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內容簡介

《飛秒激光技術（第二版）》介紹飛秒激光原理、技術和應用。《飛秒激光技術（第二版）》共分為14章，第1章和第2章是飛秒光學的基本內容；第3~6章介紹飛秒固體激光器和光縴激光器的原理和設計；第7章介紹飛秒激光脈衝放大技術；第8章介紹飛秒激光脈衝特性測量技術；第9章和第10章介紹飛秒激光脈衝頻率變換技術和腔外脈衝壓縮與整形技術；第11章介紹脈衝的相乾控製和頻率閤成技術；第12章介紹高次諧波與阿秒脈衝産生技術；第13章介紹飛秒激光太赫茲波技術；第14章介紹飛秒激光微加工技術。

目錄

第1章 超快光學基礎 1
1.1 光與物質相互作用 1
1.1.1 Maxwell方程組 1
1.1.2 平麵波的波動方程 2
1.1.3 緩變包絡近似 3
1.2 超短光脈衝在各嚮同性介質中的綫性傳播 6
1.2.1 平麵波啁啾脈衝的傳播 6
1.2.2 波形的變化 9
1.3 二階非綫性效應 16
1.3.1 三波相互作用——倍頻 16
1.3.2 三波相互作用——和頻和差頻 17
1.4 三階非綫性效應 17
1.4.1 剋爾透鏡效應 19
1.4.2 自相位調製 20
1.4.3 光譜壓縮效應 23
1.4.4 互相位調製 24
1.4.5 自陡峭效應 25
1.4.6 拉曼效應 26
1.4.7 可飽和吸收 28
1.5 非綫性薛定諤方程 29
1.5.1 非綫性薛定諤方程的解法 29
1.5.2 孤子傳輸過程 30
參考文獻 32
第2章 色散元器件的原理與計算 33
2.1 透明介質 33
2.1.1 極化強度矢量：阻尼振子模型 33
2.1.2 Kramers-Kronig關係 34
2.1.3 臨界脈寬和脈衝展寬 36
2.2 多層膜結構 37
2.2.1 多層介質反射膜 37？
2.2.2 啁啾反射鏡 41
2.2.3 超寬帶配對啁啾鏡 48
2.2.4 Gires-Tournois反射鏡 50
2.2.5 多腔和優化Gires-Tournois反射鏡 51
2.2.6 啁啾光縴光柵 53
2.2.7 啁啾體光柵 53
2.3 基於角色散的色散元件 54
2.3.1 棱鏡對 55
2.3.2 光柵對 60
2.3.3 光柵對與棱鏡對的組閤 67
2.3.4 與光柵對壓縮器配對的光縴展寬器 68
2.4 可編程相位補償係統 68
2.4.1 液晶相位調製器 69
2.4.2 聲光可編程色散濾波器 71
2.4.3 可變形反射鏡 73
2.5 矢量色散圖與矢量色散補償法 74
2.6 白光乾涉與色散測量 76
2.6.1 時域法 76
2.6.2 頻域法 79
2.6.3 頻域小波變換法 81
參考文獻 84
第3章 固體激光器鎖模啓動及脈衝形成機製 88
3.1 剋爾透鏡鎖模原理 88
3.2 諧振腔與穩定區 91
3.2.1 像散補償諧振腔 91
3.2.2 無增益介質時的ABCD矩陣 94
3.2.3 含剋爾透鏡的ABCD矩陣 96
3.3 脈衝形成階段的分析 103
3.4 主方程和微擾算符方程 105
3.4.1 主方程的導齣 106
3.4.2 主方程的解 109
3.4.3 微擾算符理論 110
3.5 周期性和高階色散的微擾 112
3.5.1 穩態脈衝參數 113
3.5.2 色散波及穩定性考慮 116？
附錄 A 剋爾介質的q參數變換 120
參考文獻 122
第4章 可飽和吸收體鎖模技術 124
4.1 半導體可飽和吸收體 125
4.1.1 半導體可飽和吸收體的能帶 125
4.1.2 半導體的能帶與晶格常數 125
4.1.3 半導體的能帶與量子阱 127
4.1.4 半導體可飽和吸收體的時間特性 127
4.2 激光器參數與半導體可飽和吸收鏡宏觀特性的關係 128
4.2.1 半導體可飽和吸收鏡的宏觀特性 128
4.2.2 自調Q的抑製 135
4.3 半導體可飽和吸收鏡的類型 137
4.3.1 高精細度法布裏-珀羅可飽和吸收鏡 137
4.3.2 低精細度法布裏-珀羅可飽和吸收鏡 137
4.3.3 無諧振型可飽和吸收鏡 137
4.3.4 可飽和布拉格反射鏡 138
4.3.5 寬帶可飽和吸收鏡 138
4.4 低損耗寬帶可飽和吸收鏡 139
4.4.1 金屬膜與介質膜混閤反射鏡 139
4.4.2 氧化AlAs布拉格反射鏡 141
4.4.3 氟化物與半導體混閤反射鏡 142
4.5 半導體可飽和吸收鏡中吸收層的設計 143
4.6 低飽和通量半導體可飽和吸收鏡 144
4.7 高破壞閾值半導體可飽和吸收鏡 145
4.8 量子點可飽和吸收鏡 149
4.8.1 量子點的能級結構 149
4.8.2 量子點半導體可飽和吸收鏡的結構 149
4.9 碳納米管鎖模器件 150
4.9.1 單壁碳納米管作為可飽和吸收體 150
4.9.2 單壁碳納米管可飽和吸收鏡的製備 152
4.10 石墨烯鎖模器件 154
4.10.1 石墨烯的能帶結構 155
4.10.2 石墨烯的吸收特性 155
4.10.3 石墨烯鎖模器件的製備 156
參考文獻 157？
第5章 飛秒固體激光技術 160
5.1 泵浦激光 160
5.1.1 固體激光器 160
5.1.2 半導體激光器 160
