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Shulian Zhang，德 Wolfgang 著

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• 光束控制
• 激光技术
• 光纤激光器
• 偏振分束器
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• 光学设计

店铺： 天启发行图书专营店

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302349518

商品编码：29329007701

包装：精装

出版时间：2014-02-01

基本信息

书名：激光器的正交偏振:物理效应和工程应用

定价：168元

作者：Shulian Zhang, (德) Wolfgang Holzapfel著

出版社：清华大学出版社

出版日期：2014-02-01

ISBN：9787302349518

字数：

页码：

版次：5

装帧：精装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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　　《激光器的正交偏振(物理效应和工程应用)(精)》是一本全面介绍激光器正交偏振的专著，有4个部分共18章。部分包括3章，介绍激光器的基本知识，包括激光器的基本物理效应，可以产生正交偏振光的激光器类型，激光和正交偏振光束的黑盒子理论。第2部分包括3章，介绍各种正交偏振激光器，包括塞曼双频激光器、两频和四频环形激光器、双折射双频激光器等，以及各向异性激光腔的矩阵理论。第3部分包含3章，讨论激光器内的正交偏振光的形成和物理行为，腔调谐(长度改变)揭示的物理现象，正交偏振光回馈大量物理效应，正交偏振激光器的半经典理论。第4部分包括9章，介绍激光正交偏振效应的新应用，例如高分辨率位移传感，光学元件相位延迟的精密测量，精密、大动态范围的力和压力测量，角度测量及同时测量磁场和转角的四频环形激光器。
　　《激光器的正交偏振(物理效应和工程应用)(精)》提供了系统的知识，适合科学家、工程师、教授以及大学本科生和研究生参考。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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激光器的正交偏振：物理效应与工程应用 导言 在现代科学技术飞速发展的浪潮中，激光作为一种高度集成的光波，以其独特的单色性、方向性和相干性，深刻地改变了我们认识世界和改造世界的方式。从微观的原子尺度到宏观的宇宙探索，从基础的科学研究到尖端的工程应用，激光的身影无处不在。而激光的偏振特性，尤其是正交偏振，更是揭示了激光作为一种矢量光场的重要物理内涵，并为其在众多领域开辟了广阔的应用前景。 本书《激光器的正交偏振：物理效应与工程应用》旨在系统深入地探讨激光器中正交偏振这一关键物理现象，详细阐述其产生的机理、表现出的独特物理效应，并重点介绍其在各工程领域中的创新应用。本书的目标读者涵盖了从事激光技术研究的科学家、工程师，以及对激光物理和应用感兴趣的广大学生和技术人员。我们力求通过严谨的理论分析、丰富的实验现象和详实的工程案例，为读者构建一个全面而深刻的关于激光正交偏振的认知体系。 第一章 激光器中偏振现象的基础理论 在深入探讨正交偏振之前，我们首先需要建立对激光偏振特性的基本理解。本章将从光波的波动理论出发，回顾电磁波的偏振概念。我们将详细介绍线偏振、圆偏振、椭圆偏振等基本偏振态，并通过琼斯矩阵和斯托克斯参数等数学工具，定量描述偏振态的演化。 随后，我们将聚焦于激光器本身。理解激光器的工作原理是掌握其偏振特性的前提。我们将简要回顾激光产生的共振腔理论，分析腔内光场的形成过程。重点在于探讨激光器内部可能存在的各项异性因素，这些因素是导致激光器产生偏振特性的根源。例如，腔镜的倾斜、增益介质的不均匀性、腔内元件（如偏振片、波片）的引入、以及激光管材料本身的各向异性，都可能导致腔内光场在不同偏振方向上产生增益或损耗的差异。 