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Shulian Zhang，德 Wolfgang 著

圖書標籤:

• 激光器
• 正交偏振
• 偏振態
• 光學效應
• 光束控製
• 激光技術
• 光縴激光器
• 偏振分束器
• 工程應用
• 光學設計

店鋪： 天啓發行圖書專營店

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302349518

商品編碼：29329007701

包裝：精裝

齣版時間：2014-02-01

基本信息

書名：激光器的正交偏振:物理效應和工程應用

定價：168元

作者：Shulian Zhang, (德) Wolfgang Holzapfel著

齣版社：清華大學齣版社

齣版日期：2014-02-01

ISBN：9787302349518

字數：

頁碼：

版次：5

裝幀：精裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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內容提要

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　　《激光器的正交偏振(物理效應和工程應用)(精)》是一本全麵介紹激光器正交偏振的專著，有4個部分共18章。部分包括3章，介紹激光器的基本知識，包括激光器的基本物理效應，可以産生正交偏振光的激光器類型，激光和正交偏振光束的黑盒子理論。第2部分包括3章，介紹各種正交偏振激光器，包括塞曼雙頻激光器、兩頻和四頻環形激光器、雙摺射雙頻激光器等，以及各嚮異性激光腔的矩陣理論。第3部分包含3章，討論激光器內的正交偏振光的形成和物理行為，腔調諧(長度改變)揭示的物理現象，正交偏振光迴饋大量物理效應，正交偏振激光器的半經典理論。第4部分包括9章，介紹激光正交偏振效應的新應用，例如高分辨率位移傳感，光學元件相位延遲的精密測量，精密、大動態範圍的力和壓力測量，角度測量及同時測量磁場和轉角的四頻環形激光器。
　　《激光器的正交偏振(物理效應和工程應用)(精)》提供瞭係統的知識，適閤科學傢、工程師、教授以及大學本科生和研究生參考。

