光泵浦外腔面发射激光器——理论、实验及应用 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张鹏 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030442888

商品编码：29239619208

包装：平装

出版时间：2015-06-01

基本信息

书名：光泵浦外腔面发射激光器——理论、实验及应用

：79.00元

作者：张鹏

出版社：科学出版社

出版日期：2015-06-01

ISBN：9787030442888

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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《光泵浦外腔面发射激光器:理论、实验及应用》可供从事激光器件研究和应用开发的科技人员，以及光学工程相关专业研究生参考。

内容提要

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光泵浦外腔面发射激光器（VECSEL）是近年来兴起的一种新型激光器件，它综合了边发射型半导体激光器、垂直腔面发射半导体激光器及光泵浦固体薄片激光器的优点，能同时获得高输出功率、高光束质量以及从可见光到红外波段可设计的波长。《光泵浦外腔面发射激光器:理论、实验及应用》主要介绍增益理论、量子设计、热管理等与VECSEL相关的基本理论，高功率、倍频、锁模、可调谐等VECSEL实验研究的研究方法、研究趋势和研究前沿，以及VECSEL在激光显示、激光光谱学、自由空间通信、军事科学、生命科学等领域的主要应用。

目录

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'目录
第1章简介
1.1半导体激光器
1.2面发射激光器
1.3光泵浦外腔面发射激光器
参考文献
第2章增益理论
2.1能带结构
2.2增益特性
参考文献
第3章有源区的量子设计
3.1单量子阱
3.2双量子阱
3.3三量子阱
参考文献
第4章面发射谱的模拟
4.1边发射谱
4.2纵向限制因子Г
4.3面发射谱及其模拟
参考文献
第5章面内放大自发辐射
5.1VECSEL中ASE的形成机制
5.2面内ASE谱
5.3影响因素
参考文献
第6章热效应的数值分析
6.1稳态热效应
6.2瞬态热效应
参考文献
第7章高功率VECSEL
7.1VECSEL的输出功率
7.2基质刻蚀型VECSEL
7.3使用散热窗口片VECSEL
7.4采用多增益芯片结构的VECSEL
7.5大泵浦光斑VECSEL
7.6脉冲泵浦VECSEL
7.7量子阱阱内泵浦VECSEL
参考文献
第8章倍频VECSEL
8.1角度相位匹配
8.2倍频晶体
8.3倍频腔型
8.4倍频实验
8.5倍频VECSEL研究概况
参考文献
第9章锁模VECSEL
9.1SESAM被动锁模
9.2SESAM锁模VECSEL实验
9.3锁模VECSEL研究综述
参考文献
第10章可调谐VECSEL
10.1调谐元件
10.2可调谐VECSEL实验
10.3可调谐VECSEL研究一览
参考文献
第11章单频VECSEL
11.1线宽控制
11.2单频VECSEL研究进展
参考文献
第12章扩展波段VECSEL
12.1近红外波段
12.2可见光波段
12.3紫外波段
12.4中红外波段
参考文献
第13章其他特殊VECSEL
13.1量子点VECSEL
13.2双波长VECSEL
13.3和频及差频VECSEL
13.4腔内参量振荡VECSEL
参考文献
第14章VECSEL的应用
14.1激光显示
14.2激光光谱学
14.3太赫兹波产生
14.4自由空间光通信
14.5科研领域的应用
14.6生命科学领域的应用
14.7其他应用
参考文献373'

