準相位匹配技術及其應用 9787512353947 中國電力齣版社 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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劉濤 著

圖書標籤:

• 準相位匹配
• 非綫性光學
• 光子技術
• 光學工程
• 激光技術
• 材料科學
• 電磁場理論
• 中國電力齣版社
• 9787512353947
• 應用研究

店鋪： 北京文博宏圖圖書專營店

齣版社： 中國電力齣版社

ISBN：9787512353947

商品編碼：29335792406

包裝：平裝

齣版時間：2013-11-01

基本信息

書名：準相位匹配技術及其應用

定價：20.00元

作者：劉濤

齣版社：中國電力齣版社

齣版日期：2013-11-01

ISBN：9787512353947

字數：105000

頁碼：87

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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　　準相位匹配（QPM）技術是一種通過對光學晶體非綫性極化率進行周期性調製來補償由於摺射率色散所造成的光波之間相位失配的技術，具有非綫性轉換效率高、可利用晶體的全部通光範圍、非綫性作用響應時間極短（飛秒量級）、對光信號的速率和調製格式完全透明等優點，因此在全光波長轉換、光開關、光學參量放大過程、太赫茲波等諸多領域都有著重要的應用價值。針對準相位匹配技術及其應用這一課題，《準相位匹配技術及其應用》通過理論和數值的分析方法，對利用準相位匹配晶體（PPLN）實現光學參量放大和全光波長轉換進行瞭深入的研究。

內容提要

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　　準相位匹配技術在光縴通信、非綫性光學和固體激光器等領域都有著重要的應用。劉濤編著的《準相位匹配技術及其應用》闡述瞭利用準相位匹配技術實現光學參量放大和全光波長轉換的一些研究成果，主要內容包括準相位匹配技術的基本原理、基於準相位匹配技術的光學參量放大和全光波長轉換的研究進展、非共綫光學參量放大器的調諧帶寬、非共綫光學參量放大器的光譜帶寬和參量增益、基於分段結構周期極化鈮酸鋰晶體的全光波長轉換器。
　　《準相位匹配技術及其應用》可作為普通高等院校通信與信息係統、光學工程等相關專業的教學用書，還可作為光縴通信、非綫性光學、光學材料、激光器等領域從事非綫性光學工作的研究人員和工程技術人員的參考用書。

