飞秒激光在前沿技术中的应用 9787118103298 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王清月 著

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出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118103298

商品编码：29720486267

包装：平装-胶订

出版时间：2017-03-01

图书基本信息
图书名称	飞秒激光在前沿技术中的应用	作者	王清月
定价	98.00元	出版社	国防工业出版社
ISBN	9787118103298	出版日期	2017-03-01
字数		页码
版次	1	装帧	平装-胶订
开本	16开	商品重量	0.4Kg

内容简介

王清月编*的《飞秒激光在前沿技术中的应用》介绍飞秒激光技术在前沿领域中的应用。第l章，介绍飞秒激光的基本概念，包括飞秒激光的主要特点、脉冲形成机制以及脉冲的测量手段等。第2章，按照飞秒激光技术的发展历程，介绍几种典型的飞秒激光源，包括钛宝石飞秒激光源、光纤飞秒激光源、光子晶体光纤飞秒激光源、超连续谱飞秒激光源、光学参量飞秒激光源及紫外飞秒激光源等。从第3章开始，介绍飞秒激光在物理、工业、生命科学等领域的典型应用。第3章，介绍飞秒激光在高非线性光子晶体光纤中实现非线性频率变换的应用。第4章，介绍飞秒激光产生超快太赫兹辐射脉冲技术，以及基于该技术的太赫兹时域频谱学。第5章，介绍飞秒激光与金属、透明介质、有机物等典型材料的相互作用机制，讨论其在材料加工中的突出特点。第6章，介绍基于飞秒激光的高时间分辨本领与梳状光谱实现任意长度* 对距离测量的应用。第7章，介绍飞秒激光在生命科学中的应用，包括生物成像、转基因、细胞手术、分子调控、细胞融合及组织修复等方向。 本书主要面向基于飞秒激光开展研究工作的科研人员，并可作为激光专业研究生教材。

