ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие............................. 3

Основные обозначения ......................... 5

Введение............................... . 7

8.1. Предмет, цели и роль лазерной техники в развитии народного хозяйства 7

8.2. Краткая историческая справка .................. 8

8.3. Классификация квантовых приборов............... . 12

Раздел I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЛАЗЕРНЫХ ПРИБОРОВ И СИСТЕМ 14

Глава 1. Основные понятия и законы излучения........... 14

1.1. Законы классической теории излучения . , . . ,.......... 14

1.2. Квантовые процессы излучения и поглощения электромагнитных волн 19

1.3. Форма и ширина спектральной линии ................ 25

Глава 2. Постулаты и принципы квантовой теории ......... 28

2.1. Математические методы описания квантовых систем . ,........ 28

2.2. Принципы неопределенности, соответствия, суперпозиции....... 39

2.3. Простейшие случаи решения уравнения Шредингера ......... 42

2.4. Кинетические уравнения квантовой системы ............. 46

2.5. Смешанные состояния. Матрица плотности.............. 50

Глава 3. Когерентность, интерференция и поляризация лазерного излучения 52

3.1. Математическая запись квазимонохроматического излучения ..... 52

3.2. Матрица когерентности...................... 55

3.3. Интерференция и когерентность .................. 58

3.4. Поляризация излучения...................... 62

Раздел 2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ, УСТРОЙСТВО И ХАРАКТЕРИСТИКИ

ЛАЗЕРОВ.............................. 70

Глава 4. Лазерные вещества и методы инверсии населенное гей ..... 70

4.1. Активные лазерные среды..................... 70

4.2. Кристалл рубина - активная среда лазера ............. 73

4.3. Методы инверсии населенностей активных лазерных сред ........ 75

4»4. Система оптической накачки ................... 78

Глава 5. Оптические резонаторы ........,......... 83

5.1. Открытые оптические резонаторы .................. 83

5.2. Кольцевые резонаторы ...................... 91

5.3. Оптические элементы резонаторов ................. 94

5.4. Матричный метод расчета резонатора ................ 96

Глава 6. Оптические квантовые усилители............. 102

6.1. Классификация, принцип действия и основные характеристики..... 102

6.2. Схемы оптических квантовых усилителей.............. 104

6.3. Оптические квантовые усилители бегущей волны ........... 107

6.4. Шумы в оптических квантовых усилителя»............. ПО

Глава 7. Твердотельные лазеры импульсного действия ........ ИЗ

7.1. Трехуровневый лазер ,...................... ИЗ

7.2. Анализ импульсного режима генерирования лазерного излучения ... 116

7.3. Четырехуровневый лазер ..................... И9

7.4. Нестационарное тепловое поле и теплопроводность активной среды ... 120

7.5. Частота генерации твердотельного лазера импульсного действия .... 124

7.6. Конструкции системы охлаждения и термостабилизации лазерных излучателей............................. 126

7.7. Графоаналитический метод расчета конструктивных, параметров твердотельного лазера импульсного действия ............... 131

7.8. Расчет энергетических характеристик ................ 13$

7.9. Номограмма для расчета спектральных характеристик........ 137

Глава 8. Газовые лазеры ...................... 142

8.1. Принцип действия лазера иа нейтральных атомах гелий-неоновой смеси , 142

8.2. Принцип действия ионного лазера................• 145

8.3. Принцип действия молекулярного лазера............... 147

8.4. Коэффициент усиления активной среды и стабилизация частоты излучения 149

8.5. Расчет газового лазера...................... 154

8.6. Газодинамические лазеры..................... 164

8.7. Химические лазеры........................ 165

Глава 9. Полупроводниковые лазеры ,................ 167

9.1. Основные физические процессы в полупроводниковой активной среде 167

9.2. Принцип действия и конструкция инжекционных лазеров ....... 171

9.3. Гетероструктуры, гетеропереходы и гетеролазеры .......... 178

9.4. Методика расчета основных параметров и характеристик инжекционного полупроводникового лазера .................... 184

Глава 10. Кольцевые лазеры.................... 187

10.1. Эффект Саньяка и кольцевой интерферометр-резонатор ....... 187

10.2. Кольцевой лазер и его основные характеристики........... 189

10.3. Основные уравнения кольцевого лазера и явление захвата разностной частоты ............................. 193

