單頻光縴激光器(精)/光學與光子學叢書 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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周炳琨... 編

圖書標籤:

• 光縴激光器
• 單頻激光器
• 激光技術
• 光學
• 光子學
• 激光物理
• 非綫性光學
• 光縴通信
• 精密測量
• 光學器件

店铺： 木垛图书旗舰店

出版社： 科学

ISBN：9787030557629

商品编码：29605623850

开本：16

出版时间：2017-12-01

基本信息

• 商品名稱：單頻光縴激光器(精)/光學與光子學叢書
• 作者：楊中民//徐善輝|總主編:周炳琨
• 定價：99
• 齣版社：科學
• ISBN號：9787030557629

其他參考信息（以實物為準）

• 齣版時間：2017-12-01
• 印刷時間：2017-12-01
• 版次：1
• 印次：1
• 開本：16開
• 包裝：精裝
• 頁數：188
• 字數：237韆字

內容提要

單頻光縴激光是近年來**外激光技術領域研究 的熱點之一，得到瞭快速發展與廣泛應用。楊中民、 徐善輝著的《單頻光縴激光器(精)/光學與光子學叢 書》內容新穎、特色鮮明，從稀土離子發光機理、單 頻激光器件到激光係統與應用等不同層次進行瞭介紹 與論述，可讀性強。主要內容包括：發光離子能級與 光譜譜綫對單頻激光輸齣特性的影響；單頻光縴激光 的基本特性與測量，及其産生、放大過程中的特性分 析；單頻光縴激光噪聲機理與抑製、綫寬控製與穩頻 及其典型應用等。
     本書可供從事光縴激光技術領域理論與應用研究 的工程技術人員、科研工作者參考，也可作為高等院 校相關專業的本科生和研究生教學用書。
    

作者簡介

楊中民：教授，博士生導師，長江學者特聘教授，**傑齣青年科學基金獲得者，現任廣東省光縴激光材料與應用技術重點實驗室主任、華南理工大學物理與光電學院院長、科技部“863”計劃主題專傢、第七屆***科技委學部委員、十三五重點專項“材料基因工程關鍵技術與支撐平颱”專傢委員會委員、全國科技創新領軍人纔聯盟副理事長。 主要從事光縴與光縴器件研究工作，近年來主持**重點研發計劃、863計劃、**自然科學基金、軍品配套以及省部級項目20餘項。申請專利80餘項，授權40餘項。先後發錶SCI收錄論文170餘篇。獲**技術發明奬二等奬2項（排名**和3）、***技術發明一等奬1項（排名**）、廣東省自然科學一等奬1項（排名第2）；獲廣東省特支計劃傑齣人纔（南粵百傑）、南粵創新奬以及何梁何利科學與技術創新奬等。

目錄

前言
第1章 緒論
1.1 引言
1.2 發光離子的能級躍遷
1.2.1 發光離子的能級
1.2.2 發光離子的能級躍遷
1.3 譜綫展寬
1.3.1 均勻展寬和非均勻展寬
1.3.2 介質中發光粒子的光譜
1.3.3 譜綫展寬與激光
參考文獻
第2章 單頻光縴激光的基本特性及測量方法
2.1 單頻光縴激光的基本參數
2.1.1 功率、波長以及光譜特性
2.1.2 單縱模特性
2.1.3 模式質量
2.1.4 偏振態
2.2 單頻光縴激光綫寬特性及測試方法
2.3 單頻光縴激光噪聲特性
2.3.1 強度噪聲的定義及測試方法
2.3.2 頻率噪聲的定義及測試方法
參考文獻
第3章 單頻光縴激光的産生
3.1 單頻光縴激光器的分類
3.1.1 分布布拉格反射（DBR）型單頻光縴激光器
3.1.2 分布反饋（DFB）型單頻光縴激光器
3.1.3 環形腔單頻光縴激光器
3.2 短綫型DBR腔單頻光縴激光器
3.2.1 高增益光縴材料的製備
3.2.2 異質光縴熔接技術
3.2.3 連續單頻光縴激光腔的設計與製作
3.2.4 脈衝單頻光縴激光器
3.2.5 頻率調製單頻光縴激光器
參考文獻
第4章 單頻光縴激光噪聲産生機理及其抑製技術
4.1 噪聲産生機理分析
4.1.1 強度噪聲機理
4.1.2 頻率噪聲機理
4.2 噪聲抑製技術
4.2.1 強度噪聲抑製
4.2.2 頻率噪聲抑製
參考文獻
第5章 單頻光縴激光綫寬控製與穩頻技術
5.1 單頻光縴激光的綫寬控製
5.1.1 綫寬壓窄技術
5.1.2 綫寬展寬技術
5.2 單頻光縴激光器的穩頻技術
5.2.1 單頻光縴激光器頻率穩定方法
5.2.2 DBR短腔單頻光縴激光器穩頻實例
參考文獻

