国外激光原理教材研究评介南开大学图书馆.docx

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国外激光原理教材研究评介南开大学图书馆

教育部二〇〇六年外国教材研究项目

《国外激光原理教材研究评介》

结题报告

南开大学外国教材中心

二〇〇八年八月

目录

国外激光原理教材研究评介项目综述1

借鉴外国教材，讲好激光课程13

国外激光教材“PrinciplesofLasers”评介19

国外激光教材“lasers”与国内相关教材评介25

《LaserFundamentals——激光基础》评介34

介绍一本优秀的外国教材——《LasersandElectro-Optics》46

国外飞秒激光教材评介66

对五本国外激光教材的简评77

国外激光原理教材研究评介项目综述

石得旭张立彬

（南开大学图书馆天津300071）

1．外国教材中心的工作回顾和开展此次教材研究评介工作的意义

党的十一届三中全会后，国家根据我国社会主义现代化建设和教育事业发展的需要，为适应我国高等教育赶超世界先进水平的要求，正式决定建立教材中心。

从1979年开始，逐步实行了引进与研究并举的工作方针，在全国范围内积累起理工农医各科的各专业的全面、系统、配套的外国教材体系。

中心不仅成为外国教材和教学资料基地，还成为了外国教材的研究基地，为各高校教师开展教学与科研工作起到了积极作用。

经过多年努力，中心已取得了很大成绩，概括起来有以下几个方面：

1.引进了大量的外国教材，开展了包括借阅、教材展览、复印等一系列工作。

2.与有关部门协作对外国教材进行了若干利用开发，在各教材编委会及有关院校的大力支持下，开展了教材研究工作，举办了多次外国教材研讨会，编印了外国教材研究论文集。

3.造就、培养了一支中心工作所需的队伍，建立了中心工作的各种标准、制度、办法等。

现在，国内许多其他组织、机构也纷纷搞起了外国教材的相关工作，外国教材中心不再是从事相关工作的唯一单位。

但教材中心除引进了大量的外国教材，开展了包括借阅、教材展览、复印等一系列工作以外，还在各教材编委会及有关院校的大力支持下，开展了教材研究工作，组织教师开展了大量对外国教材的评介研究工作，举办了多次外国教材研讨会，编印了外国教材研究论文集，就外国教材工作的全面性来讲，教材中心是有优势的。

我们要编写出既有思想性、科学性、先进性、适用性的高质量、达到国际水平并具有我国特色的教材，就必须了解世界各国同类教材的情况，尤其是那些科学技术、经济较发达国家的教材建设情况。

美国、欧洲、俄国、日本等发达国家的核物理教材经数十年发展，无论在教材体系、教学内容、教学方法等方面都形成了各自的特色和优势，其教育及其教材建设的历史进程和巨大成就，对于我国这样一个发展中国家来说，无疑有不少经验可以借鉴，也有不少历史教训值得分析和思考研究。

教材中心作为多年来从事外国教材引进、研究评介和宣传工作的单位，应该在这项工作中发挥更大的作用，开展外国教材的研究评介其意义正在于此。

激光作为高强度的相干光源的出现使光学科学的研究与发展产生了质的飞跃，而且它在工业、军事、信息和生物医学等诸多领域都得到了重要应用，可以说没有激光，现代光学领域的科学研究就难以开展。

因此，激光课程是光学、光电子和信息等专业的基础课程。

随着科技的进步，光学取得了飞速的发展，光学教材也不断改进，反映了当今光学领域发展的现状。

因此，本课题选择国内外高水平的激光教材作为研究对象，对其进行教材评介与比较研究，紧跟、学习和借鉴发达国家激光教材的成功经验，加快我国激光教材建设的步伐，早日达到国际先进水平。

