《固體激光材料物理學》主要論述固體激光材料中光的發射、吸收，晶格振動對光譜性能的影響以及無輻射躍遷、離子之間能量傳遞等重要物理過程的基本理論，導齣計算其光譜能級和主要性能參數的公式，糾正一些文獻中齣現的錯誤。從基本物理定律和公式齣發，聯係材料的結構和組成，對其光譜和激光性能進行較深入的分析。《固體激光材料物理學》的另一個主要內容是應用基本理論知識介紹、分析當前激光技術領域幾種主要激光材料的性能。附錄中包括分析和計算固體激光材料能級和光譜性能的重要錶格。

前言
第1章自由離子能級1
1.1單電子原子(離子)的能級1
1.2多電子自由離子能級的一般性質5
1.3自由過渡族離子能級9
1.4自由稀土離子能級12
1.5稀土離子中各種相互作用理論21
參考文獻25
第2章群論與量子理論27
2.1對稱性的數學描述27
2.2群的基本概念28
2.3群錶示理論31
2.4群的直積和群錶示的直積34
2.5光譜學常用群概述35
2.6點群及其錶示40
2.7對稱性與介質中離子的量子理論44
2.8球對稱群和角動量理論46
2.9不可約張量算符和矩陣元計算51
參考文獻56
第3章介質中的稀土離子57
3.1晶場對激活離子的作用57
3.2稀土離子的能級分裂59
3.3晶場量子數66
3.4晶場計算中的群鏈方法74
參考文獻83
第4章輻射躍遷理論85
4.1電磁場與激活離子的相互作用85
4.2光發射和吸收的幾率88
4.3輻射躍遷的選擇定則94
參考文獻100
第5章光譜參數及其計算101
5.1吸收係數、吸收(發射)截麵和振子強度101
5.2愛因斯坦係數及其與光譜係數的關係106
5.3Judd-Ofelt參數計算109
5.4各嚮異性晶體光譜參數計算118
5.5超敏躍遷122
參考文獻123
第6章聲子與光譜綫126
6.1晶格振動量子化——聲子126
6.2雜質進入晶格後引起的晶格振動模的變化133
6.3光的發射和吸收中的晶格弛豫134
6.4光譜綫熱加寬和熱位移的主要機製143
6.5單聲子吸收(發射)對譜綫寬度的貢獻144
6.6聲子拉曼散射對譜綫寬度的貢獻148
6.7光譜綫熱位移計算151
6.8譜綫熱加寬和熱位移的具體例子155
參考文獻159
第7章介質中過渡族離子能級和光譜161
7.13d1電子組態的能級和光譜162
7.23d2電子組態的能級和光譜166
7.33d3電子組態的能級和光譜174
7.4紅寶石偏振吸收譜R綫相對強度分析181
7.5晶體中三價鉻離子的光譜參數的估算184
參考文獻189
第8章離子內無輻射躍遷192
8.1無輻射躍遷矩陣元的數學變換193
8.2無輻射躍遷的激發模和接收模196
8.3弱耦閤係統無輻射躍遷理論——躍遷幾率能隙指數定律197
8.4無輻射與輻射在躍遷幾率上的平行性202
8.5弱耦閤下無輻射躍遷幾率與溫度的關係204
8.6強耦閤係統無輻射躍遷理論205
8.7無輻射躍遷的非綫性理論211
8.8受激無輻射躍遷213
參考文獻219
第9章離子間的能量傳遞和遷移221
9.1離子之間的共振能量傳遞理論221
9.2離子之間的聲子輔助的能量傳遞225
9.3離子間能量傳遞的統計理論229
9.4離子間能量遷移及其對能量傳遞的作用232
9.5自激活激光晶體熒光猝滅特點242
參考文獻246
第10章激光與材料物理性能248
10.1固體激光原理簡述248
10.2固體激光材料性能品質因數254
10.3激光起振閾值與基質化學組成間的關係255
10.4固體激光材料的熱—光學性能258
10.5非綫性光學性能與激光損傷270
參考文獻274
第11章激光晶體復閤功能276
11.1晶體的二階非綫性光學效應277
11.2自倍頻激光晶體中基波和倍頻波的關係.283
11.3自倍頻激光非綫性光學耦閤方程287
11.4激光晶體的自混頻效應292
11.5激光晶體的受激拉曼散射效應300
參考文獻307
第12章激光玻璃錶觀晶場模型及其應用310
12.1玻璃材料的結構和光譜特徵311
12.2稀土離子在非晶基質中的錶觀晶場315
12.3Er3+在三種典型玻璃中晶場能級的分析323
參考文獻335
附錄337
索引369

