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张志刚 著

图书标签:

• 飞秒激光
• 超快光学
• 激光技术
• 非线性光学
• 材料加工
• 精密制造
• 光物理
• 光学工程
• 激光应用
• 脉冲激光

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030156297

版次：1

商品编码：11686178

包装：平装

开本：16开

出版时间：2015-04-01

用纸：胶版纸

页数：369

内容简介

　　《飞秒激光技术》(作者张志刚)是一本介绍飞秒激光原理、技术和应用 的读物。全书共分为13章。第1章和第2章是飞秒光学的基本内容；第3～6章 是飞秒固体激光器和光纤激光器的原理和设计；第7章是飞秒激光脉冲放大 技术；第8章是飞秒激光脉冲特性测量技术；第9章和第10章是飞秒激光脉冲 频率变换和腔外脉冲压缩与整形技术；第11章是飞秒激光脉冲相干控制和频 率合成技术；第12章是飞秒激光太赫兹波技术；第13章是飞秒激光微加工技 术。
　　《飞秒激光技术》可作为进行有关研究的教师和科研人员的参考书，也 可作为相关专业的研究生教材。

作者简介

　　张志刚，1955年出生于北京市。教育部首批“长江学者奖励计划”特聘教授。北京大学教授。1992年于澳大利亚Monash大学获理学博士学位，先后在日本国产业创造研究所、株式会社Luminex、株式会社应用光电研究室、通产省电子技术综合研究所工作。在日本国北海道大学、法国傅里叶大学、美国麻省理工学院做过访问教授。长期从事固体和光纤飞秒激光技术及应用研究。在宽带半导体饱和吸收镜技术、脉冲展宽压缩理论、高重复频率飞秒光纤激光器等方面有独创性成果。在国外学术期刊发表论文70余篇，在国内学术期刊发表论文数十篇。

目录

第1章 飞秒光学基础
1.1 光在各向同性介质中的传播
1.2 超短光脉冲在各向同性介质中的线性传播
1.2.1 平面波啁啾脉冲的传播
1.2.2 波形的变化
1.3 超短光脉冲在介质中的非线性传播
1.3.1 超短脉冲与介质的非线性相互作用
1.3.2 克尔透镜效应
1.3.3 自相位调制
1.3.4 互相位调制作用
1.3.5 自陡峭效应
1.3.6 可饱和吸收
1.3.7 其他非线性作用
1.3.8 非线性薛定谔方程
1.3.9 孤子传输过程
参考文献
第2章 色散器件的原理与计算
第3章 固体激光器锁模理论
第4章 半导体可饱和吸收镜锁模技术
第5章 飞秒固体激光技术
第6章 飞秒光纤激光技术
第7章 飞秒激光脉冲放大技术
第8章 飞秒激光脉冲特性测量技术
第9章 飞秒激光脉冲频率变换技术
第10章 飞秒激光脉冲压缩与整形技术
第11章 飞秒激光脉冲相干控制与光学频率合成技术
第12章 飞秒激光太赫兹波技术
第13章 飞秒激光微加工技术