《聚焦光頻：激光器原理與先進應用》 內容梗概 本書旨在係統深入地探討光頻激光器的基本原理、關鍵技術以及在各學科領域內的前沿應用。我們將從光與物質相互作用的本質齣發，循序漸進地解析激光器的工作機製，涵蓋從增益介質的選擇與設計、泵浦機製的優化，到諧振腔的構建與模式控製，以及關鍵的非綫性光學效應在激光器中的應用。本書不僅關注理論的嚴謹性，更注重實際工程中的考量，力求為讀者提供一個全麵而深刻的理解框架。 第一章 緒論：光頻激光器的發展脈絡與重要性 本章將追溯激光器自誕生以來的發展曆程，重點闡述光頻激光器在其中扮演的關鍵角色。我們將梳理激光技術如何從實驗室走嚮工業、醫療、通信、科研等各個領域，並分析光頻激光器憑藉其獨特的光譜特性和高相乾性，成為眾多尖端技術不可或缺的組成部分。同時，本章將簡要介紹本書的結構和學習路徑，為讀者構建一個清晰的學習藍圖。 第二章 激光器基本原理：光與物質的和諧共振 本章將深入剖析激光器工作的核心物理原理。首先，我們將迴顧量子力學中原子與電磁場的相互作用，包括受激吸收、自發輻射和受激輻射的概率。接著，重點講解粒子數反轉的概念及其實現機製，這是激光産生的前提。然後，我們將詳細闡述增益介質在激光器中的作用，介紹各種類型的增益介質（如固體、氣體、半導體）及其特性，以及它們如何通過能量躍遷放大光信號。最後，本章將介紹諧振腔的構成及其對激光模式、光譜特性和穩定性的影響，包括其工作原理、反射鏡的參數選擇以及腔損耗的來源。 第三章 增益介質的設計與選擇：驅動激光的“心髒” 本章將聚焦於增益介質的設計與選擇，這是決定激光器性能的關鍵因素。我們將詳細探討不同材料體係的增益介質，包括： 固體激光器： 晶體（如Nd:YAG, Ti:Sapphire, Yb:YAG）和玻璃（如EDFA中的摻鉺玻璃）的摻雜離子、晶格結構、光譜特性（吸收和發射截麵、熒光壽命、光譜展寬機製）以及溫度穩定性等。我們將深入分析摻雜濃度、激活離子種類、基質材料選擇如何影響增益係數、激光閾值和輸齣功率。 氣體激光器： 各種氣體混閤物（如He-Ne, CO2, Ar-ion）的激發機製、能量傳遞過程、放電模式（直流放電、射頻放電、微波放電）以及氣體壓力、溫度對增益的影響。 半導體激光器： 異質結、量子阱、量子點等結構的設計，載流子注入、復閤機製（輻射復閤、非輻射復閤），以及能帶工程如何調控激射波長和閾值電流。我們將分析不同材料體係（如III-V族、II-VI族）在光頻激光器中的應用前景。 光縴激光器： 摻稀土離子（Er, Yb, Tm, Nd）的光縴的摻雜均勻性、縴芯/包層設計、光縴長度、瑞利散射和湯姆孫散射的影響，以及如何優化光縴參數以實現高效的光放大和激射。 本章將結閤具體的材料案例，深入分析不同增益介質的優缺點、適用範圍以及在光頻激光器設計中的考量因素。 第四章 泵浦機製與光耦閤：注入能量的“源泉” 本章將詳細闡述為增益介質提供能量的泵浦機製，以及如何有效地將泵浦光耦閤到增益介質中。我們將重點介紹： 光學泵浦： 氣體放電燈泵浦： 脈衝燈、連續燈的特性，光譜匹配與效率。 半導體激光器泵浦（LD pumping）： 泵浦效率、波長選擇、功率穩定性、光束質量以及與增益介質的耦閤方式（端麵泵浦、側麵泵浦）。我們將重點介紹LD泵浦在提升激光器效率、減小體積和提高壽命方麵的優勢。 其他光學泵浦源： 如燈泵浦、燈光泵浦等，及其在特定應用中的優劣。 電泵浦： 氣體放電泵浦： 直流、射頻、微波放電的原理，電極設計、氣體壓力、電壓和電流對放電特性及增益的影響。 電注入泵浦（半導體激光器）： 載流子注入機製，注入電流密度、注入均勻性對泵浦效率的影響。 本章還將深入討論各種泵浦光與增益介質之間的耦閤技術，包括聚焦透鏡、光縴耦閤器、反射鏡設計以及如何最大化泵浦光的吸收效率，同時最小化熱效應的影響。 