2．项目研究计划的执行情况

2.1所要评介教材的选择

国外教材的使用可大致分为以下三种情况：

1．某校某专业有专用教材，如名为Superconductivity,SuperfluidsandCondensates的就是牛津大学的一本教材,这本书的封面上明确标明：

oxfordmasterseriesincondensedmatterphysics。

2．某校某专业的教材采用该专业任课教师自己编写的讲义、课件。

3．某校某专业有明确的教材，但该教材并不是该校该专业专用，一般来讲这些教材都属于各专业领域的名著。

第一种情况的外国教材最为简单明确，但这种情况较为少见，大多数学校没有如此明确的专用教材。

第二种情况，每门课都有比较经典、重要的教材，但国外的许多高校授课时并不直接采用这些教材，而是采用教师根据具体情况编写的自编教材，那些比较经典、重要的教材只是作为参考书。

这是因为:

（1）课时有限，而教材内容较多，只能自编适合有限课时的教材；

（2）有些学科属于比较新的，变化较快，教材更新也快，原有教材跟不上形势变化，于是自编教材进行授课；（3）各个学校的侧重点不同，而经典教材的特点是大而全，不可能对每个学校完全适用，为适合本校的教学要求，教师只好自编适合自己情况的教材。

这也正是很多国外高校的网页上只有任课教师的简介、对许多教材的点评，或其网页只有课程主页上的推荐书单，书单中不设指定教材的原因之一。

而自编教材没有正式出版，按现在的引进方式，我们无法引进。

另外，美国的许多高校规定，任何教师讲授一门课的时间不能超过五年，无论他多么有名，或者是某个领域的学术权威。

如果这位教师授课时采用的是他的自编教材，那么他的自编教材的使用期限也只有五年，因为每一位老师会有他自己的新教材。

既使我们将该自编教材定义为该校某门课的教材，其有效性也只有五年。

因此，当我们引进了该校某门课的自编教材时，我们还要注意了解该教材已使用了多少年。

对第三种情况，当我们通过某种途径了解到某某学校使用了哪些教材时，通常称为某某学校教材，如哈佛教材、MIT教材等，好像有许多国外高校就有许多国外教材，但实际上，由于这些教材都属于各专业领域的名著，而这样的教材数量是有限的，并且同一层次同一类型的学校所使用的教材也可能是完全相同的，哈佛使用某本教材，和哈佛同一级别、类型相同的学校也可能会使用这本教材。

如名为PrinciplesofLasers，作者是OrazioSvelto的书就是典型的代表。

不应将某教材叫做某某学校教材，而应称作适用于某某类别学校的教材，否则容易引起误解。

由于上述情况，我们在选定教材时，以国外高水平教材为主，选择了在国内外影响比较大的英文原版教材，它们分别是：

1．书名Lasers

著者A.E.Siegma

ISBN0-935702-11-5

出版社UniversityScienceBooks,1986

2．书名LaserFundamentals

著者W.T.Silfvast

ISBN0521833450

出版社Cambridge;NewYork:

CambridgeUniversityPress,2004

3．书名PrinciplesofLasers

著者O.Svelto

ISBN0-306-45748-2

出版社NewYork:

PlenumPress,1998

4．书名FemtosecondLaserPulses–PrinciplesandExperiments

著者ClaudeRulliere

ISBN0387017690

出版社Springer2004

5．书名LasersandElectro-Optics

著者ChristopherC.Davis

ISBN7-5062-3873-X

出版社世界图书出版公司,1998

　　这些教材不仅在国外影响比较大，而且也被国外许多知名大学及普通大学采用。

如MIT及UniversityofRochester等。

MIT（麻省理工学院）的物理系全美排名第一，在光学领域也数一数二。

通过对MIT课程的研究，发现激光原理课程包含在“原子与光学物理”课程当中，以下是课程主页上的推荐书单。

书单中不设指定教材，但每本书后面都有教授的点评，是很有价值的资料来源。

http:

//cua.mit.edu/8.421/book_recommendations.htm

CourseCode:

8.421

Thebookmostrelevanttothecourseis:

∙Cohen-Tannoudji,Claude,Dupont-Roc,Jaques,andGrynberg,Gilbert,Atom-Photon-Interactions,BasicProcessesandApplications,Wiley-Interscience,1992.