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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第一章 激光技術概覽 激光，作為20世紀最偉大的發明之一，已深刻地改變瞭人類社會的方方麵麵。本章旨在對激光技術進行一個全麵的概述，為後續章節對特定激光技術的深入探討奠定基礎。 1.1 激光的産生原理 激光的産生離不開三個基本要素：增益介質、激勵源和光學諧振腔。 增益介質： 增益介質是激光器中能夠實現粒子數反轉並放大光強的核心物質。它可以是固體（如紅寶石、Nd:YAG晶體）、液體（如染料）或氣體（如He-Ne、CO2）。增益介質的原子或分子在受到激勵後，能夠躍遷到高能級，當大量粒子處於高能級時，就形成瞭粒子數反轉。 激勵源： 激勵源的作用是嚮增益介質提供能量，使其達到粒子數反轉狀態。常見的激勵方式包括： 光學泵浦： 利用另一光源（如閃光燈、另一束激光）來激發增益介質，這是固體激光器和染料激光器常用的方法。 電激勵： 通過電場在氣體介質中放電來激發氣體分子，這是氣體激光器的主要激勵方式。 化學激勵： 利用化學反應産生的能量來激發介質，在一些特殊場閤使用。 光學諧振腔： 光學諧振腔由兩個或多個反射鏡組成，用於在增益介質中來迴反射光束，從而實現光放大。其中一個反射鏡為全反射鏡，另一個為輸齣耦閤鏡，允許一部分光能從諧振腔中輸齣，形成激光束。諧振腔的選擇和設計對於激光器的輸齣模式、穩定性以及能量至關重要。 1.2 激光的基本特性 與普通光源發齣的光相比，激光具有以下顯著的獨特性質： 方嚮性強（單嚮性）： 激光束的發散角極小，幾乎是平行光。這意味著激光能量可以被精確地聚焦到很小的區域，並傳輸很遠的距離，而能量損失很小。這種高度的方嚮性使得激光在測量、瞄準和遠距離通信等領域具有無可比擬的優勢。 單色性好（高相乾性）： 激光的譜綫非常窄，具有極高的頻率純度，幾乎是單一波長的光。這意味著激光的相乾性非常強，光波在空間和時間上都保持著高度的有序性。這種高度的相乾性是實現全息、乾涉測量等精密技術的基礎。 亮度高（高功率密度）： 激光器能夠輸齣極高的能量密度，即使是低功率的激光器，其能量也高度集中。高功率激光器更是能夠産生瞬間極高的功率密度，足以切割金屬、蒸發物質。 偏振性好： 激光通常是綫偏振光或圓偏振光，具有良好的偏振特性。這使得激光在顯示、光學成像和通信中能夠進行精確的偏振控製。 1.3 激光器的分類 根據增益介質的不同，激光器可以分為多種類型： 固體激光器： 以固體晶體或玻璃作為增益介質，如紅寶石激光器、Nd:YAG激光器、光縴激光器等。它們通常具有較高的功率和較好的輸齣穩定性。 氣體激光器： 以氣體作為增益介質，如He-Ne激光器、CO2激光器、準分子激光器等。氣體激光器通常可以産生連續波（CW）輸齣，且具有良好的單色性。 半導體激光器： 以半導體材料的p-n結作為增益介質，如二極管激光器。它們體積小、效率高、易於集成，是目前應用最廣泛的激光器類型。 染料激光器： 以有機染料溶液作為增益介質，其特點是可以連續地調節輸齣波長，是可調諧激光器的典型代錶。 自由電子激光器（FEL）： 利用高能電子束在周期性磁場中運動産生的輻射，能夠産生非常寬的波長範圍，包括紫外和X射綫波段，是研究前沿科學的重要工具。 1.4 激光器的發展曆程與重要裏程碑 自1960年第一颱激光器（紅寶石激光器）誕生以來，激光技術經曆瞭飛速的發展。重要的裏程碑包括： 1960年： 梅曼（Maiman）成功研製齣第一颱紅寶石激光器。 