第五章 諧振腔與模式控製：塑造激光的“形體” 本章將深入探討諧振腔的設計與優化，它決定瞭激光的輸齣模式、光譜特性、穩定性以及光束質量。我們將詳細分析： 諧振腔的組成與基本形式： 兩鏡腔、多鏡腔、腔內元件（如聚焦鏡、光柵、棱鏡）的作用。 腔內損耗分析： 反射鏡損耗（反射率、吸收、散射）、衍射損耗、材料吸收損耗、散射損耗、模式損耗等，及其對激光閾值和效率的影響。 模式分析： 橫模（TEMmn）： TEM00模、高斯模、Hermite-Gauss模、Laguerre-Gauss模的産生條件、傳播特性及其對光束質量的影響。 縱模： 縱模間隔、模的競爭、多縱模與單縱模激光器的産生條件。 腔長與模式選擇： 如何通過腔長設計實現單縱模輸齣，以及腔長穩定性的重要性。 腔內元件的作用： 增益選擇元件： 如光柵、棱鏡、全息元件，用於實現波長選擇（單波長、可調諧）和模式選擇。 增益飽和效應： 增益介質中的飽和現象及其對激光輸齣特性的影響。 輸齣耦閤器： 選擇閤適的反射率以優化輸齣功率和效率。 本章將通過理論計算和實例分析，展示不同諧振腔設計如何影響激光器的性能，以及如何通過腔內元件實現對輸齣模式和光譜的精確控製。 第六章 非綫性光學效應在光頻激光器中的應用：拓展激光的“邊界” 本章將聚焦於非綫性光學效應如何被巧妙地應用於光頻激光器中，以實現更復雜、更強大的激光功能。我們將深入探討： 鎖模技術： 主動鎖模： 聲光、電光調製器在腔內的作用，實現超短脈衝激光的産生。 被動鎖模： 增益開關（Gires-Tournois interferometer (GTI)）： 利用增益飽和效應實現脈衝壓縮。 飽和吸收體（SESAM）： 利用光縴、半導體器件或有機染料作為飽和吸收體，實現超短脈衝的穩定産生。 自身鎖模（Self-mode-locking）： 如剋爾透鏡效應（Kerr-Lens Mode-locking, KLM）在摻鈦藍寶石激光器中的應用，以及非綫性反射鏡（NLM）的原理。 鎖模激光器的參數： 脈衝寬度、重復頻率、峰值功率、平均功率、能量、光譜展寬。 倍頻與和頻（頻率轉換）： 非綫性晶體： KDP, DKDP, LiNbO3, BBO, LBO等晶體的非綫性光學係數、相位匹配條件（準相位匹配, QPM）、臨界相位匹配、非臨界相位匹配。 倍頻（Second Harmonic Generation, SHG）： 將激光頻率加倍（如從綠光變為紫外光，或從紅外光變為可見光）。 和頻（Sum-Frequency Generation, SFG）與差頻（Difference-Frequency Generation, DFG）： 産生新的頻率，實現激光器的頻率拓展。 光學參量振蕩（Optical Parametric Oscillation, OPO）與光學參量放大（Optical Parametric Amplification, OPA）： 參量過程原理： 泵浦光在非綫性介質中分裂成信號光和閑頻光，實現可調諧激光的産生。 OPO與OPA的結構與工作模式： 腔式OPO, 非腔式OPO, 參量放大器。 應用： 産生寬範圍可調諧激光，用於光譜探測、激光雷達等。 其他非綫性效應： 受激布裏淵散射（SBS）、受激拉曼散射（SRS）在激光器中的應用，如脈衝壓縮、頻率移動等。 本章將通過詳細的理論推導和實驗案例，展示非綫性光學效應如何賦予光頻激光器前所未有的功能，並極大地拓展其應用領域。 第七章 光頻激光器的輸齣特性與穩定性：追求完美的“信號” 本章將係統地分析光頻激光器的各種輸齣特性，並探討如何實現高穩定性的輸齣。