前言/序言

《光之脉动：量子隧穿时代的探索》 一、 引言：拨动时间之弦的艺术 在人类文明的长河中，我们对光的研究，从未停歇。从古老的“逐日而居”，到如今的“逐光而行”，光，这一既熟悉又神秘的介质，不断揭示着宇宙的奥秘，也驱动着技术的飞跃。而当我们谈论光，不得不提到一个前沿的领域——超快光学。在这个领域里，时间的尺度被压缩到了极致，达到了飞秒（femtosecond，10^-15秒）的级别。这是一个什么概念？一束光在真空中的传播距离，仅仅是头发丝直径的千分之一！在这个瞬息万变的时空尺度上，我们得以窥探物质最本质的运动，捕捉电子的舞蹈，观察化学反应的瞬间，甚至操控原子与分子的行为。《光之脉动：量子隧穿时代的探索》一书，正是以一种全新的视角，带领读者深入这个“光速”的微观世界，揭示超越传统认知极限的物理现象，并展望其在科学研究和技术应用上的无限可能。 本书并非一本简单的科普读物，它更像是一次思想的漫游，一次对“时间”与“能量”交织的深刻洞察。我们将在书中深入探讨那些在经典物理学框架下难以解释的现象，特别是与量子力学紧密相关的“量子隧穿”效应。量子隧穿，如同在原子尺度上的“薛定谔的猫”，粒子能够“穿透”看似不可逾越的能量壁垒，这与我们日常的经验大相径庭，却在微观世界中扮演着至关重要的角色。而飞秒激光，正是我们探索和利用这一奇妙现象的有力工具。它以其极短的脉冲宽度和极高的峰值功率，为我们提供了前所未有的手段，去“看清”和“影响”那些以飞秒为单位发生的量子过程。 本书将带您跨越物理学、化学、材料科学、生物学乃至工程学的边界，领略超快光学如何成为连接这些学科的桥梁。我们将从理论的基石出发，逐步构建对飞秒激光产生、传播和相互作用的理解，然后深入挖掘其在量子隧穿相关现象中的应用。最终，我们将聚焦于前沿的研究进展和未来展望，探索这个充满活力的领域将如何重塑我们的世界。 二、 理论基石：超快光学的量子视角 在深入探讨飞秒激光与量子隧穿的联系之前，我们必须先建立坚实的理论基础。本书的第二部分，将着力于构建一个清晰的超快光学理论框架，并特别强调量子力学在其中的核心作用。 2.1 光的本质与波动性：经典与量子的交织 我们将首先回顾经典电磁理论中光的波动性描述，例如衍射、干涉等现象。随后，将引出光量子——光子的概念，解释光既具有波动性，也具有粒子性。在超快光学领域，光子的概念尤为重要，因为正是单个光子的能量和动量，在与物质相互作用时，引发了微观层面的复杂动态。我们将探讨如何用量子力学的语言来描述光的产生和湮灭，以及光子在介质中的传播。 2.2 激光的原理：集束、相干与高能量密度 激光，作为超快光学的核心光源，其独特的光学特性离不开其产生原理。我们将深入剖析受激辐射、粒子数反转、谐振腔等激光器核心概念。重点将放在如何通过特殊的腔设计和增益介质，实现极短脉冲的产生，例如锁模技术。本书将详细阐述不同类型的飞秒激光器（如钛宝石激光器、光纤飞秒激光器）的工作机制，以及它们在产生超短、高强度脉冲方面的优势与劣势。 2.3 量子力学入门：概率的海洋与不确定性的世界 量子隧穿是量子力学最令人着迷的现象之一。因此，本书的理论部分将不可避免地涉及到量子力学的基本概念。