此外，本章还将介绍激光器输出光束的偏振态表征方法，包括偏振度、偏振消光比等关键参数，以及测量这些参数的实验技术。通过本章的学习，读者将为后续章节对正交偏振的深入研究打下坚实的理论基础。 第二章 正交偏振的产生机理与物理效应 本章是本书的核心内容之一，将聚焦于激光器中正交偏振现象的产生机理及其伴随的独特物理效应。 2.1 正交偏振的产生机理 激光器实现正交偏振输出，通常需要设计特定的腔体结构或引入特殊的偏振控制元件。我们将详细分析几种常见的产生正交偏振的方法： 腔内各向异性元件的引入： 例如，在激光谐振腔内引入具有双折射特性的晶体（如方解石、二氧化碲），或者使用具有方向性增益特性的激光介质（如某些半导体激光器）。这些元件会使得两个相互垂直的偏振方向在腔内感受到不同的光学路径长度或增益，从而导致两个偏振模式的频率产生分离（双折射效应），或者在其中一个偏振方向上获得更高的增益，抑制另一个方向的振荡，最终实现单纵模、强偏振输出。 增益各向异性： 在某些激光介质中，其增益对不同偏振方向的光具有不同的响应。例如，半导体激光器中，载流子注入方向和量子阱结构的设计，会影响其对不同偏振光子的增益。通过合理设计，可以实现对某一偏振方向的增益远大于另一方向，从而输出具有特定偏振方向的激光。 损耗各向异性： 腔内引入偏振片或选择性反射镜，可以在特定偏振方向上引入更大的损耗，从而压制该偏振模式的振荡，而允许另一个垂直偏振模式的光得以稳定振荡。 磁光效应（法拉第效应）与电光效应： 在强磁场或电场作用下，某些介质会产生与外场方向垂直的诱导双折射，从而在腔内形成偏振选择性，引导激光产生特定偏振。 2.2 正交偏振的物理效应 一旦激光器输出正交偏振光，一系列独特的物理效应便得以显现，为科学研究和技术应用提供了新的可能： 偏振干涉： 当两束正交偏振光以特定方式耦合时，会产生独特的干涉现象。例如，利用偏振分束器将一束激光分成两束相互垂直的偏振光，再通过不同路径传播后重新耦合，可以实现干涉条纹的生成，且干涉条纹的强度会受到偏振态的影响。 非线性光学效应的偏振依赖性： 许多非线性光学过程（如二次谐波产生、三阶非线性效应）对入射光的偏振态高度敏感。正交偏振光束作为独立的输入，可以被用于激发特定的非线性过程，或者通过控制其相对偏振状态来调控非线性输出的特性。 量子信息处理中的应用： 光子的偏振是实现量子比特最直接的编码方式之一。正交偏振态可以代表量子比特的两个基本状态（例如，|0> 和 |1>）。利用激光器产生的稳定正交偏振光，可以为量子计算、量子通信等领域提供高品质的量子光源。 光镊的偏振调控： 在光镊技术中，利用激光束来捕获和操纵微小粒子。通过调整激光的偏振状态，可以改变光镊对粒子的捕获力和移动方向，实现更精细的粒子操控。 第三章 激光正交偏振在工程应用中的前沿实践 本章将深入探讨激光器正交偏振在各个工程领域的具体应用，展现其巨大的实用价值。 3.1 精密测量与传感技术 激光雷达（LiDAR）与三维成像： 在激光雷达系统中，发射和接收的激光偏振状态对于目标探测、材质识别以及区分回波信号非常重要。利用正交偏振激光，可以实现对回波信号的偏振分析，从而识别目标表面的粗糙度、物质成分，甚至区分水体、植被和建筑物等。 偏振干涉测量： 利用正交偏振激光作为光源，可以构建高精度的干涉仪，用于测量位移、形变、折射率等物理量。正交偏振的设计有助于消除其他偏振态的干扰，提高测量的稳定性和精度。 偏振光谱与遥感： 在遥感技术中，对地物反射光的偏振特性进行分析，能够获取地物本身的理化信息，例如植被的健康状况、土壤的湿度等。正交偏振激光可以作为主动光源，通过与目标相互作用后的偏振变化来获取更丰富的地物信息。 光学显微镜与生物成像： 在先进的显微成像技术中，偏振敏感的成像方式（如偏振相衬显微镜）能够揭示样品内部的各向异性结构，例如生物细胞的纤维结构、晶体的光学性质等。 3.2 工业制造与加工 激光焊接与切割的优化： 激光的偏振态会影响其与材料表面的耦合效率，从而影响焊接或切割的深度、宽度和表面质量。通过使用特定偏振的激光，可以优化加工参数，提高加工效率和产品质量。 微纳加工与表面处理： 在微纳尺度上，激光诱导的表面等离子体共振等效应与偏振密切相关。利用正交偏振激光，可以实现对微纳结构的精确控制和定向加工，例如制造具有特定光学或电子学特性的表面。 