【XH】 準相位匹配技術及其應用 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
• 光學
• 激光
• 材料科學
• 光子學
• 波導
• 頻率轉換
• 光學器件
• 應用光學

店鋪： 愛尚美潤圖書專營店

齣版社： 中國電力齣版社

ISBN：9787512353947

商品編碼：29502500870

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：

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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1 準相位匹配技術
1.1 準相位匹配技術簡介
1.2 周期極化晶體
1.3 準相位匹配技術的應用概況
1.4 本書研究內容

2 基於準相位匹配技術的光學參量放大和全光波長轉換
2.1 準相位匹配晶體中光波的相互作用
2.2 準相位匹配技術在光學參量放大過程中的應用
2.3 準相位匹配技術在光波長轉換中的應用

3 非共綫光學參量放大器的調諧帶寬
3.1 研究背景和意義
3.2 非共綫光學參量放大的基本原理
3.3 調諧帶寬和大極化周期
3.4 優寬帶可調諧NOPA方案
3.5 納秒脈衝時的調諧帶寬
3.6 本章小結

4 非共綫光學參量放大器的光譜帶寬和參量增益
4.1 研究背景和意義
4.2 寬帶非共綫光學參量放大的基本原理
4.3 參量帶寬
4.4 增益帶寬
4.5 參量增益
4.6 本章小結

5 基於分段結構周期極化鈮酸鋰晶體的全光波長轉換器
5.1 研究背景和意義
5.2 單通構型波長轉換器
5.3 雙通構型波長轉換器
5.4 本章小結
6 總結與展望
參考文獻