作者简介

目录

章 飞秒激光的基本概念和基本知识 1.1 飞秒激光的特点 1.2 飞秒激光脉冲是如何形成的 1.3 各种物理机制对脉冲宽度的影响 1.3.1 增益的滤波作用 1.3.2 谐振腔的选模作用 1.3.3 自相位调制效应的加宽光谱作用 1.3.4 色散对脉冲的影响 1.4 超短脉冲激光测量技术 1.4.1 强度相关函数 1.4.2 双光子荧光法 1.4.3 二阶强度光学相关器 1.4.4 相干光学相关器 1.4.5 单次脉冲光学相关器 参考文献第2章 典型飞秒激光源 2.1 钛宝石飞秒激光源 2.1.1 钛宝石飞秒激光器 2.1.2 钛宝石飞秒激光放大器 2.2 光纤飞秒激光源 2.2.1 非线性偏振旋转锁模光纤激光器 2.2.2 孤子锁模光纤激光器 2.2.3 自相似锁模光纤激光器 2.3 光子晶体光纤飞秒激光源 2.3.1 光子晶体光纤飞秒激光器 2.3.2 光子晶体光纤飞秒激光放大系统 2.4 其他飞秒激光源 2.4.1 超连续谱飞秒激光源 2.4.2 光学参量飞秒激光源 2.4.3 紫外飞秒激光源 参考文献第3章 光子晶体光纤飞秒激光频率变换技术 3.1 光子晶体光纤的典型结构及其特性 3.1.1 无截止单模特性 3.1.2 可控的色散特性 3.1.3 可设计的非线性特性 3.1.4 高双折射率特性 3.1.5 带隙特性 3.2 光子晶体光纤的种类和制作方法 3.2.1 全内反射型光子晶体光纤 3.2.2 带隙型光子晶体光纤 3.2.3 光子晶体光纤的拉制方法 3.3 高非线性光子晶体光纤及频率上转换 3.3.1 偏振控制的频率上转换 3.3.2 模式控制的频率上转换 3.3.3 多芯光子晶体光纤中的频率上转换 3.3.4 光子带隙型光子晶体光纤中的频率变换 参考文献第4章 超快太赫兹辐射脉冲的产生与太赫兹时域频谱学 4.1 泵浦一探测技术及太赫兹时域频谱技术 4.1.1 泵浦一探测技术 4.1.2 太赫兹时域频谱技术 4.2 超快太赫兹辐射脉冲的产生及探测 4.2.1 电磁辐射方程 4.2.2 基于光电导天线的超短太赫兹辐射脉冲的产生及探测 4.2.3 光学整流产生超短脉冲太赫兹辐射及其探测 4.3 高功率超快太赫兹辐射脉冲 4.3.1 大口径光电导天线太赫兹辐射源 4.3.2 高效、高功率超快太赫兹辐射脉冲源 4.3.3 电子加速器产生超快太赫兹辐射 4.3.4 基于气体等离子体的超快太赫兹辐射源 4.3.5 物质与强太赫兹辐射的相互作用 4.4 超快太赫兹辐射脉冲操控技术 4.4.1 太赫兹辐射脉冲的中心频谱调谐技术 4.4.2 脉冲整形及编码 4.4.3 标准的太赫兹时域频谱实验系统 4.4.4 小波域太赫兹时域频谱技术 4.4.5 光学泵浦一太赫兹探测太赫兹时域频谱技术 4.4.6 太赫兹泵浦一太赫兹探测太赫兹时域频谱技术 4.4.7 太赫兹泵浦一光学探测太赫兹时域频谱技术 参考文献第5章 飞秒激光微纳加工技术 5.1 