目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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激光器的正交偏振：物理效應與工程應用 導言 在現代科學技術飛速發展的浪潮中，激光作為一種高度集成的光波，以其獨特的單色性、方嚮性和相乾性，深刻地改變瞭我們認識世界和改造世界的方式。從微觀的原子尺度到宏觀的宇宙探索，從基礎的科學研究到尖端的工程應用，激光的身影無處不在。而激光的偏振特性，尤其是正交偏振，更是揭示瞭激光作為一種矢量光場的重要物理內涵，並為其在眾多領域開闢瞭廣闊的應用前景。 本書《激光器的正交偏振：物理效應與工程應用》旨在係統深入地探討激光器中正交偏振這一關鍵物理現象，詳細闡述其産生的機理、錶現齣的獨特物理效應，並重點介紹其在各工程領域中的創新應用。本書的目標讀者涵蓋瞭從事激光技術研究的科學傢、工程師，以及對激光物理和應用感興趣的廣大學生和技術人員。我們力求通過嚴謹的理論分析、豐富的實驗現象和詳實的工程案例，為讀者構建一個全麵而深刻的關於激光正交偏振的認知體係。 第一章 激光器中偏振現象的基礎理論 在深入探討正交偏振之前，我們首先需要建立對激光偏振特性的基本理解。本章將從光波的波動理論齣發，迴顧電磁波的偏振概念。我們將詳細介紹綫偏振、圓偏振、橢圓偏振等基本偏振態，並通過瓊斯矩陣和斯托剋斯參數等數學工具，定量描述偏振態的演化。 隨後，我們將聚焦於激光器本身。理解激光器的工作原理是掌握其偏振特性的前提。我們將簡要迴顧激光産生的共振腔理論，分析腔內光場的形成過程。重點在於探討激光器內部可能存在的各項異性因素，這些因素是導緻激光器産生偏振特性的根源。例如，腔鏡的傾斜、增益介質的不均勻性、腔內元件（如偏振片、波片）的引入、以及激光管材料本身的各嚮異性，都可能導緻腔內光場在不同偏振方嚮上産生增益或損耗的差異。 此外，本章還將介紹激光器輸齣光束的偏振態錶徵方法，包括偏振度、偏振消光比等關鍵參數，以及測量這些參數的實驗技術。通過本章的學習，讀者將為後續章節對正交偏振的深入研究打下堅實的理論基礎。 第二章 正交偏振的産生機理與物理效應 本章是本書的核心內容之一，將聚焦於激光器中正交偏振現象的産生機理及其伴隨的獨特物理效應。 2.1 正交偏振的産生機理 激光器實現正交偏振輸齣，通常需要設計特定的腔體結構或引入特殊的偏振控製元件。我們將詳細分析幾種常見的産生正交偏振的方法： 腔內各嚮異性元件的引入： 例如，在激光諧振腔內引入具有雙摺射特性的晶體（如方解石、二氧化碲），或者使用具有方嚮性增益特性的激光介質（如某些半導體激光器）。這些元件會使得兩個相互垂直的偏振方嚮在腔內感受到不同的光學路徑長度或增益，從而導緻兩個偏振模式的頻率産生分離（雙摺射效應），或者在其中一個偏振方嚮上獲得更高的增益，抑製另一個方嚮的振蕩，最終實現單縱模、強偏振輸齣。 增益各嚮異性： 在某些激光介質中，其增益對不同偏振方嚮的光具有不同的響應。例如，半導體激光器中，載流子注入方嚮和量子阱結構的設計，會影響其對不同偏振光子的增益。通過閤理設計，可以實現對某一偏振方嚮的增益遠大於另一方嚮，從而輸齣具有特定偏振方嚮的激光。 損耗各嚮異性： 腔內引入偏振片或選擇性反射鏡，可以在特定偏振方嚮上引入更大的損耗，從而壓製該偏振模式的振蕩，而允許另一個垂直偏振模式的光得以穩定振蕩。 磁光效應（法拉第效應）與電光效應： 在強磁場或電場作用下，某些介質會産生與外場方嚮垂直的誘導雙摺射，從而在腔內形成偏振選擇性，引導激光産生特定偏振。 2.2 正交偏振的物理效應 一旦激光器輸齣正交偏振光，一係列獨特的物理效應便得以顯現，為科學研究和技術應用提供瞭新的可能： 偏振乾涉： 當兩束正交偏振光以特定方式耦閤時，會産生獨特的乾涉現象。例如，利用偏振分束器將一束激光分成兩束相互垂直的偏振光，再通過不同路徑傳播後重新耦閤，可以實現乾涉條紋的生成，且乾涉條紋的強度會受到偏振態的影響。 非綫性光學效應的偏振依賴性： 許多非綫性光學過程（如二次諧波産生、三階非綫性效應）對入射光的偏振態高度敏感。正交偏振光束作為獨立的輸入，可以被用於激發特定的非綫性過程，或者通過控製其相對偏振狀態來調控非綫性輸齣的特性。 量子信息處理中的應用： 光子的偏振是實現量子比特最直接的編碼方式之一。正交偏振態可以代錶量子比特的兩個基本狀態（例如，|0> 和 |1>）。利用激光器産生的穩定正交偏振光，可以為量子計算、量子通信等領域提供高品質的量子光源。 光鑷的偏振調控： 在光鑷技術中，利用激光束來捕獲和操縱微小粒子。通過調整激光的偏振狀態，可以改變光鑷對粒子的捕獲力和移動方嚮，實現更精細的粒子操控。 第三章 激光正交偏振在工程應用中的前沿實踐 本章將深入探討激光器正交偏振在各個工程領域的具體應用，展現其巨大的實用價值。 3.1 精密測量與傳感技術 激光雷達（LiDAR）與三維成像： 在激光雷達係統中，發射和接收的激光偏振狀態對於目標探測、材質識彆以及區分迴波信號非常重要。利用正交偏振激光，可以實現對迴波信號的偏振分析，從而識彆目標錶麵的粗糙度、物質成分，甚至區分水體、植被和建築物等。 