作者介绍

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文摘

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序言

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光泵浦外腔面发射激光器——理论、实验及应用 内容梗概： 本书系统性地阐述了光泵浦外腔面发射激光器（Optically Pumped External Cavity Surface-Emitting Lasers, OP-ECSELs）的设计、制造、表征及应用。全书围绕着这一先进激光器的核心原理，从理论建模到实验验证，再到实际应用场景的拓展，进行了深入浅出的剖析。本书旨在为激光技术领域的科研人员、工程师、以及对高性能激光器感兴趣的读者提供一本全面而权威的参考资料。 第一部分：基础理论与设计原理 第一章：激光器基本原理回顾 本章首先回顾了激光器产生的基本物理原理，包括受激发射、粒子数反转、谐振腔光学特性等。重点阐述了与面发射激光器相关的能量传递、辐射过程以及光场与增益介质的相互作用。对于泵浦源的要求，尤其是光泵浦与电泵浦的对比，以及各自的优势与局限性进行了详细的讨论，为后续引入光泵浦机制打下理论基础。 第二章：面发射激光器（SEL）的结构与工作机制 本章专注于面发射激光器（Surface-Emitting Lasers, SELs）的结构特点和工作原理。详细介绍了分布式布拉格反射镜（DBR）的原理及其在构建谐振腔中的作用，解释了其高反射率特性如何实现激光振荡。讨论了不同类型的SEL，如垂直腔面发射激光器（VCSELs）和外腔面发射激光器（ECSELs），并重点区分了它们的谐振腔设计差异。对于ECSELs，强调了其独立于增益介质的外部谐振腔设计带来的优势，如更灵活的波长调谐和更小的模式间隔。 第三章：光泵浦机制的引入与优势 本章深入探讨了光泵浦（Optical Pumping）作为激励SEL的一种有效手段。详细解释了光泵浦的工作原理，包括吸收泵浦光、激发电子跃迁、以及随后通过受激发射产生激光的过程。对比了光泵浦与电泵浦在效率、噪声、功率输出、以及对器件材料和结构的要求方面的差异。特别强调了光泵浦在实现高功率输出、低噪声、宽光谱覆盖以及适用于特殊材料（如量子点、量子阱、非线性晶体等）方面的潜力。 第四章：OP-ECSELs 的特殊设计考量 本章将光泵浦和外腔面发射激光器的概念相结合，深入探讨了OP-ECSELs 的独特设计要素。详细分析了如何设计高效的光泵浦耦合机制，包括泵浦光的波长选择、泵浦光斑的匹配、以及泵浦光的聚焦与准直。讨论了外腔的设计，如腔长、腔镜的曲率、腔镜的反射率等对激光性能的影响。重点阐述了增益介质的选择与制备，包括半导体量子阱、量子点、稀土离子掺杂晶体等，以及它们与光泵浦相互作用的特性。此外，还探讨了热管理在OP-ECSELs 设计中的重要性，以及如何通过结构设计和散热材料来优化器件性能。 第二部分：核心理论建模与仿真 第五章：OP-ECSELs 的增益模型 本章建立了OP-ECSELs 的增益模型。针对不同的增益介质，如半导体材料和固体激光材料，分别建立了相应的速率方程和能量级模型。详细分析了泵浦光强度、温度、载流子密度（或离子浓度）等因素对增益系数的影响。讨论了载流子扩散、复合机制（辐射复合、俄歇复合、陷阱辅助复合）等对增益饱和特性的影响。 第六章：谐振腔光学分析与损耗建模 本章对OP-ECSELs 的谐振腔光学特性进行了详细分析。计算了腔镜的反射率、透射率和吸收损耗，以及腔内衍射损耗、散射损耗等。通过计算模式间隔和纵模选择特性，解释了如何通过优化腔长来获得单纵模输出。分析了腔镜的曲率对腔模尺寸和腔内光强分布的影响。 第七章：OP-ECSELs 的阈值行为与输出特性仿真 本章将增益模型和损耗模型相结合，建立了OP-ECSELs 的阈值行为和输出特性的理论模型。推导了激光阈值泵浦功率的表达式，并分析了各种设计参数对阈值的影响。建立了输出功率与泵浦功率的关系模型，并分析了斜率效率。讨论了激光线宽、模式结构、光束质量等输出特性的理论预测方法。 第八章：非线性效应与多波长/宽带输出的理论预测 本章探讨了OP-ECSELs 中可能出现的非线性效应，如增益饱和、模式竞争、以及二阶或三阶非线性过程。