作者介紹

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文摘

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序言

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非綫性光學晶體中的準相位匹配技術及其應用 引言 光與物質的相互作用是光學領域的核心研究內容，而非綫性光學更是展現瞭光在強電場作用下，其光學性質發生顯著改變的奇妙現象。當光波的強度足夠大時，材料的電極化強度不再僅僅與電場呈綫性關係，而是會發生非綫性響應。這種非綫性效應為我們帶來瞭許多令人興奮的應用，例如倍頻、和頻、差頻、參量放大等。然而，在實現這些非綫性光學過程時，一個關鍵的挑戰是相位匹配問題。 相位匹配的挑戰 在非綫性光學過程中，當不同頻率的光波在介質中傳播時，它們的速度（相速度）通常是不同的。以二次諧波産生（SHG）為例，基頻光（ω）和二次諧波（2ω）在介質中的相速度不同，導緻在傳播過程中，二次諧波的産生和湮滅相互抵消，最終輸齣的二次諧波信號強度會隨著傳播距離的增加而衰減，無法達到理論上的最大值。這就是相位失配問題。 為瞭剋服相位失配，傳統的方法是利用雙摺射效應。某些晶體材料具有不同的摺射率，可以人為地調整基頻光和二次諧波的傳播路徑，使其相速度相等。這種方法雖然有效，但存在一些局限性： 材料選擇受限： 並非所有非綫性光學材料都具有閤適的雙摺射特性，能夠實現所有需要的波長組閤的相位匹配。 角度調整復雜： 需要精確地調整晶體的角度，這使得光學係統的設計和操作變得復雜，並且對環境變化（如溫度）敏感。 低效率： 即使實現瞭相位匹配，但由於雙摺射引起的空間模式分離，能量轉換效率仍然可能受到限製。 非本徵模式： 即使調整瞭角度，也可能不是最優的模式，導緻效率損失。 準相位匹配（Quasi-Phase-Matching, QPM）的齣現 準相位匹配技術應運而生，為解決上述相位匹配難題提供瞭一種全新的、更靈活的途徑。與利用材料本身的性質使相速度完全匹配不同，準相位匹配的核心思想是周期性地改變非綫性光學材料的非綫性係數（通常是二次非綫性係數d）。通過周期性地翻轉晶體的非綫性極化方嚮，可以“平均”掉由於相速度差異造成的相位失配，使得在有效相互作用長度上，産生的非綫性信號能夠持續地纍積，從而大大提高非綫性過程的效率。 準相位匹配的物理機製 最常見的準相位匹配實現方式是利用周期性極化翻轉（Periodically Poled, PP）的非綫性晶體。這可以通過多種技術實現，例如： 電疇翻轉 (Electric Domain Switching): 在某些具有鐵電性的非綫性晶體（如Niobate，即鈮酸鹽係列晶體）中，可以通過施加電場來翻轉其電疇的極化方嚮，從而實現非綫性係數的周期性翻轉。 晶體生長技術 (Crystal Growth Techniques): 在生長晶體時，可以通過控製生長條件，使得晶體內部形成周期性的非綫性極化結構。 當光波在周期性極化翻轉的晶體中傳播時，基頻光和二次諧波的光場會按照一個特定的周期（稱為準相位匹配周期）與翻轉後的非綫性係數相互作用。這個準相位匹配周期與基頻光和二次諧波的波長以及晶體的摺射率密切相關。通過精確控製這個周期，就可以使得在整個相互作用長度上，産生的非綫性信號能夠有效地疊加，實現高效率的非綫性過程。 準相位匹配技術的優勢 準相位匹配技術相比於傳統雙摺射相位匹配，具有以下顯著優勢： 高效率： 在理想情況下，準相位匹配可以達到近乎理論極限的非綫性轉化效率，遠高於雙摺射方法。這是因為準相位匹配允許光波沿著晶體的主光軸傳播，避免瞭雙摺射引起的空間模式分離，並且可以實現更長的有效相互作用長度。 靈活性： 準相位匹配可以應用於許多原本難以或不可能實現相位匹配的材料和波長組閤。通過調整準相位匹配周期，可以實現任意非綫性過程（如SHG, SFG, DFG, OPO等）在幾乎任何波長範圍內的相位匹配。 易於集成： 準相位匹配的實現通常依賴於晶體本身的周期性結構，一旦製備完成，其相位匹配特性相對穩定，並且易於集成到光學係統中，無需復雜的角度調整。 優化的非綫性係數： 準相位匹配技術允許在晶體中選擇具有最大非綫性係數的方嚮進行極化翻轉，從而最大化非綫性響應。 更寬的帶寬： 在某些應用中，準相位匹配技術可以實現更寬的非綫性響應帶寬，這對於産生短脈衝或寬譜光源非常重要。 準相位匹配技術在非綫性光學中的應用 準相位匹配技術已經極大地推動瞭非綫性光學的發展，並催生瞭許多重要的應用： 高效激光器： 二次諧波/三次諧波發生器： 利用準相位匹配技術，可以高效地將紅外激光（如Nd:YAG激光）轉換為可見光或紫外光，例如産生綠光（532nm）或藍光（355nm）激光器，這在顯示、照明、精密加工等領域有著廣泛應用。 光學參量振蕩器 (Optical Parametric Oscillators, OPOs): QPM-OPOs 是一種非常有前景的光源，可以通過一個泵浦光産生兩個輸齣光（信號光和閑頻光），通過改變QPM周期，可以實現輸齣波長在很寬範圍內的調諧。這在光譜學、遙感、通信等領域具有重要意義。 光學參量放大器 (Optical Parametric Amplifiers, OPAs): QPM-OPAs 可以用來放大微弱的信號光，並且能夠實現寬帶信號的放大，為産生超快、超強激光脈衝提供瞭可能。 新型光源的開發： 寬帶光源： 通過設計特定的QPM結構，可以實現寬帶的非綫性轉換，用於産生超連續譜光源（Supercontinuum Generation），這種光源在生物成像、光譜分析等領域具有重要應用。 激光雷達 (Lidar) 和遙感： QPM光源可以提供特定波長的激光，用於大氣成分檢測、地形測繪等遙感應用。 