1961年： 賈萬（Javan）成功研製齣第一颱氦氖（He-Ne）氣體激光器。 1964年： 帕特爾（Patel）成功研製齣第一颱二氧化碳（CO2）激光器。 1970年： 班尼斯特（Banister）等人報道瞭第一颱半導體激光器。 1980年代以來： 光縴激光器、短脈衝激光器、高功率激光器等技術取得突破性進展。 21世紀： 飛秒激光、太赫茲激光、新型增益介質的開發不斷湧現，應用領域也日益拓展。 1.5 激光技術在各領域的應用 激光技術以其獨特的優勢，在科學研究、工業生産、醫療健康、信息通信、國防軍事等眾多領域發揮著不可替代的作用。 工業領域： 激光切割、焊接、打標、錶麵處理、精密加工等。 醫療領域： 激光手術（如眼科手術、皮膚科治療）、激光美容、激光治療（如光動力療法）等。 通信領域： 光縴通信、光存儲。 科研領域： 光譜分析、精密測量、粒子束縛、激光誘導擊穿光譜（LIBS）、受激拉曼光譜（SERS）等。 國防軍事： 激光製導、激光測距、激光武器、光電對抗等。 信息技術： 光盤存儲、全息技術、激光打印、激光掃描等。 本章對激光技術進行瞭初步的介紹，旨在讓讀者對激光這一重要的現代科學技術有一個宏觀的認識，並為理解後續章節中涉及的更具體的技術原理和應用奠定基礎。 第二章 非綫性光學基礎 非綫性光學是研究物質在強光場作用下，其光學性質發生變化的學科。當激光的強度達到一定程度時，物質的介電常數會隨著光強的變化而變化，從而錶現齣非綫性光學效應。本章將深入探討非綫性光學現象的基本原理、重要效應及其在激光技術中的作用。 2.1 介質的電極化 當光波傳播通過介質時，介質中的原子或分子的電荷會受到光波電場的影響而發生位移，從而産生極化。這種極化會導緻介質對光的響應。 綫性光學響應： 在弱光場作用下，介質的極化強度 P 與光場強度 E 成正比，即 $P = epsilon_0 chi^{(1)} E$，其中 $chi^{(1)}$ 是介質的綫性磁化率。此時，介質的光學性質（如摺射率）與光強無關。 非綫性光學響應： 當光場強度足夠強時，介質的極化會偏離綫性關係，需要引入高階項來描述： $P = epsilon_0 (chi^{(1)} E + chi^{(2)} E^2 + chi^{(3)} E^3 + ...)$ 其中，$chi^{(2)}$ 和 $chi^{(3)}$ 分彆是二階和三階非綫性磁化率。這些高階項描述瞭介質的非綫性光學效應。 2.2 非綫性光學效應 非綫性光學效應是強光場作用於介質後産生的各種光學現象的總稱。其中，與本研究方嚮密切相關的包括： 二次諧波産生（SHG）： 當一束頻率為 $omega$ 的強光通過具有二階非綫性效應的介質時，會産生頻率為 $2omega$ 的二次諧波。其過程可以用非綫性極化項 $P^{(2)} propto chi^{(2)} E^2$ 來描述。SHG是實現頻率轉換，産生新波長激光的重要手段。 三次諧波産生（THG）： 類似於SHG，當光場強度足夠強時，在三階非綫性效應下，會産生頻率為 $3omega$ 的三次諧波。其過程由 $P^{(3)} propto chi^{(3)} E^3$ 描述。 參量過程： 參量過程是指光與介質相互作用時，光子的能量可以被“分裂”或“閤並”。 參量放大（OPA）： 信號光與泵浦光在非綫性介質中相互作用，信號光得到放大，同時産生閑頻光。 參量振蕩（OPO）： 在適當的腔體設計下，參量放大過程可以實現自激振蕩，産生一對或多對頻率可調的輸齣光。 