yè)角度去編寫，內(nèi)容無論從系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性還是深入程度上都無法與第五版的激光原理（周炳琨、高以智等編著）相比。迄今，第五版的激光原理仍然是國內(nèi)激光領(lǐng)域廣泛認(rèn)可的經(jīng)典高校教材?？紤]到上述書的諸多特點，有三個方面的建議：第一，建議在國內(nèi)與激光密切相關(guān)的本科及研究生教學(xué)中，在使用第五版的激光原理（周炳琨、高以智等編著）作為教材的同時，重點參考此書，以求對激光的理論、技術(shù)和器件特別是近年來新型激光的理論、技術(shù)和器件有更加系

10、統(tǒng)和深入的掌握。第二，建議國內(nèi)激光教材權(quán)威單位組織有經(jīng)驗的專家以此書為藍(lán)本，編寫一部簡化版的中文激光原理教材，滿足國內(nèi)高校教材與國際接軌的需求。第三，建議各高校和其他研究機(jī)構(gòu)直接使用此書對研究生進(jìn)行教學(xué)，教學(xué)方式采用英語或雙語。參考文獻(xiàn)：1. J. A. Stratton, Electromagnetic Theory, 1st ed. (McGraw-Hill, New York, 1941)2. R. H. Pantell and H. E. Puthoof, Fundamentals of Quantum Electronics(Wiley, New York, 1964)3. G. B

11、. Agrawal and N. K. Dutta, Long Wavelength Semiconductor Lasers(Chapman and Hall, New York, 1986)4. M. Born and E. Wolf, Principles of Optics, 6th ed.(Pergamon Oxford, 1980)5. A. E. Siegman, Lasers(University Science Books, 1986)6. M. Sargent, M. O. Scully, Laser Physics(Addison-Wesley, London, 1974)7. W. Koechner, Solid State Laser Engineering, 4th ed., Springer Series in Optical Sciences(SpringerVerlag, Berlin, 1996)8. A. A. Kaminskii, Crystalline Lasers: Physical Processes and Operating Systems(CRC Press, 1