通信技術： QPM技術可以用於産生特定波長的光源，用於光通信係統中的波分復用 (Wavelength Division Multiplexing, WDM) 和光信號處理。 量子光學應用： 糾纏光子源： QPM技術可以高效地産生一對對具有量子糾纏性質的光子，這是量子信息科學（如量子通信、量子計算）的關鍵資源。 量子頻率轉換： 可以將低頻光子轉換為高頻光子，或者反之，用於不同量子比特之間的接口。 生物醫學成像： 多光子顯微鏡： 利用QPM産生的可見光或近紅外光源，可以實現高分辨率、低損傷的多光子顯微成像，用於細胞、組織和活體生物體的成像。 光動力療法 (Photodynamic Therapy, PDT): QPM光源可以産生特定波長的光，用於激活光敏劑，治療癌癥等疾病。 材料加工： 精密微納加工： QPM光源可以提供高能量密度和特定波長的激光，用於精密材料加工，例如微孔加工、錶麵改性等。 常用的準相位匹配材料 實現準相位匹配技術需要具有閤適的非綫性光學性質和易於實現周期性極化翻轉能力的材料。目前最常用和研究最廣泛的QPM材料包括： 周期性極化鈮酸鋰 (Periodically Poled Lithium Niobate, PPLN): PPLN 是最經典和最成熟的QPM材料，具有較大的二次非綫性係數d33，易於通過電疇翻轉實現周期性極化，並且可以在很大範圍內（從紫外到近紅外）實現相位匹配。PPLN 在各種QPM應用中都得到瞭廣泛的應用。 周期性極化摻雜鎂鈮酸鋰 (Periodically Poled Magnesium-doped Lithium Niobate, PPLN:Mg): 摻雜鎂的PPLN具有更高的抗光學損傷閾值，更適閤於高功率應用。 周期性極化計量鉀鈦氧晶體 (Periodically Poled Potassium Titanyl Phosphate, KTP, PPKTP): PPKTP 也是一種重要的QPM材料，其二次非綫性係數d33也較大，尤其適用於綠色和藍色區域的非綫性過程。 周期性極化計量氧磷酸鉀 (Periodically Poled Potassium Oxyphosphate, KPO3, PPKPO3): KPO3 是一種新型的QPM材料，具有較好的非綫性光學性能，並且在某些波長範圍內可能優於PPLN。 周期性極化計量鈮酸鉀 (Periodically Poled Potassium Niobate, KTN, PPKTN): PPKTN 具有較大的電光係數，除瞭QPM應用外，在電光調製方麵也有潛力。 周期性極化計量砷酸鎵 (Periodically Poled Gallium Arsenide, GaAs, PPGaAs): GaAs 是一種半導體材料，其非綫性光學特性適用於中紅外波段，並且可以實現更長的相互作用長度。 周期性極化計量鍺 (Periodically Poled Germanium, Ge, PPGe): Ge 同樣是半導體材料，也適用於中紅外波段的應用。 周期性極化計量周期性分子晶體 (Periodically Poled Organic Crystals): 有機非綫性光學材料通常具有很大的非綫性係數，但其穩定性和加工性存在挑戰，QPM技術為實現其應用提供瞭可能。 準相位匹配技術的挑戰與發展趨勢 盡管準相位匹配技術取得瞭巨大的成功，但仍然麵臨一些挑戰和未來的發展方嚮： 材料製備的均勻性和可靠性： 保持QPM結構在整個晶體內的均勻性和精確性是實現高效率的關鍵。 大尺寸、長周期QPM結構的製備： 對於某些特殊應用，需要製備更大尺寸或具有特定長周期的QPM結構。 寬帶QPM技術： 實現更寬的非綫性轉換帶寬，以滿足超快光學和超連續譜應用的需求。 新型QPM材料的開發： 探索具有更高非綫性係數、更寬透明範圍、更好光學損傷閾值的新型QPM材料。 多功能QPM器件： 開發集成瞭多種非綫性功能的QPM器件，例如同時實現倍頻和和頻。 集成化和微型化： 將QPM技術集成到微光學平颱或光子芯片上，實現小型化、低功耗的光源和器件。 理論模型的完善： 進一步發展和完善QPM理論，以更精確地指導器件設計和預測性能。 結論 準相位匹配技術作為一種革命性的非綫性光學技術，已經徹底改變瞭我們實現和利用非綫性光學過程的方式。通過周期性地翻轉非綫性材料的非綫性係數，它剋服瞭傳統相位匹配的局限性，帶來瞭前所未有的高效率、靈活性和廣闊的應用前景。從高效激光器的開發到量子信息科學的探索，從生物醫學成像到精密材料加工，準相位匹配技術的身影無處不在，並持續推動著光學科學和技術的邊界不斷嚮前延伸。隨著材料科學和製造技術的不斷進步，我們有理由相信，準相位匹配技術將在未來繼續扮演至關重要的角色，並為人類社會帶來更多的科技進步和福祉。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我買這本書純屬偶然。那天在書店閑逛，無意中看到瞭它，它的標題“準相位匹配技術及其應用”雖然聽起來很專業，但我對“應用”這個詞特彆敏感，這總意味著它不僅僅是理論的堆砌，可能還會涉及到一些實際的工程或科研項目。我是一名工程師，平時的工作涉及到一些光學器件的設計和開發，雖然不直接研究準相位匹配，但我相信其中蘊含的原理和方法可能會對我的工作帶來新的思路和解決方案。這本書的封麵設計很樸實，沒有花哨的圖飾，但卻透著一股沉甸甸的學術氣息。我翻看瞭幾頁，發現裏麵的圖錶和公式都相當規範，這讓我覺得作者是一位嚴謹的科研人員。我希望這本書能夠提供一些切實可行的技術參考，例如在某個具體的應用場景下，如何選擇閤適的準相位匹配材料，如何優化器件的性能，以及如何評估其可靠性等等。如果書中能有一些案例研究，詳細介紹某個成功應用的背後，那對我來說將是無價的。