分析了这些非线性效应对激光输出特性的影响，以及如何通过设计来抑制或利用这些效应。此外，本章还初步探讨了通过改变增益介质、谐振腔结构或泵浦机制来实现OP-ECSELs 的多波长输出或宽带输出的可能性，并对相应的理论模型进行了介绍。 第三部分：实验制备与表征技术 第九章：OP-ECSELs 的器件制备工艺 本章详细介绍了OP-ECSELs 的实验制备工艺。对于半导体OP-ECSELs，重点介绍了外延生长技术（如MOCVD, MBE）、光刻、刻蚀、金属化等工艺流程。对于固体OP-ECSELs，介绍了晶体生长、晶片加工、腔面镀膜等工艺。重点强调了高反射率DBR的制备、增益区域的刻划、以及光泵浦耦合结构的集成。 第十章：光泵浦源的选择与集成 本章详细介绍了用于OP-ECSELs 的光泵浦源的选择与集成。讨论了不同类型泵浦源的特点，如半导体激光器、光纤激光器、固体激光器等，以及它们在波长、功率、光束质量、稳定性等方面的要求。介绍了泵浦光耦合器的设计与制造，如聚焦透镜、棱镜、光纤耦合器等，以及如何实现高效、均匀的泵浦。 第十一章：OP-ECSELs 的实验表征方法 本章详细介绍了OP-ECSELs 的实验表征方法。包括输出功率的测量、波长和光谱特性的表征（如光谱仪、法布里-珀罗干涉仪）、阈值功率和斜率效率的测定、光束质量的测量（如M2因子）、以及功率谱密度（PSD）的测量以评估噪声性能。还介绍了温度依赖性、角度依赖性等参数的表征。 第十二章：高功率与高亮度OP-ECSELs 的实现策略 本章聚焦于实现高功率和高亮度OP-ECSELs 的实验策略。探讨了如何通过增加泵浦功率、优化增益介质、改善热管理、以及设计更高效的谐振腔来提高输出功率。对于高亮度，讨论了如何获得高质量的光束、减小模式间隔、以及实现单横模或少模输出。介绍了采用阵列结构或特殊腔体设计来获得更高总功率的思路。 第四部分：OP-ECSELs 的应用探索 第十三章：OP-ECSELs 在激光雷达（LiDAR）中的应用 本章探讨了OP-ECSELs 在激光雷达（LiDAR）领域的应用。分析了OP-ECSELs 具有高功率、低噪声、窄线宽等特点，使其非常适合用于远程探测、高精度测距和三维成像。讨论了不同波段（如近红外、可见光）OP-ECSELs 在不同LiDAR应用场景（如自动驾驶、机器人导航、环境监测）中的优势。 第十四章：OP-ECSELs 在光谱探测与传感中的应用 本章深入研究了OP-ECSELs 在光谱探测与传感领域的应用。阐述了如何利用OP-ECSELs 的可调谐性、窄线宽和高功率特性，实现高灵敏度的吸收光谱测量、拉曼光谱分析、以及痕量气体检测。介绍了OP-ECSELs 在化学传感、生物传感、医学诊断等领域的潜在应用。 第十五章：OP-ECSELs 在材料加工与微纳制造中的应用 本章探讨了OP-ECSELs 在材料加工与微纳制造中的应用。分析了OP-ECSELs 能够提供高能量密度的激光束，可用于精密焊接、切割、打标、表面改性等。讨论了其在微纳加工、3D打印、光刻等领域的应用潜力，特别是对于难以用传统激光器加工的材料。 第十六章：OP-ECSELs 的前沿研究与未来展望 本章对OP-ECSELs 的前沿研究方向进行了展望。包括新型增益介质（如二维材料、有机半导体）的应用、更高效的光泵浦机制（如表面等离激元辅助泵浦）、以及集成化和小型化OP-ECSELs 的发展。探讨了OP-ECSELs 在量子信息、高性能计算、以及其他新兴技术领域的潜在影响。 本书特点： 系统性强： 覆盖了OP-ECSELs 的理论、实验和应用全过程，形成一个完整的知识体系。 深度与广度兼备： 理论部分深入剖析了关键物理机制，实验部分介绍了主流的制备与表征技术，应用部分展示了广泛的潜力。 前沿性： 紧跟激光技术发展前沿，探讨了OP-ECSELs 的最新研究进展和未来发展趋势。 实用性： 为相关领域的研究人员和工程师提供了宝贵的参考和指导，有助于解决实际工程问题。 逻辑清晰： 全书结构安排合理，各章节之间衔接紧密，便于读者循序渐进地学习。 图文并茂： （假定，实际书籍应如此）书中包含丰富的示意图、照片和实验数据图表，有助于读者更直观地理解复杂概念。 目标读者： 光学工程、物理学、电子工程等相关专业的本科生、研究生及博士生。 从事激光器研发、设计、制造和应用的相关科研人员、工程师。 对先进激光技术、特别是面发射激光器和光泵浦技术感兴趣的专业人士。 激光雷达、光谱分析、精密加工等应用领域的从业者。