Somematerialwillbetakenoutof:

∙Loudon,Rodney,TheQuantumTheoryofLight,ClarendonPress,Oxford,1973.

∙Weissbluth,Mitchel,Photon-AtomInteractions,AcademicPress,1989.

∙ProceedingofthesummerschoolinLesHouches1990:

FundamentalSystemsinQuantumOptics,LesHouches,SessionLIII,1990,editedbyJ.Dalibard,J.M.Raimond,andJ.Zinn-Justin（Elsevier,1992）

∙ProceedingofthesummerschoolinVarenna1991:

LaserManipulationofAtomsandIons,ProceedingsoftheInternationalSchoolofPhysics“EnricoFermi”,CourseCXVIII,editedbyE.Arimondo,W.D.Phillips,andF.Strumia（North-Holland,Amsterdam,1992）.

FurtherbookswhichIhaveusedtopreparethecourses8.421and8.422

∙Cohen-Tannoudji,Claude:

AtomsinElectromagneticFields,WorldScientific,Singapore,1994.（SelectedoriginalpapersofC.-T.）.goodcollectionofarticles,reasonablypriced;recommended.

∙LAllenandJ.H.Eberly,“Opticalresonanceandtwo-levelatoms”（Dover,NewYork,1975）:

Coverssomemorespecialtopicsverywell:

Blochequations,pulsepropagation,echoes,superradiance.

∙W.Demtröder,“Laserspectroscopy”（Springer,Berlin,1996）:

Almostencyclopedicbookonlasers,spectroscopicinstrumentsandtechniques,andallrelevantmethodsofspectroscopy-lotsofreferences,veryuseful.

∙O.Svelto,“Principleoflasers”（Plenum,NewYork,1989）:

Mainlyonlasers（basicprinciples,resonators,typesoflasers）,butniceshortdiscussionsofcoherenceandotherconcepts.

∙S.Svanberg,“AtomicandMolecularSpectroscopy”（Springer,Berlin,1997）.AlotofsimilartopicsasDemtröder’sbook,butlessdetailed.Alongerchapteronapplicationsoflaserspectroscopy.

∙A.Corney,“AtomicandLaserSpectroscopy”（Clarendon,Oxford,1977）.Thisbookisonatoms,discusseshyperfinestructure,selectionrulesandothereffectsindetail,andgivesmanyexamplesoftechniquesandexperiments.Givesaverygoodimpressionofthestateofexperimentalatomicphysicsinthe‘70s.

∙A.P.Thorne,“Spectrophysics”（Chapman,London,1988）.Nicebookonspectroscopy,withsomeemphasisonclassicalmethodsandplasmaspectroscopy.Longchapteronlinewidthsandshapes.

∙M.O.ScullyandM.S.Zubairy,“QuantumOptics”（Cambridge,Cambridge,1997）.Thetheoryofquantumoptics!

Detailedtreatmentofcoherenceandelectromagneticallyinducedtransparency,lasertheory.

∙D.Suter,“Thephysicsoflaser-atominteractions”,（Cambridge,Cambridge,1997）.Detaileddiscussionofthree-levelsystemsandcoherenteffects.

又如UniversityofRochester虽然只是普通高校，但其光学专业却十分有名。

该校相关教材的情况如下：

PHY264LaserSystems

RequiredBook:

O.Svelto,PrinciplesofLaser（4thed.）,PlenumPress,1998

SuggestedBooks:

Siegman,Lasers（UniversityScienceBooks,1986）;

MilonniandEberly,Lasers（Wiley,NewYork,1998）;

Silfvast,LaserFundamentals（CambridgeUniv.Press,1996）.