飞秒激光与金属相互作用 5.1.1 双温度方程 5.1.2 改进的双温度方程 5.1.3 双温度方程与流体力学方程组 5.1.4 飞秒激光加工金属孔 5.1.5 飞秒激光金属表面改性- 5.2 飞秒激光与透明介质相互作用 5.2.1 飞秒激光与透明介质相互作用的理论模型 5.2.2 飞秒激光直写波导 5.2.3 飞秒激光直写微流体管道 5.2.4 飞秒激光全息法制造三维微纳结构 5.2.5 飞秒激光表面织构技术 5.2.6 飞秒激光与半导体相互作用中的非热熔化 5.3 飞秒激光与有机物相互作用 5.3.1 紫外激光烧蚀有机物的原理 5.3.2 真空紫外激光烧蚀有机物的原理 5.3.3 近红外激光烧蚀有机物面临的困难 5.3.4 中红外激光共振烧蚀有机物的理论和实验研究 5.3.5 激光推进轻型飞行器 5.4 多脉冲效应 5.4.1 多脉冲的理论 5.4.2 高重复频率飞秒脉冲在直写波导领域中的应用 5.4.3 高重复频率飞秒脉冲在激光微焊接领域中的应用 5.5 氛围的影响 5.5.1 水的击穿与超临界水的产生 5.5.2 冲击波法纳米化 5.5.3 超临界状态的产生及其应用 参考文献第6章 基于飞秒激光的精密测距技术 6.1 激光测距概述 6.1.1 脉冲飞行时间距离测量 6.1.2 基于光波干涉的距离测量 6.1.3 激光测距的定标问题 6.1.4 现有的高精度、大量程的激光距离测量方案比较 6.2 飞秒激光测距原理 6.2.1 飞秒激光的时间一频率特性 6.2.2 飞秒激光的飞行时间测距理论 6.2.3 飞秒激光的飞行时间与光波干涉相结合的测距理论 6.2.4 基于飞秒激光的啁啾脉冲激光雷达 6.3 基于飞秒激光的任意长度距离测量技术 6.3.1 基于飞秒激光的微尺度、高精度位移测量 6.3.2 千米尺度、纳米分辨率的飞秒激光飞行时间距离测量 6.3.3 基于双飞秒激光频率梳的高速、高分辨率距离测量 6.4 飞秒激光任意长度距离测量在卫星编队飞行中的应用 6.4.1 基于卫星编队飞行的合成孔径空间探测器 6.4.2 基于光学干涉仪的引力波探测器 参考文献第7章 基于飞秒激光的生物光子学 7.1 基于飞秒激光技术的生物成像 7.1.1 非线性成像理论 7.1.2 多光子荧光成像 7.1.3 谐波成像 7.1.4 相干反斯托克斯拉曼散射成像 7.1.5 受激辐射耗尽超分辨率显微成像 7.2 飞秒激光光镊及转基因技术 7.2.1 飞秒激光光镊 7.2.2 飞秒激光转基因 7.2.3 飞秒激光转基因在基因工程上的应用 7.3 飞秒激光细胞手术及分子调控 7.3.1 飞秒激光对细胞的手术 7.3.2 飞秒激光对于神经的手术以及神经再生 7.3.3 飞秒激光对细胞内钙离子的调控 7.3.4 飞秒激光对于细胞内活性氧自由基簇的调控 7.4 飞秒激光细胞融合及组织修复 7.4.1 飞秒激光对细胞的融合 7.4.2 飞秒激光外科手术 7.4.3 基于飞秒激光的光动力治疗参考文献