10.4. Методы разноса частот. Ячейка Фарадея .............. 195

10.5. Методика расчета основных характеристик кольцевого лазера..... 199

Глава 11. Модуляция лазерного излучения............... 201

11.1. Физические принципы, классификация и основные характеристики модуляторов лазериого излучения................... 201

11.2. Электрооптический эффект в кристаллах .............. 203

11.3. в нерезонатор ная электрооптическая модуляция непрерывного излучения .............................. 209

11.4. Магнитооптический эффект и модуляция лазерного излучения .... 213

11.5. Фотоупругость и акустооптические модуляторы излучения ...... 216

11.6. Внутрирезонаторная модуляция. Метод модуляции добротности резонатора ................... ........... 220

11.7. Лазер с призменным или пассивным затвором ............ 222

11.8. Электрооптические затворы.................... 228

Глава 12. Устройства управления лазерным излучением ........ 230

12.1. Непрерывный оптический дефлектор ,.......,......, 230

12.2. Дискретный оптический дефлектор 233

12.3. Характеристика времеинбго и пространственного распределения излуче-

i ния .......••«..*..•«itt«*t.«*«« 234

12.4. Перестройка частоты лазерного излучения .... .i ...... . 237

12.5. Методы и схемы селекции мод............ 240

12.6. Пространственное формирование лазерного излучения ......., 243

12.7. Нелинейные оптические эффекты в формировании и преобразовании лазерного излучения ................. 246

Раздел 3. ПРИМЕНЕНИЕ УСТРОЙСТВ ЛАЗЕРНОЙ ТЕХНИКИ..... 251

Глава 13. Лазерные дальномеры

13.1. Принципы проектирования лазерных дальномеров.......... 251

13.2. Особенности канала связи.................... 258

13.3. Импульсные лазерные высотомеры н дальномеры.......... 261

13.4. Фазовые дальномеры...................... 262

13.5. Характеристики оптоэлектронного канала ............. 266

13.6. Анализ точности лазерных устройств ................ 276

Глава 14. Лазерные гироскопы

14.1. Принцип действия, состав и характеристики лазерного гироскопа ... 281

14.2. Нестабильность разностной частоты................ 285

14.3. Оптические схемы интерференционных смесителей излучения ..... 288

14.4. Конструкция лазерного гироскопа 292

14.5. Методика оценки реальной и потенциальной точностей лазерного гироскопа ......... ........... ..... ...... 296

14.6. Применение и перспективы развития лазерных гироскопов 299

Глава 15. Лазерные доплеровские измерители скорости ......., 303

15.1. Область применения...................... . 303

15.2. Схема ЛДИС с опорным лучом ,................. 304

15.3. Дифференциальная схема ЛДИС ........ 307

15.4. Краткий анализ рассеянного излучения.............. 309

15.5. Отношение мощностей сигнала и шума в ЛДИС и структура доплеровского сигнала..........«..«............ 313

15.6. Оценка энергетических характеристик излучателя ......... 315

Глава 16. Оптическая голография

16.1. Принцип голографии и уравнение голограммы ........... 317

16.2. Схемы записи и восстановления голограмм . ,........... 321

16.3. Типы голограмм......................... 327

16.4. Некоторые примеры практического применения голографии ..... 331

Глава 17. Оптические процессоры и интегральная оптика ....... 333

17.1. Принципы проектирования оптических вычислительных устройств . . . 333

17.2. Элементы оптических процессоров................. 339

17.3. Оптические процессоры....................... 344

17.4. Пример расчета голографического запоминающего устройства .... 348

17.5. Физические принципы интегральной оптики........... . , . 352

17.6. Интегрально-оптический волновод и элементы интегральной оптнки . . 355

17.7. Пленочный лазер с распределенной обратной связью и планарные фотодиоды............................. 362

17.8. Перспективы развития интегральной оптики и когерентных оптических вычислительных устройств.................... 368

Заключение............................... 372

Прилоокение.............................. 374

Предметный указатель ......................... 376

Список рекомендуемой литературы .................. 378