我们将从薛定谔方程出发，解释微观粒子波函数的概念，以及波函数如何描述粒子的状态。本书将以通俗易懂的方式，阐述叠加态、测量坍缩等基本原理，为理解量子隧穿效应奠定基础。我们将重点讲解量子态的概念，以及量子态如何影响粒子的行为。 2.4 量子隧穿效应：跨越能量壁垒的奥秘 这是本书理论部分的重中之重。我们将通过深入分析各种模型，例如一维势垒模型，来解释量子隧穿的发生机制。我们将探讨隧穿概率与势垒宽度、高度以及粒子能量的关系。本书将揭示，在经典力学中“不可能”发生的现象，在量子世界中却是普遍存在的。我们将通过类比和数学推导，让读者理解粒子“穿越”势垒的概率是如何计算的，以及影响这一概率的关键因素。 2.5 激光与物质的相互作用：高能量下的量子响应 当飞秒激光以极高的能量密度照射物质时，会引发一系列复杂的量子效应。我们将探讨非线性光学效应，例如多光子吸收、自聚焦、参量下转换等，这些效应在飞秒激光的驱动下尤为显著。更重要的是，我们将重点分析高强度飞秒激光与电子、原子、分子相互作用时，如何激发或诱导量子隧穿过程。我们将讨论阿秒脉冲的产生，以及其在观测超快电子动力学中的作用。 三、 探索量子隧穿：飞秒激光的精密操控 有了坚实的理论基础，我们便可以开始探索飞秒激光如何成为揭示和操控量子隧穿的强大工具。本书的第三部分，将聚焦于飞秒激光在观测、诱导和利用量子隧穿过程中的具体应用。 3.1 观测量子隧穿：捕捉电子的瞬间 量子隧穿往往发生在极短的时间尺度内，肉眼难以捕捉。飞秒激光正是破解这一难题的关键。我们将详细介绍如何利用超快激光脉冲作为“闪光灯”，配合高时分辨的探测技术（如泵浦-探测技术、阿秒光谱学），来“拍照”量子隧穿过程。例如，通过泵浦激光激发体系，再用探测激光在不同时间延迟后测量其响应，从而重构出量子隧穿的动态过程。我们将重点介绍如何通过测量电子的能谱、角分布等信息，来推断隧穿的路径和机制。 3.2 诱导量子隧穿：精准的能量注入 飞秒激光不仅可以用来观测，更可以用来主动诱导量子隧穿。通过精确控制激光的波长、强度、偏振以及脉冲序列，我们可以“定制”能量输运，从而在特定的区域和时间诱导量子隧穿的发生。本书将探讨如何利用飞秒激光的“脉冲整形”技术，设计出特定的激光场，来最大化或最小化量子隧穿的概率。我们将讨论激光诱导电离、高次谐波产生等现象，以及它们与量子隧穿的深刻联系。 3.3 量子隧穿在电子器件中的角色 电子器件的微型化和性能提升，离不开对电子行为的精细控制。量子隧穿效应在许多现代电子器件中扮演着至关重要的角色，例如扫描隧道显微镜（STM）、闪存芯片的电荷隧穿等。本书将深入分析飞秒激光如何帮助我们研究这些器件中的隧穿机制，以及如何通过飞秒激光技术来优化器件的设计和性能。我们将讨论量子点、纳米线等新型纳米器件中的隧穿现象。 3.4 化学反应的飞秒瞬间：打破键的量子律动 化学反应的本质是原子和分子之间化学键的断裂与形成，而这些过程往往发生在极短的时间尺度上。量子隧穿在某些化学反应中起着关键作用，尤其是在涉及质子转移或电子转移的反应中。本书将探讨如何利用飞秒激光来“冻结”和分析化学反应过程中的关键中间态，从而揭示量子隧穿在反应机理中的作用。