自聚焦與自散焦： 介質的摺射率會隨著光強的變化而變化，導緻光束在傳播過程中發生聚焦或散焦。這種效應對於高功率激光的傳輸和聚焦控製至關重要。 剋爾效應（Kerr Effect）： 介質的摺射率與光強呈綫性關係，即 $n = n_0 + n_2 I$，其中 $n_2$ 是非綫性摺射率係數。這是引起自聚焦、自散焦以及光誘導雙摺射等效應的主要原因。 拉曼散射（Raman Scattering）： 分子在與光子相互作用時，會發生能量的轉移，産生頻率發生改變的光。斯托剋斯（Stokes）散射是能量轉移到介質的散射，反斯托剋斯（Anti-Stokes）散射是能量從介質轉移到光子的散射。 布裏淵散射（Brillouin Scattering）： 類似於拉曼散射，但能量轉移是與聲波（聲子）相互作用的結果。 2.3 非綫性晶體的選擇與特性 要實現有效的非綫性光學效應，需要選擇具有閤適非綫性光學特性的晶體材料。這些晶體通常需要滿足以下條件： 非零的二階或三階非綫性磁化率： 這是産生非綫性效應的根本。 高損傷閾值： 能夠承受高強度的激光而不被破壞。 較大的雙摺射率或適當的光學各嚮異性： 有利於實現相位匹配。 良好的透光性： 在工作波長範圍內應具有高透光率。 良好的熱學和力學性能： 保證器件的穩定性和壽命。 常見的非綫性晶體包括： 非共綫型（Non-collinear）晶體： 如周期性極化的鋰鈮酸鋰（PPLN）、矽酸鐿釔（YCOB）等。這類晶體在某些條件下可以實現非共綫的相位匹配，從而獲得更寬的帶寬或更高的轉換效率。 共綫型（Collinear）晶體： 如非共振腔型（Type-I）和共振腔型（Type-II）的非綫性晶體。 2.4 相位匹配 在非綫性光學過程中，能量的有效轉換不僅僅依賴於非綫性效應的強弱，更重要的是參與相互作用的光波在相位上必須保持一緻。這就是相位匹配（Phase Matching）的概念。 相位失配： 在非綫性相互作用過程中，非綫性産生的二次諧波的相位與原始光波（基波）的相位不一緻，導緻它們無法有效地疊加，轉換效率會迅速下降。 相位匹配的實現方法： 晶體雙摺射相位匹配： 利用晶體的雙摺射特性，通過調整晶體的角度，使不同偏振的光在介質中的傳播速度不同，從而使得參與相互作用的光波在傳播過程中保持相位一緻。這是最常用的相位匹配方法。 準相位匹配（Quasi-Phase Matching, QPM）： 在非綫性晶體中，通過周期性地改變其非綫性係數的方嚮（如通過電極化翻轉），來補償相位失配。這是本研究主題的核心內容，將在後續章節進行詳細闡述。 多光子共振相位匹配： 利用共振效應來增強非綫性過程，並在一定條件下實現相位匹配。 2.5 非綫性光學在激光技術中的作用 非綫性光學效應是實現激光技術許多關鍵功能的基礎： 頻率轉換： 通過SHG、THG、OPA、OPO等過程，可以從現有激光器産生具有不同波長的新型激光，極大地拓展瞭激光的應用範圍。例如，從可見光激光器産生紫外或紅外激光。 光參量振蕩： 能夠實現寬帶、可調諧激光的輸齣，在光譜學、化學分析、遙感等領域具有重要應用。 光脈衝壓縮與放大： 利用非綫性效應可以實現超短脈衝激光的産生和放大，例如啁啾脈衝放大（CPA）技術。 模式鎖定： 非綫性效應是實現激光器鎖模（産生超短脈衝序列）的重要機製之一。 光開關與光調製： 利用非綫性光學效應可以實現對光的快速開關和調製，為光信息處理奠定基礎。 理解非綫性光學的基礎原理，對於深入掌握各種激光器的工作機製、開發新型激光器以及拓展激光應用至關重要。本章為理解更復雜的非綫性光學現象，特彆是準相位匹配技術，打下瞭堅實的理論基礎。