《Lasers》为美国大学科学丛书，1986年出版，作者为美国斯坦福大学电子工程教授AnthonyE.Siegman。

全书1283页，它是出现较早的全面阐述激光原理的大著作。

正如《美国物理学报》评价的那样：

“该书的陈述很清晰，很有深度，该书作者第一个真实全面深透地介绍了这个学科”。

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。

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、分子的能级结构和能级跃迁这些物理学者所熟知的量子力学概念，这就并不要求学生熟悉艰深的量子力学理论，只要掌握电磁理论、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。

它可以作为大学高年级本科生和研究生的教学参考书，也可以给那些将从事激光研究工作从而需要学习激光理论的工程师和科学家提供可靠而详尽的激光物理与激光器运转的基础知识。

海外读者从各自的角度对该书做了诸多极为肯定的评价和积极地推荐。

有的说“本书是一部优秀的工程学教材，适合任何水平的初学者”；“该书用浅显流畅的语言揭示了复杂深奥的道理，如果有人想了解激光系统的基础知识，我一定会推荐这本书”；“这本优秀的教材完美地介绍了激光世界，尤其适合大学生阅读，特别是那些工程学领域的”；“该书清晰、明了、可读性强。

如果你想对激光有所了解，此书是最佳选择。

该书作者在每一章节后列举了他的参考书，这样很好，读者通过查阅相关参考文献可极大地丰富、深化所学知识。

”

《LasersFundamentals》是一本优秀的教科书。

作者WilliamT.Silfvast教授历时十年于1996年完成第一版，此后在1999年、2000年、2003年三次印刷。

该书出版后受到读者和编辑的一致好评，作者于2004年完成了第二个版本并出版。

作者所在学校为佛罗里达中央大学的光学激光研究教育中心，它是美国著名的三大光学研究中心之一。

作者从1960年开始长期从事激光科研与教学工作，积累了丰富的理论与实践知识，因此才能写出如此优秀的有独到见解的激光教科书。

这本书是作者在佛罗里达中央大学教授“激光原理”课程所用讲义的基础上编写而成，它向我们清晰全面地介绍了有关激光运转和激光设计的物理和工程原理，简明的阐释中贯穿了许多关键概念，这样使得全书从激光基础到激光物理和激光工程中所涉及的诸多问题都很容易理解。

正如有的读者评价说的那样：

《激光基础》（第二版）是一本言简意赅、深入浅出的书籍，该书从激光的基础知识谈起，对激光物理、激光原理、激光技术及其设计等方面进行了全面地介绍。

由于其详尽的解释、充足的例证以及大量的思考问题，使得这本书非常适合相关专业的高年级大学本科生及研究生阅读。

除此之外，此书还有对各种类型激光的简介，激光技术最新的独特运用及发展状况以及广泛专业的参考书目。

所有这些使得它也非常适合相关研究人员使用，具有很高的参考价值。

《PrinciplesofLasers》是一本颇有影响的教材，它是根据意大利米兰理工学院教授斯凡尔多从事量子电子学研究特别是固体激光的研究及教学实践而写成的,由美国南亚浦通大学（South-AmptonUniversity）安娜（DavidC.Hanna）译成英文，并于1983年被吕云仙译成中文。

国内外一些已出版的有关教科书有两个极端，有的过浅，有的数学过程又太多，这本书无疑弥补了这些偏向。

此书是在1989年第三版的基础上改编的，在原有内容基础上，本书新纳入了量子井及多量子井激光器、二极管泵浦固态激光器、稳定激光腔和非稳腔的新理论、飞秒激光器、超高亮度激光器等内容。

本书再版的目的在于帮助读者对激光原理及性能有一个广泛并且统一的正确理解。

通观全书，作者围绕激光器的三个主要构成部分（工作物质、泵浦系统、共振腔）而展开讨论，以讲清楚激光的基础物理概念与动力学过程为主,有一定的深度与广度，适合于作为大学专业教材。

1981年诺贝尔物理学奖获得者阿瑟·L·斯光图（ArthurL.Schawlow）教授曾赞扬过此书的早期版本，他说：

“OrazioSvelto教授自己长期以来就是激光领域的先驱者，他的书展示了他对此领域所有方面的广泛的熟悉积度，证明了他在这方面的博学。

任何掌握此书内容的人都能够读懂激光领域高水平的论文与研究性文章。

”