编辑推荐

文摘

序言

光之瞬息，科技之翼：飞秒激光引领的前沿探索 在人类探索微观世界、驾驭物质本质的漫漫征途中，光以其独特的波粒二象性和极高的能量密度，扮演着越来越重要的角色。而当光被压缩至前所未有的短暂，即飞秒（10⁻¹⁵秒）的尺度时，其蕴含的能量与操纵能力便达到了惊人的高度。飞秒激光，这种以其超短脉冲宽度著称的光源，正以革命性的力量，以前所未有的精度和效率，深刻地改变着材料科学、生命科学、信息技术、精密制造等诸多前沿领域，开启了人类对物质与能量的全新认知和应用时代。 飞秒激光之所以具有如此强大的能力，根源在于其极短的脉冲持续时间。在如此短暂的瞬间，激光能量被高度集中，使得材料在吸收能量时，电子、离子等基本粒子尚未充分进行热扩散，从而实现“冷加工”。这种独特的加工方式，能够精确地剥离、改性甚至诱导材料发生相变，而不产生传统热加工方式带来的热损伤、熔融或变形。这种“精确打击”的能力，使得飞秒激光成为实现超精细加工、制备新型功能材料、以及在复杂体系中进行定向调控的理想工具。 材料科学的“雕刻刀”与“催化剂”： 在材料科学领域，飞秒激光的应用可谓是“点石成金”。传统的光刻技术受限于衍射极限，难以实现纳米尺度的精细图案化。而飞秒激光，凭借其超高的峰值功率和极短的脉冲，能够实现非线性光学效应，从而突破衍射极限，实现分辨率达到几十纳米甚至更低的纳米加工。这使得制备高密度集成电路、微纳光学器件、以及具有特殊表面形貌的功能材料成为可能。例如，利用飞秒激光在玻璃表面刻蚀出微米或纳米尺度的周期性结构，可以实现超疏水、防污、甚至颜色调控等特殊功能；在金属表面加工出纳米阵列，则可用于增强催化活性、构建传感器或实现表面等离子体共振效应。 更令人瞩目的是，飞秒激光能够引发材料内部的相变和化学反应。在极短的时间内，材料中的电子受到高强度激光的激发，能量传递给晶格，可能导致材料发生固态相变、熔化、甚至形成亚稳态结构。这种可控的相变，为制备具有优异性能的新型合金、陶瓷、半导体材料提供了新途径。例如，飞秒激光退火可以有效控制材料的晶粒尺寸和组织结构，从而提高材料的强度、韧性或导电性。此外，飞秒激光还可以用于诱导材料表面发生化学改性，例如在聚合物表面引入官能团，或者在金属表面形成氧化物层，从而改变材料的表面能、润湿性或生物相容性。 生命科学的“显微镜”与“手术刀”： 在生命科学领域，飞秒激光的超短脉冲特性也带来了革命性的突破。生物样品通常对光敏感，易受损伤，传统的显微成像技术往往难以避免对生物体的损害。飞秒激光，尤其是其在可见光和近红外区域的相干光源，能够以极低的能量密度实现高分辨率的成像。例如，飞秒激光扫描共聚焦显微镜、多光子激发显微镜等技术，利用飞秒激光的非线性激发效应，可以将焦点之外的荧光信号大大降低，从而实现对活体细胞、组织甚至在体动物的大尺度、高信噪比成像，极大地延长了观察时间，并减少了对生物体的光毒性。 不仅如此，飞秒激光还可以作为一种无损或微创的“手术刀”。在细胞层面，飞秒激光可以通过精确的能量沉积，实现对单个细胞器、细胞膜甚至DNA的精确操纵和编辑，而不会对周围细胞造成损伤。这为细胞生物学研究提供了前所未有的工具，例如，研究细胞器功能、追踪细胞信号传导、以及进行基因编辑实验。在医学领域，飞秒激光已经被广泛应用于眼科手术，如飞秒小切口白内障手术、飞秒激光角膜屈光手术（LASIK），其高度的精确性能够大幅降低手术风险，提高术后恢复速度和视觉质量。未来，飞秒激光有望在肿瘤治疗、药物递送、神经调控等领域发挥更重要的作用，实现更精准、更高效的治疗。 信息技术与精密制造的“加速器”与“奠基石”： 信息技术的飞速发展，离不开对数据传输速度和存储密度的不断追求。飞秒激光在信息技术中的应用，主要体现在其作为超快光电子器件的关键驱动和高性能信息存储介质的构建。飞秒激光脉冲具有极高的峰值功率和带宽，可以激发和控制半导体材料中的载流子，从而实现极速的电信号调制和解调，为构建超高速光通信系统提供了基础。例如，利用飞秒激光诱导的超快非线性光学效应，可以实现光信号的开关、分频、以及多波长生成，为光计算和光信息处理开辟了新的道路。 在信息存储领域，飞秒激光可以用于在特殊材料中写入信息，实现极高密度、高耐久性的三维数据存储。例如，利用飞秒激光在玻璃、陶瓷或聚合物材料中进行聚焦烧蚀或诱导折射率变化，可以在材料内部形成微小的光学标记，每一个标记都可以代表一个比特的信息。这种三维存储技术，理论上可以达到数十TB甚至PB级别的存储容量，远超现有的二维存储技术。 在精密制造领域，飞秒激光已经成为微纳加工的核心技术之一。其“冷加工”的特性，使得其能够加工各种脆性、硬质材料，如陶瓷、玻璃、宝石等，而不会产生裂纹或变形。这对于制造高精度光学元件、微流控芯片、MEMS（微机电系统）器件等至关重要。例如，在手机屏幕、显示器、摄像头等领域，飞秒激光被用于切割、钻孔、刻蚀等工艺，实现了更高的精度和更低的损耗。此外，飞秒激光还可以用于3D打印，通过逐层堆叠材料并进行精确固化，实现复杂结构的微纳制造。 总结： 飞秒激光，作为人类掌握的光的艺术，其强大的能量和极致的精度，正在以前所未有的深度和广度，触及科技的每一个前沿。它不仅仅是一种光源，更是开启新材料、新工艺、新应用的钥匙。从微观世界的精确探索，到宏观世界的精细制造，飞秒激光都在扮演着越来越不可或缺的角色。随着飞秒激光技术的不断发展和成熟，我们有理由相信，它将继续在人类探索未知、改造世界、提升生活品质的征程中，释放出更为惊人的潜能，点亮科技的未来之路。