偏振乾涉測量： 利用正交偏振激光作為光源，可以構建高精度的乾涉儀，用於測量位移、形變、摺射率等物理量。正交偏振的設計有助於消除其他偏振態的乾擾，提高測量的穩定性和精度。 偏振光譜與遙感： 在遙感技術中，對地物反射光的偏振特性進行分析，能夠獲取地物本身的理化信息，例如植被的健康狀況、土壤的濕度等。正交偏振激光可以作為主動光源，通過與目標相互作用後的偏振變化來獲取更豐富的地物信息。 光學顯微鏡與生物成像： 在先進的顯微成像技術中，偏振敏感的成像方式（如偏振相襯顯微鏡）能夠揭示樣品內部的各嚮異性結構，例如生物細胞的縴維結構、晶體的光學性質等。 3.2 工業製造與加工 激光焊接與切割的優化： 激光的偏振態會影響其與材料錶麵的耦閤效率，從而影響焊接或切割的深度、寬度和錶麵質量。通過使用特定偏振的激光，可以優化加工參數，提高加工效率和産品質量。 微納加工與錶麵處理： 在微納尺度上，激光誘導的錶麵等離子體共振等效應與偏振密切相關。利用正交偏振激光，可以實現對微納結構的精確控製和定嚮加工，例如製造具有特定光學或電子學特性的錶麵。 非綫性光學材料的製備與錶徵： 許多非綫性光學材料的製備過程以及其性能錶徵，都依賴於對偏振光場的精確定製。 3.3 信息技術與通信 光縴通信中的偏振復用： 為瞭提高光縴通信的傳輸容量，可以利用偏振復用技術，將兩個相互正交的偏振光信號加載到同一根光縴中傳輸，從而使數據傳輸速率翻倍。穩定的正交偏振激光器是實現這一技術的前提。 量子通信與量子密鑰分發（QKD）： 如前所述，光子的偏振是實現量子信息編碼的天然載體。高品質的正交偏振激光器是構建安全高效的量子通信係統的關鍵光源。 光存儲與全息技術： 在一些高級的光存儲和全息記錄技術中，會利用偏振信息來編碼和讀取數據，實現更高的存儲密度和信息處理能力。 3.4 其他新興應用領域 激光誘導熒光（LIF）與拉曼光譜： 偏振態可以影響激光與分子相互作用的效率，從而影響熒光或拉曼散射信號的強度和偏振特性，為物質成分分析提供額外信息。 醫療診斷與治療： 在激光醫學領域，某些診斷技術（如偏振光學相乾斷層成像 OCT）和治療手段，也可能受益於對激光偏振特性的精確控製。 第四章 激光器正交偏振的器件設計與優化 要實現穩定、高質量的正交偏振激光輸齣，離不開精密的器件設計和製造。本章將探討實現這一目標的工程挑戰與解決方案。 4.1 腔體結構設計 諧振腔的幾何形狀與長度優化： 腔體的長度和幾何結構對模式間隔和腔內反射鏡的衍射效應有顯著影響，進而影響偏振模式的穩定性。 選擇閤適的腔內元件： 對於使用增益各嚮異性或損耗各嚮異性元件實現偏振控製的激光器，需要精確選擇元件的材料、尺寸和安裝方式。 4.2 激光增益介質的選擇與製備 晶體與氣體激光器： 針對不同類型的激光器，選擇具有特定偏振特性的增益介質。例如，Nd:YAG 激光器在某些特定摻雜濃度和泵浦條件下，會錶現齣一定的偏振特性。 半導體激光器： 通過優化量子阱結構、注入電流分布以及外延生長工藝，實現高性能的偏振控製。 4.3 偏振控製與監測技術 高效偏振片與波片的設計： 製造具有高消光比和低插入損耗的偏振片和波片，是實現穩定偏振輸齣的關鍵。 在綫偏振監測與反饋控製： 開發能夠實時監測激光輸齣偏振狀態的傳感器，並通過反饋迴路來穩定偏振輸齣，尤其是在復雜的工作環境下。 4.4 可靠性與穩定性考量 溫度與機械振動的抑製： 激光器的偏振特性對溫度和機械振動非常敏感。需要采取有效的隔熱、減震措施來保證輸齣的穩定性。 長時間運行的可靠性： 評估和提高激光器在長時間運行中偏振穩定性的可靠性，是實際應用中至關重要的環節。 結論 激光器的正交偏振，作為一種兼具深刻物理內涵和廣泛工程應用的特性，正日益成為現代光電技術發展的關鍵驅動力。本書從激光偏振的基礎理論齣發，深入剖析瞭正交偏振的産生機理與獨特的物理效應，並詳盡闡述瞭其在精密測量、工業製造、信息技術等眾多前沿領域的創新實踐。 我們相信，通過對本書內容的係統學習，讀者能夠深刻理解激光正交偏振的本質，掌握相關的理論知識和工程技術，並能夠將其應用於自身的科學研究和工程實踐中。未來，隨著激光技術的不斷進步和新材料、新工藝的湧現，激光正交偏振的應用前景必將更加廣闊，為人類社會的發展帶來更多的驚喜與可能。 本書的完成離不開眾多科研工作者和工程技術人員的辛勤付齣，在此一並緻謝。希望本書能夠成為一本促進激光正交偏振領域研究與應用的有益參考。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，這本書的閱讀體驗是充滿挑戰性的，但這種挑戰正是其價值所在。它顯然不是為激光入門者準備的“快速上手指南”，而更像是為資深研究人員準備的“工具箱”。閱讀過程中，我不得不頻繁地停下來，查閱傅裏葉變換、矩陣光學以及一些特定的張量分析知識點。這說明作者對讀者的專業背景有著相當高的預設要求，內容密度極高，幾乎每一個段落都蘊含瞭關鍵信息。不過，這種“硬核”的風格也帶來瞭巨大的迴報——當那些原本模糊不清的物理現象，通過作者構建的嚴謹數學框架被清晰地“解剖”齣來時，那種豁然開朗的感覺是無可替代的。它迫使你走齣舒適區，去重新審視那些在基礎課本中被一筆帶過的概念。對我個人而言，它成功地填補瞭我知識體係中關於高斯光束偏振模式演化的一些空白。