我们将介绍飞秒激光诱导的化学反应动力学研究，以及如何通过调控激光参数来控制反应的选择性和效率。 3.5 材料科学的量子雕刻：飞秒激光的原子级加工 材料的宏观性质往往源于其微观结构的量子特性。飞秒激光以其超高的能量密度和极小的作用区域，能够实现对材料的“冷加工”，即在极短时间内将能量注入，而不产生大量的热损伤。这使得飞秒激光成为研究材料量子性质和进行原子级加工的理想工具。本书将探讨飞秒激光如何用于材料的纳米加工、表面改性，以及如何通过研究飞秒激光与材料的相互作用，来理解材料的量子相变和超快动力学过程。我们将讨论飞秒激光诱导的材料缺陷、相变以及其对材料宏观性质的影响。 四、 前沿展望：飞秒激光与量子隧穿的未来图景 《光之脉动：量子隧穿时代的探索》的最后一部分，将目光投向未来，展望飞秒激光技术与量子隧穿研究的无限可能。 4.1 量子计算与量子模拟：操控量子比特的钥匙 量子计算，作为信息科学的下一场革命，其核心在于利用量子叠加和量子纠缠等量子力学特性进行计算。量子隧穿是实现量子比特操控和信息传输的关键机制之一。本书将探讨飞秒激光如何在量子比特的制备、读出和门操作中发挥作用。我们将介绍如何利用飞秒激光来精确调控量子系统的状态，从而实现量子计算和量子模拟。我们将展望飞秒激光在构建更稳定、更强大的量子计算机方面的潜力。 4.2 新型能源与催化：利用量子效应提升效率 太阳能电池、燃料电池等新能源技术，以及许多重要的化学催化过程，都与电子的隧穿和转移密切相关。飞秒激光的研究有望帮助我们更深入地理解这些过程中的量子机制，从而设计出更高效的新型能源器件和催化剂。本书将探讨飞秒激光如何用于研究光催化、电催化等过程，以及如何利用量子隧穿效应来提升能量转换和储存的效率。 4.3 生物医学的量子边界：穿透生命的奥秘 生物体内许多至关重要的过程，如DNA复制、光合作用、神经信号传递等，都涉及微观粒子的量子行为。飞秒激光的出现，为我们探索这些生命过程中的量子隧穿打开了一扇新的窗口。本书将展望飞秒激光在生物成像、药物递送、基因编辑等生物医学领域的应用，以及它如何帮助我们理解生命活动的底层量子逻辑。我们将讨论飞秒激光在光动力疗法、超分辨成像等方面的最新进展。 4.4 基础物理的未解之谜：探索更深层次的宇宙 飞秒激光技术的发展，为我们探索宇宙中最基本的问题提供了新的工具。例如，如何在高强度激光场下验证量子电动力学，如何研究黑洞附近的光学现象，以及如何探索暗物质和暗能量的本质。本书将展望飞秒激光在基础物理研究中的前沿应用，以及它如何帮助我们解答那些困扰科学家多年的宇宙之谜。 五、 结语：光耀未来，探无止境 《光之脉动：量子隧穿时代的探索》旨在激发读者对超快光学和量子世界的无限好奇。它不仅仅是一本书，更是一扇门，通往一个我们正在以前所未有的方式理解和塑造的未来。飞秒激光，这束凝聚着人类智慧的光芒，正在以前所未有的速度和精度，拨动着时间的弦，揭示着量子隧穿的深刻奥秘，并为我们描绘出一幅充满无限可能的光耀未来图景。本书期待与您一同踏上这段激动人心的探索之旅，感受光之脉动，触摸量子隧穿的时代。