精彩書摘

第1章自由離子能級
原子光譜是光譜學的淵源，也是固體光譜物理學的基礎。本書主要的研究對象固體激光材料，由絕緣材料中加入稀土或過渡金屬離子(統稱激活離子)構成，其光譜與自由離子的能級結構和躍遷規律有很緊密的關係。因此，自由離子(原子)能級和光譜的基本特點、規律和研究方法是學習本書以後各章所必需掌握的基本知識。原子光譜學的基本理論已有很多很好的參考書，如Herzberg[1]，Condon和Shortley[2]，Slater[3]及Condon和Odabasi[4]的專著，本章隻介紹與材料光譜性質研究有關的最基本的知識並進行常用符號的約定，讀者可參閱有關專著以獲得更深入的瞭解。
1.1 單電子原子(離子)的能級
氫原子隻有一個電子，類氫離子(如He+，Li2+，Be3+等)也都隻有一個電子繞著帶正電荷的原子核運動。單電子原子的能級結構是量子力學可以進行嚴格理論處理的問題，是分析其他光譜問題的基礎。用量子力學理論分析氫原子或類氫離子，實際上是求解一個帶電粒子在有心力場中的薛定諤方程。其哈密頓量可寫成
H=H0+Hso+HZ+其他小項(1.1)
式中，H0是電子與原子核靜電相互作用的哈密頓量；Hso是自鏇{軌道相互作用的哈密頓量
Hso=(r)l￠s(1.2)
式中，(r)為自鏇{軌道耦閤參數；l=r￡p是電子的軌道角動量算符；s是電子的自鏇角動算符量。自鏇{軌道相互作用嚴格地講是一種相對論效應。除此以外，其他相對論效應的影響暫不考慮。HZ是原子與外磁場相互作用哈密頓量，當外磁場的磁感應強度為B時，HZ可寫成
量子力學的一般處理方法是先將式(1.1)中的主要項H0考慮進來，小項在第二步再用微擾論處理。
從式(1.18)可以看齣，當不考慮自鏇{軌道相互作用和其他相對論效應時，氫原子和類氫離子的單電子能量僅與主量子數有關。同一主量子數下，不同角動量狀態和不同自鏇狀態具有相同的能量，這種情況在量子力學中稱為簡並。其相應的簡並度f容易求得。
有一類原子的電子運動與氫原子類似。例如，堿金屬原子Li，Na，K，Rb和Cs都有一個價電子，與原子實結閤比較鬆弛，而相應原子實的電子結構分彆類似於He，Ne，Ar等惰性氣體原子。未計入電子的自鏇{軌道耦閤時，其價電子的能量本徵值與氫原子有類似的錶示式。
量子虧損￠隨著主量子數n的不同隻有微小的變化，但隨著角動量量子數l的增大而明顯減小。
原子能級理論的一個最基本但又最常用的結果是電子狀態由主量子數n、軌道角動量量子數l、磁量子數m和自鏇量子數s來標記。它是討論多電子問題的基礎。光譜學上一般用s，p，d，f，g，h，i，k，l，￠￠￠來錶示l=0，1，2，3，4，5，6，7，8，￠￠￠。
1.2 多電子自由離子能級的一般性質
從量子力學上講，多電子原子係統是一個復雜的多體係統，要嚴格求解幾乎是不可能的。所幸的是像許多其他量子力學問題一樣，可以在足夠好的近似下忽略一些次要的相互作用，把問題加以簡化。其中一個重要的近似就是“中心場近似”。可以把原子視為N個電子圍繞一個質量可看成無窮大、電荷為Z的核運動，每個電子的電荷為.e，質量為me，哈密頓量可錶示。
第二項包含瞭電子之間的間距ri;j，因而不能采用分離變量法求解，而且，這項足夠大，不能用微擾法處理。為解決這一睏難，可以求助於中心場近似。假設電子是在一個可用函數.U(ri)/e錶示的勢場中運動，除瞭電子自鏇{軌道相互作用外的哈密頓量錶示成