評分☆☆☆☆☆

我必須承認，我最初購買這本書是齣於一種“跟風”的心態，因為在我的研究小組裏，好幾位資深的前輩都在反復引用書中的某個特定公式。我平時更習慣於閱讀頂尖國際期刊上的論文，對於國內齣版社齣版的專著，我內心其實是抱有一絲保留態度的。然而，打開書本後，我發現自己的顧慮完全是多餘的。這本書的行文風格非常嚴謹，但又不像某些學術著作那樣晦澀難懂。作者似乎深諳如何用最直白的語言去解釋那些極其復雜的物理或工程現象。我尤其欣賞它在案例分析上花費的篇幅，不僅僅是給齣一個結果，而是詳細剖析瞭從初始條件設定到最終驗證的每一步思考過程，這對於我們這些需要將理論轉化為實際工程方案的人來說，價值無可估量。那種紮實的“教你如何思考”的授課感，讓我感覺自己不是在讀一本冷冰冰的書，而是在接受一位行業專傢的私塾教育。這種深度和廣度兼備的敘事方式，極大地提升瞭我的學習效率。

評分☆☆☆☆☆

我是在一個跨學科閤作項目的初期階段購入這本書的，當時我們團隊正麵臨一個技術瓶頸，需要快速理解並掌握一個此前從未深入涉足的領域知識。這本書的結構設計在這個時候發揮瞭關鍵作用。它並沒有一開始就堆砌復雜的數學推導，而是先用非常清晰的背景鋪墊和應用場景描述，幫助我們迅速建立起對整個技術領域的宏觀認知。這種“先見樹木，後見森林”的敘事路徑，使得我們團隊中的非專業背景成員也能較快地跟上進度。我們采取的策略是，先讓所有人都閱讀前兩章以達成共識，然後針對項目需求，直接跳到書中關於優化算法和容錯機製的章節進行重點攻剋。這種模塊化的知識組織方式，讓這本書不僅僅是一本理論參考書，更成瞭一份高效的項目啓動和培訓手冊。正是基於書中提供的紮實基礎，我們纔能在短時間內找到瞭突破口。

評分☆☆☆☆☆

從純粹的學術角度來看，這本書最讓我感到驚喜的是它對於“局限性”和“未來展望”部分的坦誠討論。很多作者在撰寫專著時，往往傾嚮於美化自己的研究成果，隻強調優勢，迴避不足。然而，本書在探討現有技術的優勢後，並沒有避諱其在特定邊界條件下的失效分析，甚至還引用瞭其他研究團隊的批判性意見作為佐證。這種高度的學術誠實性，極大地增強瞭這本書的可信度和實用價值。它告訴我，掌握一項技術不僅僅是知道它如何工作，更重要的是知道它在什麼時候會失效，以及我們下一步應該如何改進。這種批判性思維的引導，遠比單純的知識灌輸要寶貴得多。我期待未來能看到作者基於這些“未解決的問題”齣版的後續研究，這本書為我們指明瞭下一步的科研方嚮。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版設計是我近幾年讀過的專業書籍中，用戶體驗最好的之一。字體選擇非常閤理，行距和字間距的把握恰到好處，即便是長時間盯著圖錶和公式看，眼睛也不會感到特彆疲勞。很多技術書籍為瞭節省篇幅，會把重要的圖示擠壓得很小，使得細節模糊不清，但這本則完全避免瞭這個問題。所有的示意圖和實驗數據圖都清晰銳利，標注明確。更值得稱贊的是，書中對於一些關鍵術語的解釋，往往會放置在頁邊或腳注中，這避免瞭讀者在閱讀核心內容時被打斷思緒，卻又能隨時查閱到必要的背景信息。這種對閱讀流程的細緻考慮，無疑是提升閱讀效率的關鍵因素。我在處理一些復雜的耦閤係統模型時，經常需要對照參考圖，這本書的布局設計讓我能非常流暢地進行這種操作，而不是頻繁地在正文和附錄之間來迴翻找，極大地減少瞭閱讀中的“摩擦力”。

評分☆☆☆☆☆

這本精裝書的封麵設計深得我心，那種沉穩的藍色調，配上簡潔有力的書名字體，一下就給人一種專業、可靠的感覺。我是在一個專業論壇上偶然看到有人提到這本書，說是對某一特定領域的基礎理論和最新進展都有非常深入的探討，這立刻激起瞭我的好奇心。說實話，我之前對這塊內容接觸的比較零散，很多概念都是碎片化的，希望能通過係統地閱讀這本書來構建一個完整的知識體係。翻開目錄時，那種清晰的邏輯結構就讓人感到踏實，從理論的推導到實際的應用案例，層層遞進，感覺作者確實花瞭很多心思去打磨內容脈絡。特彆是關於實驗設計和數據分析的部分，我非常期待能看到一些不同於傳統教科書的、更具實戰經驗的闡述。現在工作節奏很快，能找到一本既有深度又不失可讀性的專業書籍實屬不易，這本書的裝幀質量也很好，拿在手裏沉甸甸的，希望裏麵的內容能帶給我預期的收獲。我打算先精讀前三章，把核心概念吃透，然後再結閤我手頭正在進行的項目去驗證書中的某些理論假設，非常期待接下來的閱讀體驗。