我們將涵蓋： 輸齣功率： 平均功率與峰值功率： 連續波（CW）激光器與脈衝激光器的功率特性。 功率穩定性： 頻率穩定性、強度穩定性、模式穩定性。 影響功率穩定性的因素： 泵浦源波動、溫度變化、振動、腔長漂移、增益介質的老化。 提高功率穩定性的方法： 穩壓穩流電源、熱補償、主動反饋控製係統、腔體設計優化。 光譜特性： 光譜寬度： 綫寬、多縱模、單縱模、寬帶輸齣。 波長穩定性： 溫度、腔長、應力對波長的影響。 光譜控製與選擇： 使用光柵、棱鏡、乾涉濾波器等實現窄綫寬、特定波長的輸齣。 可調諧激光器： 腔內調諧元件的設計與實現。 光束質量： M²因子： 定義、測量方法及其意義。 影響光束質量的因素： 增益介質的非均勻性、熱透鏡效應、泵浦不均勻性、諧振腔設計。 提高光束質量的方法： 優化增益介質、精確的腔設計、選擇性振蕩（如TEM00模）。 偏振特性： 偏振輸齣： 綫偏振、圓偏振、橢圓偏振。 退偏： 影響偏振特性的因素及其抑製方法。 偏振控製與穩定性： 使用偏振片、波片、各嚮異性腔體。 噪聲特性： 散粒噪聲、熱噪聲、閃爍噪聲、跳模噪聲、振動噪聲。 低噪聲激光器的設計與實現。 本章將為讀者提供一套全麵的評估和優化光頻激光器性能的工具，強調理論分析與實驗驗證的結閤。 第八章 光頻激光器的先進應用：驅動未來的“引擎” 本章將重點介紹光頻激光器在當前及未來科技發展中的關鍵應用，展示其作為核心器件的強大驅動力。我們將深入探討： 通信領域： 光通信係統： 高速、大容量光信號的産生與傳輸。 光縴激光器在通信網絡中的應用： 如EDFA（摻鉺光縴放大器）在長距離傳輸中的關鍵作用。 光信號處理與整形： 利用激光器實現對光信號的調製、解調、復用與解復用。 工業製造： 激光加工： 激光焊接、激光切割、激光鑽孔、激光精密切割、激光錶麵處理、激光熔覆。 激光打標與雕刻： 高精度、高效率的材料標記。 激光增材製造（3D打印）： 激光選擇性燒結（SLS）、激光熔融（SLM）等技術。 醫療與生物技術： 激光手術： 眼科手術（如LASIK）、牙科手術、腫瘤治療、微創手術。 激光診斷與成像： 光相乾斷層成像（OCT）、熒光成像、拉曼光譜成像。 光動力療法（PDT）： 特定波長激光激活光敏劑治療疾病。 細胞分選與操控： 光鑷技術。 科學研究： 精密測量： 激光乾涉儀（如LIGO用於探測引力波）、激光測距、激光雷達（LiDAR）。 光譜學： 高分辨光譜、非綫性光譜、原子冷卻與囚禁。 基礎物理研究： 量子光學、粒子加速、核聚變研究。 材料科學： 激光誘導擊穿光譜（LIBS）、激光退火。 國防與安全： 激光武器： 反導、反無人機。 激光測距與目標識彆。 激光通信與隱蔽通信。 信息存儲與顯示： 藍光/綠光激光器在光盤存儲中的應用。 激光投影技術。 本章將通過大量生動具體的案例，展現光頻激光器如何賦能現代科技，並展望其在未來可能扮演的更重要角色。 第九章 總結與展望：光頻激光器的未來圖景 本章將對全書內容進行迴顧與總結，提煉光頻激光器發展的關鍵技術與趨勢。我們將展望未來可能的研究方嚮和技術突破，例如： 更高功率、更高效率的激光器。 更短脈衝、更高峰值功率的超快激光技術。 更寬範圍、更高精度的可調諧激光器。 更緊湊、更低成本的激光器集成。 新型增益介質與非綫性光學材料的開發。 AI與機器學習在激光器設計與優化中的應用。 激光器在新能源、量子計算等新興領域的應用拓展。 本書力求為讀者提供一個紮實的理論基礎和廣闊的視野，激發對光頻激光器技術更深入的探索與研究。 適用對象 本書適閤於光學、光電子學、物理學、電子工程、材料科學等相關專業的本科生、研究生，以及從事激光器研發、生産、應用等領域的工程技術人員、研究人員。對於對激光技術感興趣的科研愛好者，本書也將提供富有啓發性的閱讀體驗。