本书的出版商对该书进行了推荐介绍，认为：

最新的第四版《激光原理》如此彻底地被更新和扩充了，以至于现在看来它事实上已成为了一本全新的书。

不过，这本教材的基本任务依然保持不变，那就是提供了一种广泛而综合的关于激光原理、物理、技术，以及当今先进设备全面而有条理的描述。

OrazioSvelto博士对激光的描述在物理方面重过数学方面，并且本书用浅显易懂的方式表达了适宜而正确的物理理念。

另外，一些报刊杂志也对该书进行了评述：

如《视觉与激光技术》认为“由本书带领进入激光研究领域的学生是幸运的。

本书极为出色，并且配有合适的阐述以及插图。

书中给出的问题也极有帮助，并且都集中讨论了时下热点。

”《保健物理学》认为“这本书与现有的一些关于激光安全性的集子的其中一册相关，对该书充分的理解能为健康方面的物理学家长期提供他所需的知识……强烈推荐！

”《科技新闻》认为“它是一本对激光理论和应用介绍得很好的书籍……主要面向较高年级的在校学生。

该书编排逻辑性强，简单易读。

要理解这一不断发展的领域所需要的大部分基础性数学知识都在本书中得到了体现。

”

激光按其泵浦方式可分为连续激光器和脉冲激光器两大类，飞秒激光（FemtosecondLaser）是八十年代初期诞生并迅速发展起来的激光前沿研究领域和新的科学技术分支。

近二十年来，飞秒激光得到了广泛的发展。

由于飞秒激光所具有的超短、超强和高分辨率等特性，在医学、超精细微加工、高密度信息储存和记录等方面，飞秒激光都有着很好的发展前景，新的应用领域也变得日益成熟。

由于飞秒科学的迅猛发展，1991年法国教育部根据超短脉冲对国家科学发展的重要性决定在法国成立一个飞秒中心，致力于培训科学家使用飞秒激光。

最后选定Bordeaux大学的ClaudeRulliere教授来负责这门培训课程。

ClaudeRulliere编辑的《飞秒激光脉冲–原理和实验》正是基于1992年开始的每周一次的飞秒训练课程，随着日积月累在很多专家的努力下逐渐形成该教科书。

该书的对象主要是研究生、工程师以及研究人员，为他们讲解飞秒脉冲的基本原理以及如何使用飞秒脉冲。

该书详细介绍了飞秒超短脉冲的原理及应用，已被国外多所大学作为研究生的教科书使用，国内尚没有该方面如此全面的教材，该书也是超短脉冲方向工程师、研究人员不可多得的参考书目。

《LasersandElectro-Optics》由世界图书出版公司出版，是美国马里兰大学电子工程教授ChristopherC.Davis的心血之作。

许多物理专业的学生在本科期间所学的知识不足，导致他们在学习激光与光电时遇到了困难，而本书恰恰适合电子工程和物理系的这些学生。

因此基础较薄弱或非本专业的读者完全不必担心，这本书将能帮你重建基础的知识体系，由入门走向提高。

本书极有特色，不仅表现在相同话题的讨论分析有很大不同，还表现在材料选择的精心、分析顺序的巧妙安排、解释的齐备等。

作者宽广的视野、清晰的阐述，为我们提纲挈领、总领专业知识创造了可能，本书实为相关人员必备的佳著。

另外，我们还选择了以下几本书籍做相对简单的点评。

这些书着重强调了激光在各领域中的应用原理，能使读者对与激光相关的教材能有一个较为全面的了解。

它们分别是：

1．书名Few-CycleLaserPulseGenerationandItsApplications（Topicsin

AppliedPhysics;Vol.95）——少周期激光脉冲的产生与应用

著者Kaertner,FranzX

ISBN3-540-0115-7

出版社Springe-VerlagBerlin2004

2．书名Laser-TissueInteractions:

FundamentalsandApplications——激光——组织相互作用：

基本原理和应用第三版