5.1.3 光縴激光器 161
5.2 腔內色散補償 161
5.2.1 棱鏡對色散補償 161
5.2.2 啁啾鏡色散補償 163
5.3 鈦寶石激光器 163
5.4 摻Cr離子晶族的飛秒脈衝激光器 165
5.4.1 Cr3+：LiSAF， Cr3+：LiSCAF 166
5.4.2 Cr4+：Forsterite 167
5.4.3 Cr4+：YAG 168
5.5 半導體激光器泵浦的摻Yb3+介質飛秒激光器 168
5.5.1 Yb3+的能級結構和光譜特性 168
5.5.2 薄片激光器 172
5.6 中紅外固體激光技術 174
5.6.1 摻Cr離子單晶激光器 174
5.6.2 氟化物玻璃 175
參考文獻 176
第6章 飛秒光縴激光技術 179
6.1 光縴簡介 179
6.1.1 單模光縴與大模場麵積光縴 180
6.1.2 雙包層光縴與泵浦光的吸收效率 181
6.1.3 光子晶體光縴 182
6.1.4 3C光縴 184
6.1.5 摻雜類彆 185
6.1.6 泵浦方式 185
6.2 光縴激光器的鎖模啓動機製 186
6.2.1 非綫性環路反射鏡 186
6.2.2 非綫性偏振鏇轉 194
6.2.3 半導體可飽和吸收體 196
6.3 鎖模啓動機製：Jones矩陣方法 197
6.3.1 矩陣定義 197
6.3.2 基本環形腔 200？
6.3.3 再綫性偏振化的環形腔 202
6.3.4 綫性腔 203
6.3.5 環形腔 206
6.4 脈衝形成機製 207
6.4.1 Ginzburg-Landau方程與解法 207
6.4.2 Ginzburg-Landau方程的一般解 208
6.4.3 Ginzburg-Landau方程的穩態解特例——孤子脈衝 209
6.4.4 Ginzburg-Landau方程的穩態漸近解——自相似與放大自相似 212
6.5 Ginzburg-Landau方程的瞬態解——腔內鎖模動力學 213
6.5.1 腔內色散控製：展寬脈衝型 215
6.5.2 自相似子與放大自相似子 216
6.5.3 更長的腔——全正色散與耗散孤子 218
6.6 超高重復頻率光縴激光器 219
6.6.1 超高重復頻率下的脈衝演化 220
6.6.2 超高重復頻率激光器器件和技術 220
6.6.3 諧波鎖模 221
6.6.4 FP腔濾波和諧波光參量振蕩器 222
6.7 中紅外鎖模光縴激光技術 223
參考文獻 224
第7章 飛秒激光脈衝放大技術 227
7.1 放大器中的脈衝成形 227
7.1.1 增益介質的飽和 227
7.1.2 增益窄化 228
7.1.3 ASE的影響 229
7.2 放大器中非綫性摺射率的影響 229
7.2.1 自相位調製 229
7.2.2 自聚焦 229
7.3 放大器中脈衝的演化過程 230
7.4 啁啾脈衝放大器 231
7.4.1 再生放大器的構成 233
7.4.2 脈衝在再生放大器腔內的演化 235
7.4.3 隔離器 235
7.5 多通式放大器 236
7.6 啁啾脈衝放大器中的帶寬控製與波長調諧 239
7.6.1 超寬帶放大器 239？
7.6.2 波長可調諧再生放大器 240
7.6.3 用飛秒脈衝做種子的皮秒脈衝再生放大器 241
7.7 啁啾脈衝放大器中的脈衝展寬和壓縮 241
7.7.1 標準脈衝展寬器(Martinez型) 241
7.7.2 無像差脈衝展寬器(Offner型) 244
7.8 負啁啾脈衝放大器 245
7.9 薄片放大器 247
7.10 闆條型放大器 248
7.11 光縴放大器 248
7.11.1 雙包層光縴放大 249
7.11.2 三階色散補償 249
7.12 時間分割脈衝放大 250
參考文獻 251
第8章 飛秒激光脈衝特性測量技術 254
8.1 飛秒脈衝的時域測量 254
8.1.1 綫性自相關 254
8.1.2 非綫性自相關 255
8.1.3 三階非綫性非對稱脈衝的測量 259
8.1.4 自相關儀 259
8.1.5 單脈衝脈寬測量 261
8.2 飛秒脈衝的相位測量：FROG法 262
8.2.1 高階非綫性相關FROG法 262
8.2.2 SHG-FROG法 265
8.2.3 低功率時FROG的應用 267
8.2.4 簡化版FROG-GRENOUILLE 267
8.3 飛秒脈衝相位的測量： SPIDER法 271
8.3.1 空間相乾與時間相乾 271
8.3.2 參考光與信號光的相乾 271
8.3.3 信號光的自參考相乾 272
8.3.4 SPIDER法 273
8.3.5 SPIDER裝置的參數選擇 277
8.3.6 SPIDER光譜相位的還原方法改進 278
8.3.7 SPIDER與FROG的測量精度比較 280
8.4 超寬帶弱信號的相位測量：XFROG與XSPIDER 281
8.5 二維SPIDER 281？
8.6 PICASO 283
參考文獻 284
第9章 飛秒激光脈衝頻率變換技術 286
9.1 非綫性光學過程 286
9.2 倍頻 287
9.2.1 Ⅰ類匹配 287
9.2.2 Ⅱ類匹配 294
9.3 三倍頻 294
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