评分☆☆☆☆☆

這本書絕對是深入研究光學領域難得的佳作！我最近在整理自己的光學實驗數據時，偶然翻閱瞭這本書，發現它對一些基礎概念的闡述簡直是教科書級彆的清晰。特彆是關於非綫性光學效應那幾章，作者用非常直觀的語言和豐富的圖例，把復雜的傅裏葉變換和時域脈衝展寬描述得明明白白。我以前總覺得這些理論有點抽象，但讀瞭這本書後，對如何設計一個能有效抑製自相位調製（SPM）的實驗係統有瞭更深刻的理解。書中對剋爾介質的響應函數和各種數學模型的推導過程詳略得當，既保證瞭理論的嚴謹性，又沒有讓初學者望而卻步。它不僅僅是理論的堆砌，更像是經驗豐富的導師在手把手教你如何“看見”光在介質中傳播的內在機製。我尤其欣賞它對實驗參數敏感性的討論，這對於我們實際搭建高功率係統時避免“踩坑”至關重要。總的來說，如果你對光場調控和超快光學感興趣，這本書提供的基礎框架非常紮實，值得反復研讀。

评分☆☆☆☆☆

說實話，這本書的排版和裝幀風格頗具年代感，那種老派學術著作的沉穩氣息撲麵而來。我關注的重點更多是在其對光縴通信係統中的損耗機製的分析上。它非常細緻地剖析瞭瑞利散射、湯姆森散射以及各種彎麯損耗在不同工作波段下的相對貢獻和影響。我記得有一段專門講瞭如何通過優化光縴的包層設計來抑製宏觀彎麯導緻的能量泄漏，這對於設計長距離海底光纜或者特種光縴傳感器時，是必須掌握的關鍵技術點。書中的數學推導部分略顯繁復，但結論部分總是能夠清晰地指嚮工程應用。例如，它給齣的一個關於光縴內群速度色散（GVD）計算的經驗公式，我用在我最近的OTDR（光時域反射儀）測試數據校準中，發現精度明顯提高瞭一個檔次。對於工程技術人員而言，這本書更像是一本工具手冊，而不是純理論探討，提供的是解決實際問題的“配方”。

评分☆☆☆☆☆

我不得不提一下本書在量子光學前沿領域的某些涉及。雖然主旨似乎更偏嚮於工程應用，但書中對光子晶體與光縴耦閤的章節處理得相當到位。作者似乎在嘗試搭建一座連接經典光學與新興光子學器件的橋梁。它詳細闡述瞭布拉格反射的原理如何被引入到光縴結構設計中，以實現特定波長的選擇性濾波或反饋。我特彆留意瞭關於光子帶隙的討論，書中通過對比不同周期性結構參數對禁帶寬度和位置的影響，清晰地展示瞭如何“雕刻”光的傳播路徑。對於正在嘗試開發新型光縴激光腔體結構的研究人員來說，這本書提供的理論基礎和案例分析，無疑是極好的參考資料。它展現瞭如何利用材料的周期性結構來突破傳統摺射率限製的思維。

评分☆☆☆☆☆

這本書的整體結構安排體現瞭一種從宏觀到微觀的係統性思維。我個人對其中關於光縴非綫性閾值的討論留下瞭深刻印象。作者似乎對材料的損傷極限有著深入的研究，它細緻地對比瞭不同摻雜濃度石英光縴在超快脈衝輻照下的拉曼效應和自聚焦起始點。書中特彆強調瞭脈衝持續時間和峰值功率之間的權衡關係，這直接關係到我們能否安全有效地提高激光器的重復頻率而不引發損傷。它提供瞭一個非常實用的“安全操作區間”圖譜，雖然沒有直接給齣具體的公式，但通過對機製的解釋，讀者可以自行推導齣相應的限製條件。這本書的價值在於它教會你如何“安全”地駕馭高能量密度光束，而不僅僅是告訴你如何“産生”光束。那種基於風險評估的科學態度，在許多工程書籍中是難得一見的。

评分☆☆☆☆☆

這本書的語言風格非常嚴謹，幾乎達到瞭吹毛求疵的程度，這對於需要撰寫規範技術報告的我來說，反而是一件好事。我主要關注的是其中關於激光器穩態輸齣特性的建模部分。它不僅僅停留在簡單的增益方程求解，而是深入探討瞭飽和吸收效應和熱透鏡效應在腔內對光束質量（$ ext{M}^2$因子）的動態影響。書中提供瞭一套非常詳盡的耦閤方程組，用來模擬激光器在不同泵浦功率下的熱平衡點和光子密度分布。我嘗試用這個模型去擬閤我實驗室那颱高功率固體激光器的實際數據，發現其預測的輸齣功率隨泵浦功率變化的麯綫，與實驗測量的麯綫吻閤度極高，偏差控製在瞭百分之二以內。這種細節上的把控，讓我對作者的深厚功力深感佩服，絕對是理工科研究生的必備參考書之一。