评分☆☆☆☆☆

“面发射”这个词，给我一种与传统的“端面发射”激光器截然不同的感觉。我印象中，很多激光器都是从一个小的激光晶体或半导体芯片的“端面”发出的，光束比较集中。而“面发射”听起来像是从一个较大的“面”上同时发出很多激光束，或者形成一个均匀的激光“面”。这会带来什么样的优势呢？我猜想，这种结构可能在某些应用中非常有利，比如需要大面积照明、均匀照射，或者需要同时发射大量光束的场景。书中会不会详细介绍这种“面发射”的独特结构，它的工作原理和优势所在？是否也需要讨论如何控制“面发射”的区域、发散度和光强分布？我非常想了解，这种新型激光器在成像、显示、或者大功率照明等领域，是否已经或者有望发挥重要的作用。

评分☆☆☆☆☆

从书名来看，“光泵浦”和“外腔”这两个概念让我联想到了一种非常精巧的光学设计。我很好奇，究竟是怎么样的“泵浦”方式能够有效地将光能注入到激光介质中，并且维持激光的持续产生？而且，“外腔”又起到了怎样的关键作用？它是否就像一个精密调谐的共振器，能够有效地筛选和增强特定模式的光，从而获得高质量的激光输出？这背后一定涉及复杂的物理机制和光学原理。我猜想，书中可能需要讲解不同类型的泵浦源（例如，二极管泵浦、光纤泵浦等）的特点和优劣，以及如何根据具体的应用需求来选择合适的泵浦方案。同时，“外腔”的设计也是一门学问，腔体的长度、反射镜的曲率和反射率，都会直接影响激光器的性能。我非常期待能从这本书中深入理解这些关键的设计要素，以及它们是如何相互配合，共同造就出高性能的激光器。

评分☆☆☆☆☆

这本书的题目让人联想到实验室里那些闪烁着神秘光芒的设备，以及科学家们孜孜不倦探索的身影。我一直对激光技术在现代科技中的应用感到惊叹，从条形码扫描到医疗手术，再到光通信，激光无处不在，而且还在不断地拓展其应用边界。我猜想，这本书的“实验”部分，一定会描绘出科学家们在实验室里进行各种精密实验的场景。或许会详细介绍构建一个光泵浦外腔面发射激光器的具体步骤，包括选择合适的泵浦源、设计腔体结构、优化输出参数等等。我非常期待看到实验数据的分析，以及如何通过实验来验证理论模型。书中会不会有关于如何提高激光器效率、降低损耗、控制光束质量的实际操作建议？对于有志于从事光电领域研究的同学们来说，这部分内容无疑是宝贵的经验分享。我甚至希望能从中窥见一些最新研究的动态，了解当前技术发展的前沿在哪里。

评分☆☆☆☆☆

“应用”这个词，对我来说实在是太吸引人了！毕竟，理论和实验的最终目的，不就是为了更好地服务于人类社会吗？我脑海中立刻会联想到各种高科技产品和前沿技术，比如在高端制造领域，精密加工、3D打印；在通信领域，光纤通信的速度和容量；在医疗领域，激光手术的精确和微创；甚至在科学研究中，用于精密测量和粒子加速。这本书的“应用”部分，应该会详细介绍光泵浦外腔面发射激光器在不同领域的具体落地情况，以及它们如何解决现实中的技术难题，甚至催生新的技术革命。我特别想知道，这种特定类型的激光器，在哪些应用场景中具有独特的优势，为什么它能够胜任某些其他激光器无法完成的任务。如果书中能包含一些实际案例分析，甚至能让我看到未来这种激光器可能带来的颠覆性变革，那就太有价值了。

评分☆☆☆☆☆

哇，这本书的标题听起来就很高深，我虽然不是这个领域的专家，但光泵浦外腔面发射激光器，这几个词汇组合在一起，脑海里立刻浮现出各种精密的仪器和前沿的科学研究。我猜想这本书一定涵盖了激光器的工作原理，比如光是如何被“泵浦”进去，然后通过一个“外腔”来控制和整形，最终形成“面发射”的激光束。这肯定涉及到量子力学、光学、材料科学等多个学科的知识，光是从标题就能感受到其理论的深度。我甚至能想象到书里会充斥着各种复杂的公式和图表，用来解释光与物质的相互作用，以及如何设计一个高效、稳定的激光器。对于我这样对激光技术充满好奇但又缺乏专业背景的人来说，如果这本书能将如此深奥的理论用一种相对易懂的方式呈现出来，那就太棒了。我希望能从中学到激光器是如何被制造出来的，它们的关键组成部分有哪些，以及不同类型激光器的性能差异。