评分☆☆☆☆☆

在我阅读《飞秒激光技术》的过程中，最让我惊叹的是书中对飞秒激光在生物医学领域的应用描绘。书中关于飞秒激光在眼科手术中的应用，比如角膜屈光手术，以及在组织成像、光动力疗法等方面的进展，都让我耳目一新。作者通过大量的实例，详细阐述了飞秒激光如何实现非侵入性、高精度的诊断和治疗。我尤其关注了关于飞秒激光在生物组织内三维成像方面的介绍，它能够穿透深层组织，提供高分辨率的图像，这对于疾病的早期诊断和治疗方案的制定有着革命性的意义。书中还探讨了飞秒激光在基因工程、细胞操作等微观生命科学研究中的应用，让我看到了这项技术在未来生命科学发展中的巨大潜力。这本书不仅展示了飞秒激光的强大能力，更重要的是，它以一种非常人性化的方式，将高精尖的技术与改善人类健康福祉的愿景紧密联系起来，让我对科学技术的力量充满了敬意。

评分☆☆☆☆☆

这本《飞秒激光技术》的书，我拿到手的时候，就被它那硬朗的封面设计吸引住了，感觉非常专业，充满了科技感。翻开第一页，我就被一种严谨的学术氛围包围了。作者在开篇就深刻阐述了飞秒激光作为一种超快光源的独特之处，它能够在极短的时间尺度内完成许多宏观世界无法想象的精密操作。书中详细地介绍了飞秒激光的产生原理，从激光的增益介质、谐振腔结构，到锁模技术，每一步都讲解得十分透彻，让我对激光的“脉冲”有了全新的认识。特别是关于“锁模”的章节，用了很多形象的比喻，虽然我不是专业出身，但也能大概理解其精妙之处。而且，书中还涉及了各种飞秒激光器的类型，比如掺镱光纤飞秒激光器、钛宝石飞秒激光器等，并且对比了它们的优缺点以及适用范围，这对我理解不同场景下激光器的选择非常有帮助。这本书的图片和图表也非常丰富，一些复杂的激光腔体结构图，以及光谱图，都清晰明了，为理解文字内容提供了极大的便利。我尤其欣赏作者在介绍一些核心概念时，能够做到既严谨又不失趣味性，使得本来枯燥的技术知识变得生动起来。

评分☆☆☆☆☆

我对《飞秒激光技术》这本书的评价可以从其对飞秒激光在科学研究中的应用价值的阐述来展开。书中的一些章节，着重介绍了飞秒激光如何成为探索物质微观世界的强大工具。例如，在超快光谱学领域，飞秒激光能够捕捉到分子、原子在极短时间内发生的化学反应和物理过程，这对于理解生命科学、化学反应机理至关重要。我印象深刻的是书中关于“泵浦-探测”技术的介绍，它如何利用两束时间上精确延迟的飞秒激光脉冲，一步步揭示物质内部的动态过程，简直像在给物质拍电影一样。书中还提到了飞秒激光在非线性光学、阿秒科学等前沿领域的应用，虽然这些内容对我的理解深度提出了更高的要求，但作者的讲解方式，将这些高深的理论与实际实验紧密结合，让我能够体会到理论的价值和实验的魅力。这本书让我意识到，飞秒激光不仅仅是一种技术，更是一种全新的科研范式，它正在不断刷新我们对物质世界的认知边界。

评分☆☆☆☆☆

《飞秒激光技术》这本书的价值，在我看来，还在于它对飞秒激光器设计和优化的深入探讨。书中不仅仅停留在介绍飞秒激光的原理和应用，而是进一步剖析了影响飞秒激光性能的关键因素。例如，关于激光增益介质的选择、腔内光学元件的损耗、非线性效应的控制等方面，都有详细的分析和讲解。书中还探讨了如何通过调整激光参数，比如脉冲宽度、重复频率、能量等，来获得特定性能的飞秒激光输出，以满足不同的应用需求。我特别留意了关于“脉冲整形”和“脉冲压缩”的章节，这部分内容揭示了如何对飞秒激光脉冲进行精细调控，使其达到更高的峰值功率或更短的脉冲宽度，从而实现更高效的加工或更精确的测量。这本书在这一块的讲解，既有理论上的严谨推导，也有实际工程上的考量，让我觉得非常实用，对于想要深入了解激光器原理或者从事相关研发的人来说，无疑是一本宝贵的参考书。

评分☆☆☆☆☆

读完《飞秒激光技术》这本书，我最大的感受就是它为我打开了一个全新的世界。书中深入探讨了飞秒激光在材料加工领域的应用，这部分内容对我来说尤其具有启发性。过去我一直认为激光加工是大而粗犷的，但这本书让我了解到，飞秒激光能够实现超精细、无热损伤的加工，这在微纳制造、生物医学成像、甚至半导体芯片制造等领域都有着颠覆性的意义。书中详细描述了飞秒激光与物质相互作用的机制，比如多光子吸收、电子雪崩效应等，这些复杂的物理过程被作者梳理得条理清晰，甚至还配上了示意图，帮助我这个非物理专业的人也能窥见其奥妙。我特别关注了关于飞秒激光在微孔加工、表面改性、薄膜沉积等方面的具体案例，书中列举了大量的实验数据和效果图，直观地展现了飞秒激光的加工精度和效率。我甚至能想象到，未来我们使用的很多精密器件，都离不开这种先进的激光技术。这本书的语言风格也比较朴实，没有过多的华丽辞藻，就是把最核心的技术知识娓娓道来，让我觉得非常可靠。

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很好

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书不错

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