非线性光学材料的制备与表征： 许多非线性光学材料的制备过程以及其性能表征，都依赖于对偏振光场的精确定制。 3.3 信息技术与通信 光纤通信中的偏振复用： 为了提高光纤通信的传输容量，可以利用偏振复用技术，将两个相互正交的偏振光信号加载到同一根光纤中传输，从而使数据传输速率翻倍。稳定的正交偏振激光器是实现这一技术的前提。 量子通信与量子密钥分发（QKD）： 如前所述，光子的偏振是实现量子信息编码的天然载体。高品质的正交偏振激光器是构建安全高效的量子通信系统的关键光源。 光存储与全息技术： 在一些高级的光存储和全息记录技术中，会利用偏振信息来编码和读取数据，实现更高的存储密度和信息处理能力。 3.4 其他新兴应用领域 激光诱导荧光（LIF）与拉曼光谱： 偏振态可以影响激光与分子相互作用的效率，从而影响荧光或拉曼散射信号的强度和偏振特性，为物质成分分析提供额外信息。 医疗诊断与治疗： 在激光医学领域，某些诊断技术（如偏振光学相干断层成像 OCT）和治疗手段，也可能受益于对激光偏振特性的精确控制。 第四章 激光器正交偏振的器件设计与优化 要实现稳定、高质量的正交偏振激光输出，离不开精密的器件设计和制造。本章将探讨实现这一目标的工程挑战与解决方案。 4.1 腔体结构设计 谐振腔的几何形状与长度优化： 腔体的长度和几何结构对模式间隔和腔内反射镜的衍射效应有显著影响，进而影响偏振模式的稳定性。 选择合适的腔内元件： 对于使用增益各向异性或损耗各向异性元件实现偏振控制的激光器，需要精确选择元件的材料、尺寸和安装方式。 4.2 激光增益介质的选择与制备 晶体与气体激光器： 针对不同类型的激光器，选择具有特定偏振特性的增益介质。例如，Nd:YAG 激光器在某些特定掺杂浓度和泵浦条件下，会表现出一定的偏振特性。 半导体激光器： 通过优化量子阱结构、注入电流分布以及外延生长工艺，实现高性能的偏振控制。 4.3 偏振控制与监测技术 高效偏振片与波片的设计： 制造具有高消光比和低插入损耗的偏振片和波片，是实现稳定偏振输出的关键。 在线偏振监测与反馈控制： 开发能够实时监测激光输出偏振状态的传感器，并通过反馈回路来稳定偏振输出，尤其是在复杂的工作环境下。 4.4 可靠性与稳定性考量 温度与机械振动的抑制： 激光器的偏振特性对温度和机械振动非常敏感。需要采取有效的隔热、减震措施来保证输出的稳定性。 长时间运行的可靠性： 评估和提高激光器在长时间运行中偏振稳定性的可靠性，是实际应用中至关重要的环节。 结论 激光器的正交偏振，作为一种兼具深刻物理内涵和广泛工程应用的特性，正日益成为现代光电技术发展的关键驱动力。本书从激光偏振的基础理论出发，深入剖析了正交偏振的产生机理与独特的物理效应，并详尽阐述了其在精密测量、工业制造、信息技术等众多前沿领域的创新实践。 我们相信，通过对本书内容的系统学习，读者能够深刻理解激光正交偏振的本质，掌握相关的理论知识和工程技术，并能够将其应用于自身的科学研究和工程实践中。未来，随着激光技术的不断进步和新材料、新工艺的涌现，激光正交偏振的应用前景必将更加广阔，为人类社会的发展带来更多的惊喜与可能。 本书的完成离不开众多科研工作者和工程技术人员的辛勤付出，在此一并致谢。希望本书能够成为一本促进激光正交偏振领域研究与应用的有益参考。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计确实很考究，封面那种深沉的墨蓝色调，配上烫金的字体，一股子严谨的学术气息扑面而来。拿到手里的时候就能感受到纸张的厚度，拿在手上沉甸甸的，让人对里面的内容充满了期待。我尤其欣赏它排版上的细节处理，行距和字号的拿捏恰到好处，阅读起来眼睛不容易疲劳，即便是面对那些密集的公式和图表，也能保持比较舒适的节奏。当然，光有好看的外表是远远不够的，真正吸引我的是它在理论深度上的探索。它不像某些科普读物那样浮于表面，而是扎扎实实地把基础物理原理铺陈开来，从最基本的量子力学基础讲起，一步步构建起对激光发射过程的理解。这种循序渐进的叙事方式，对于想深入理解激光核心机制的工程师或研究生来说，无疑是非常友好的。我记得其中有一章专门讨论了腔内光场分布的数值模拟方法，那部分内容详尽到令人赞叹，几乎可以作为一篇独立的专题报告来参考。