评分☆☆☆☆☆

这本《飞秒激光在前沿技术中的应用》真是让我大开眼界，尤其是它对超快激光技术在材料加工领域的深入剖析。我一直对微纳加工很感兴趣，这本书里详细阐述了飞秒激光如何通过“冷烧蚀”机制，实现对各种难加工材料（比如高硬度陶瓷、新型复合材料）的无热损伤、高精度切割和钻孔。作者不仅仅停留在理论层面，还提供了大量的实验案例和参数优化建议，这对于正在进行相关研发工作的工程师来说，简直就是一本实操手册。特别是关于激光诱导击穿光谱（LIBS）与飞秒激光结合的分析技术，书中给出的光谱解析方法非常细致，让人能清晰地理解激光与物质相互作用的复杂过程。我记得其中一章专门讲了在航空航天领域中，如何用飞秒激光制造复杂微结构以提升部件的抗疲劳性和表面功能性，这一点非常具有前瞻性，让我看到了未来制造业的潜力。这本书的深度和广度都令人满意，结构安排也十分合理，从基础的光学原理到前沿的应用拓展，层层递进，即便是初学者也能通过仔细研读跟上节奏。

评分☆☆☆☆☆

阅读《飞秒激光在前沿技术中的应用》的过程中，我被它在生物医学成像方向的介绍深深吸引住了。不同于传统的化学标记或低分辨率显微技术，书中描述的基于飞秒激光的多光子激发荧光显微技术，简直是革命性的。它能实现对活体深层组织进行高分辨率的三维成像，且对生物组织损伤极小，这在神经科学和肿瘤研究中具有不可替代的价值。我特别欣赏作者在讨论这些高深技术时所使用的生动比喻和清晰的逻辑链条，使得原本晦涩的非线性光学概念变得易于理解。例如，书中对比了双光子和三光子显微镜的优缺点及其各自适用的生物样本特性，这种对比分析极大地帮助读者构建清晰的知识框架。此外，书中还探讨了飞秒激光在光动力疗法（PDT）中的潜力，通过聚焦激光在特定波长下激活光敏剂，实现靶向治疗，这部分内容不仅专业，而且充满了人文关怀，展现了技术如何服务于人类健康。这本书的排版和图示设计也非常出色，复杂的实验装置图一目了然。

评分☆☆☆☆☆

这本书的理论深度和跨学科性是它最让我印象深刻的地方。它绝不仅仅是一本应用指南，更是对物理学、光学和工程学交叉领域的一次全面梳理。关于超快非线性光学效应的数学描述部分，虽然略显复杂，但作者的处理方式非常严谨，确保了读者能够理解高斯脉冲在介质中传播时，克尔效应、自聚焦等现象如何协同作用。我特别关注了其中关于激光安全和激光与眼部组织相互作用的章节，这些内容对于任何在实验室操作高能飞秒激光的人来说都是至关重要的“保命”知识。作者没有回避这些潜在的风险，反而提供了详尽的防护标准和事故处理流程。这种对细节的关注和对实践的负责态度，让这本书的专业度提升了一个档次。它就像一位经验丰富的导师，在传授尖端技术的同时，也时刻提醒你“安全第一”。这本书的参考文献列表也十分详尽，为有志于继续深造的读者提供了宝贵的指引。

评分☆☆☆☆☆

老实说，我原本对“飞秒”这个概念感觉非常遥远和抽象，但读完《飞秒激光在前沿技术中的应用》后，我对时间尺度和能量密度的理解彻底被刷新了。书中对激光脉冲压缩技术的历史演进和当前主流方法的介绍，让我领略了人类在控制光脉冲时间宽度上所付出的巨大努力。从初始的啁啾脉冲展宽到后来的增益介质选择，每一步技术飞跃都凝聚了无数科学家的智慧。书中对超快诊断技术的阐述尤为精彩，比如“自相关测量”和“频率分辨光学选通（FROG）”等方法，它们是如何“看清”皮秒甚至飞秒尺度的光脉冲形状的，逻辑清晰，让人茅塞顿开。这本书没有故作高深，它把高精尖的技术拆解成了可以被理解的模块。对于我这种需要快速了解一个新技术领域全貌的研究人员来说，这本书提供了极高的信息密度和极佳的知识获取效率。

评分☆☆☆☆☆

我发现《飞秒激光在前沿技术中的应用》在信息集成度上做得非常出色，它成功地将看似分散的飞秒激光技术，整合到了现代工业和科研的多个热点领域。例如，书中关于飞秒激光在光电子材料制备中的应用，尤其是对量子点和钙钛矿太阳能电池薄膜缺陷的精确修饰，给我带来了很大的启发。它展示了如何利用飞秒激光的超高峰值功率，在不破坏敏感的半导体结构的前提下，实现对晶体结构的局部重构或掺杂。这本书的语言风格既有科学的严谨，又不乏工程学的实用主义色彩，非常符合我作为一名跨界应用研究者的阅读需求。它没有过度美化技术，而是客观地指出了当前飞秒激光系统在成本、稳定性以及重复性方面仍面临的挑战，并展望了未来光纤激光器在替代传统钛宝石激光器方面的趋势。这本书的平衡视角，让我对这个领域的发展有了更为成熟和辩证的认识。