基礎雷射物理(第2版)

二版序

蘆葉滿汀洲，寒沙帶淺流。二十年重過南樓。
柳下繫船猶未穩，能幾日，又中秋。
黃鶴斷磯頭，故人曾到不？舊江山渾是新愁。
欲買桂花同載酒，終不似，少年遊。

《基礎雷射物理》一書已出版十年，再版的內容加入了習題。習題的內容有著較課文更廣的延伸，詳解可參考《基礎雷射物理習題與解答》（即將出版）一書。
每一本書的完成都會不禁想起綠草如茵的中大及電機系第五屆的同窗好友。
感謝貞芳、咸安、咸曄在撰寫的過程中無盡的支持與包容。

長庚大學電子工程學系／機械工程學系
倪澤恩
乙巳年臘月十五於長庚醫護新村

二版序

蘆葉滿汀洲，寒沙帶淺流。二十年重過南樓。
柳下繫船猶未穩，能幾日，又中秋。
黃鶴斷磯頭，故人曾到不？舊江山渾是新愁。
欲買桂花同載酒，終不似，少年遊。

《基礎雷射物理》一書已出版十年，再版的內容加入了習題。習題的內容有著較課文更廣的延伸，詳解可參考《基礎雷射物理習題與解答》（即將出版）一書。
每一本書的完成都會不禁想起綠草如茵的中大及電機系第五屆的同窗好友。
感謝貞芳、咸安、咸曄在撰寫的過程中無盡的支持與包容。

長庚大學電子工程學系／機械工程學系
倪澤恩
乙巳年臘月十五於長庚醫護新村

第1章　雷射的基本物理概念
1.1 雷射的基本特性
1.1.1　相干性或同調性
1.1.2　單色性
1.1.3　方向性
1.1.4　高亮度
1.2 構成雷射的條件
1.3 雷射物理的學習
1.3.1　雷射的奧義
1.3.2　時間和空間
1.3.3　均勻線寬和非均勻線寬
習題

第2章　光輻射的特性
2.1 光的同調性
2.1.1　時間同調和空間同調
2.1.2　Michelson干射
2.1.3　Young雙狹縫干射
2.2 光波與光子
2.2.1　波動觀點的光波模態密度
2.2.2　量子觀點的光子模態密度
2.3 電磁輻射的古典理論
2.3.1　Larmor 功率公式
2.3.2　Abraham-Lorentz 運動方程式
2.3.3　電磁輻射弛豫過程的古典理論
2.4 電磁輻射的半經典理論
2.5 電磁輻射的全量子理論
習題

第3 章　雷射的躍遷與增益
3.1 均勻線寬與非均勻線寬
3.1.1　均勻線寬的輻射函數
3.1.2　非均勻線寬的輻射函數
3.1.3　Lorentz 函數和Gauss 函數的比較
3.2 自發輻射、受激輻射和吸收
3.3 雷射介質的增益係數
3.3.1　布居反轉
3.3.2　增益係數
3.4 增益飽和
3.4.1　均勻線寬與非均勻線寬的增益飽和─綜合的觀點
3.4.2　均勻線寬與非均勻線寬的增益飽和─個別的觀點
3.5 雷射燒孔現象
3.5.1　空間燒孔現象
3.5.2　光譜燒孔現象
3.6 雷射的速率方程式
3.6.1　Liouville 方程式
3.6.2　量子Boltzmann 方程式
3.6.3　算符期望值的運動方程式
3.6.4　雷射的速率方程式
3.6.5　雷射的動態行為方程式
3.7 MASER
3.8 雷射激發與臨界條件
3.8.1　二階系統無法形成雷射
3.8.2　三階雷射系統的激發過程
3.8.3　四階雷射系統的激發過程
3.8.4　三階雷射和四階雷射的比較
習題

第4 章　雷射共振腔
4.1 Fabry-Pérot 標準儀
4.2 光線矩陣
4.2.1　光線矩陣的緣起
4.2.2　幾個常見的ABCD 矩陣
4.3 雷射共振腔的穩定性
4.3.1　穩定共振腔與透鏡波導
4.3.2　判斷共振腔的穩定性幾何方法
4.3.3　非穩定共振腔
4.4 等價共焦腔
4.5 頻率牽引
4.5.1　均勻線寬的雷射介質折射率變化
4.5.2　非均勻線寬的雷射介質的折射率變化
4.5.3　介質頻率對共振腔頻率的牽引作用
4.6 共振腔的損耗
4.6.1　共振腔的Q 值
4.6.2　繞射耗損
4.6.3　反射耗損
4.6.4　吸收耗損
4.7 雷射的最佳輸出耦合
4.7.1　激發速率的最佳輸出耦合
4.7.2　透射損耗的最佳輸出耦合
4.7.3　最佳輸出耦合的Rigrod 理論
習題

第5 章　雷射光束
5.1 Gauss 光束的基本特性
5.1.1　Gauss 光束的基本參數
5.1.2　Gauss 光束的形式
5.2 Gauss 光束的轉換矩陣
5.2.1　ABCD 規則的一般性
5.2.2　近軸光學的ABCD 規則
5.2.3　Gauss 光束的聚焦
5.3 Gauss 光束的幾何作圖
5.3.1　Gauss 光束參數的幾何關係
5.4 Gauss 光束的幾何關係
5.5 Gauss 光束傳遞的幾何作圖法
5.5.1　Gauss 光束特性的幾何作圖法─ Collins 圖
5.5.2　Gauss 光束特性的幾何作圖法─ Smith 圖
5.5.3　Gauss 光束特性的幾何作圖法─傳播圓法
習題

第6 章　雷射脈衝
6.1 Q 開關雷射的基本原理
6.2 鎖模雷射的基本原理
6.3 雷射的混沌現象
6.3.1　穩定性分析
6.3.2　Lorenz 方程式
習題

第7 章　半導體雷射二極體概要
7.1 半導體雷射結構設計
7.2 半導體雷射結構特性
7.2.1　半導體雷射的結構分析
7.2.2　半導體雷射的光學特性分析
7.2.3　半導體雷射的電學特性分析
7.2.4　半導體雷射的光譜
7.2.5　半導體雷射輸出強度與電流注入的關係
7.3 半導體雷射元件特性
7.3.1　半導體雷射的特徵溫度
7.3.2　半導體雷射的量子效率與損耗
7.3.3　半導體雷射的脈衝操作與連續操作
7.4 半導體雷射的論文發表
7.4.1　序言
7.4.2　實驗
7.4.3　結果與討論
7.4.4　結論
習題

參考資料
索引

第1章　雷射的基本物理概念
1.1 雷射的基本特性
1.1.1　相干性或同調性
1.1.2　單色性
1.1.3　方向性
1.1.4　高亮度
1.2 構成雷射的條件
1.3 雷射物理的學習
1.3.1　雷射的奧義
1.3.2　時間和空間
1.3.3　均勻線寬和非均勻線寬
習題

第2章　光輻射的特性
2.1 光的同調性
2.1.1　時間同調和空間同調
2.1.2　Michelson干射
2.1.3　Young雙狹縫干射
2.2 光波與光子
2.2.1　波動觀點的光波模態密度
2.2.2　量子觀點的光子模態密度
2.3 電磁輻射的古典理論
2.3.1　Larmor 功率公式
2.3.2　Abraham-Lorentz 運動方程式
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