评分☆☆☆☆☆

这本书在呈现工程应用实例时，展现出一种非常务实的态度。它没有过多地渲染那些光鲜亮丽的最终产品，而是将重点放在了从设计规格到最终实现过程中的关键技术瓶颈上。我注意到书中对于如何克服温度漂移对偏振稳定性的影响，以及在高速调制下偏振态的非线性响应等实际工程难题，进行了详尽的分析和对比。作者似乎深谙工业界对可靠性和一致性的极致追求。例如，在讨论高功率器件时，书中对热透镜效应如何与偏振特性相互作用的论述，配上了大量的实验数据拟合曲线，这对于正在进行产品优化的工程师来说，无疑是宝贵的参考资料。它不是在“秀”应用，而是在“教”如何解决应用中遇到的深层次物理矛盾。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构组织逻辑严密得像瑞士钟表一样精准。它没有采用那种先把所有应用场景一股脑抛出来然后再倒回去解释原理的跳跃式写法，而是遵循了“基础理论先行，现象解释次之，工程实践收尾”的经典学术路径。我发现它在处理不同偏振态的耦合与解耦问题时，引入了几何光学和电磁场理论的交叉视角，这在以往我读过的相关专著中是比较少见的创新点。特别是关于如何利用复杂的腔内结构来实现特定偏振模式的抑制与增强，作者给出了非常精妙的数学建模和物理图像。读完相关章节后，我感觉自己对“为什么特定的材料和结构会自然倾向于产生某种偏振输出”这个问题有了更深层次的领悟。这种建立在扎实理论基础上的解释，远比简单描述实验现象来得更有说服力，极大地提升了我的认知框架。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的阅读体验是充满挑战性的，但这种挑战正是其价值所在。它显然不是为激光入门者准备的“快速上手指南”，而更像是为资深研究人员准备的“工具箱”。阅读过程中，我不得不频繁地停下来，查阅傅里叶变换、矩阵光学以及一些特定的张量分析知识点。这说明作者对读者的专业背景有着相当高的预设要求，内容密度极高，几乎每一个段落都蕴含了关键信息。不过，这种“硬核”的风格也带来了巨大的回报——当那些原本模糊不清的物理现象，通过作者构建的严谨数学框架被清晰地“解剖”出来时，那种豁然开朗的感觉是无可替代的。它迫使你走出舒适区，去重新审视那些在基础课本中被一笔带过的概念。对我个人而言，它成功地填补了我知识体系中关于高斯光束偏振模式演化的一些空白。

评分☆☆☆☆☆

从整体叙事风格来看，这本书带有一种罕见的、近乎古典的科学精神——追求精确和逻辑的自洽性。它避免了当代学术著作中常见的那种为了追求时髦而引入过多跨学科概念的倾向，而是将所有论述都牢牢地锚定在激光物理的核心领域。作者在引言部分就清晰地界定了本书的研究边界，并严格遵守了这些边界。这种专注度令人印象深刻。它没有试图成为一本“万金油”式的教材，而是专注于将偏振这个特定维度进行极致的挖掘。读完之后，我感觉自己对激光腔内光场与增益介质的相互作用，特别是涉及到偏振选择性的那些微小机制，有了一种“庖丁解牛”般的清晰认识。这本书更像是一部深入骨髓的“专论”，而不是一本泛泛而谈的“教科书”，非常适合那些寻求在某一特定领域达到精深水平的读者。