評分☆☆☆☆☆

從整體敘事風格來看，這本書帶有一種罕見的、近乎古典的科學精神——追求精確和邏輯的自洽性。它避免瞭當代學術著作中常見的那種為瞭追求時髦而引入過多跨學科概念的傾嚮，而是將所有論述都牢牢地錨定在激光物理的核心領域。作者在引言部分就清晰地界定瞭本書的研究邊界，並嚴格遵守瞭這些邊界。這種專注度令人印象深刻。它沒有試圖成為一本“萬金油”式的教材，而是專注於將偏振這個特定維度進行極緻的挖掘。讀完之後，我感覺自己對激光腔內光場與增益介質的相互作用，特彆是涉及到偏振選擇性的那些微小機製，有瞭一種“庖丁解牛”般的清晰認識。這本書更像是一部深入骨髓的“專論”，而不是一本泛泛而談的“教科書”，非常適閤那些尋求在某一特定領域達到精深水平的讀者。

評分☆☆☆☆☆

這本書的結構組織邏輯嚴密得像瑞士鍾錶一樣精準。它沒有采用那種先把所有應用場景一股腦拋齣來然後再倒迴去解釋原理的跳躍式寫法，而是遵循瞭“基礎理論先行，現象解釋次之，工程實踐收尾”的經典學術路徑。我發現它在處理不同偏振態的耦閤與解耦問題時，引入瞭幾何光學和電磁場理論的交叉視角，這在以往我讀過的相關專著中是比較少見的創新點。特彆是關於如何利用復雜的腔內結構來實現特定偏振模式的抑製與增強，作者給齣瞭非常精妙的數學建模和物理圖像。讀完相關章節後，我感覺自己對“為什麼特定的材料和結構會自然傾嚮於産生某種偏振輸齣”這個問題有瞭更深層次的領悟。這種建立在紮實理論基礎上的解釋，遠比簡單描述實驗現象來得更有說服力，極大地提升瞭我的認知框架。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計確實很考究，封麵那種深沉的墨藍色調，配上燙金的字體，一股子嚴謹的學術氣息撲麵而來。拿到手裏的時候就能感受到紙張的厚度，拿在手上沉甸甸的，讓人對裏麵的內容充滿瞭期待。我尤其欣賞它排版上的細節處理，行距和字號的拿捏恰到好處，閱讀起來眼睛不容易疲勞，即便是麵對那些密集的公式和圖錶，也能保持比較舒適的節奏。當然，光有好看的外錶是遠遠不夠的，真正吸引我的是它在理論深度上的探索。它不像某些科普讀物那樣浮於錶麵，而是紮紮實實地把基礎物理原理鋪陳開來，從最基本的量子力學基礎講起，一步步構建起對激光發射過程的理解。這種循序漸進的敘事方式，對於想深入理解激光核心機製的工程師或研究生來說，無疑是非常友好的。我記得其中有一章專門討論瞭腔內光場分布的數值模擬方法，那部分內容詳盡到令人贊嘆，幾乎可以作為一篇獨立的專題報告來參考。

評分☆☆☆☆☆

這本書在呈現工程應用實例時，展現齣一種非常務實的態度。它沒有過多地渲染那些光鮮亮麗的最終産品，而是將重點放在瞭從設計規格到最終實現過程中的關鍵技術瓶頸上。我注意到書中對於如何剋服溫度漂移對偏振穩定性的影響，以及在高速調製下偏振態的非綫性響應等實際工程難題，進行瞭詳盡的分析和對比。作者似乎深諳工業界對可靠性和一緻性的極緻追求。例如，在討論高功率器件時，書中對熱透鏡效應如何與偏振特性相互作用的論述，配上瞭大量的實驗數據擬閤麯綫，這對於正在進行産品優化的工程師來說，無疑是寶貴的參考資料。它不是在“秀”應用，而是在“教”如何解決應用中遇到的深層次物理矛盾。