評分☆☆☆☆☆

這本書的外觀給我留下瞭一種樸實而又專業的印象。封麵設計沒有過多的修飾，但深邃的色調和清晰的標題字體，透露齣一種沉穩的研究氣息。我是一名從事光電子器件開發的研究人員，對於提高光源的性能和拓展其應用領域一直有著不懈的追求。準相位匹配技術，我雖然不是直接的研究者，但深知其在提升非綫性光學過程效率方麵的重要作用。我購買這本書，主要是希望能夠通過它來瞭解當前準相位匹配技術在實際應用中的最新進展和挑戰。我特彆關注書中是否能夠提供一些關於如何設計和優化準相位匹配器件的實用指導，例如材料選擇、周期設計、以及溫度控製等關鍵因素。同時，我對於書中是否會涉及一些與我工作相關的應用方嚮，比如在光通信、光學傳感或激光雷達等領域，是否有基於準相位匹配技術的創新性解決方案，充滿瞭期待。這本書的厚度也預示著內容的豐富程度，希望能通過閱讀，獲得一些寶貴的技術洞察。

評分☆☆☆☆☆

我是一名研究激光物理的博士生，近年來，在撰寫博士論文的過程中，我時常需要查閱大量的文獻資料，尤其是在涉及激光非綫性效應和頻率轉換方麵。關於準相位匹配的研究，我知道是一個非常活躍且具有挑戰性的領域，許多前沿的科學發現和技術突破都與之相關。這本書的書名【XH】 準相位匹配技術及其應用，雖然我對於“XH”這個前綴並不瞭解其具體含義，但我非常看重“準相位匹配技術及其應用”這一核心內容。我期待書中能夠提供一個係統性的梳理，將該領域的研究進展、關鍵理論和核心技術脈絡清晰地呈現齣來。我尤其關心書中對於不同準相位匹配方法的比較分析，比如疇反轉、啁啾等，以及它們各自的優缺點和適用範圍。此外，對於新型準相位匹配材料的研發進展，以及在某些特定應用領域（如量子信息、高功率激光等）的具體實現方案，我希望書中能夠有深入的探討和詳實的介紹，這將極大地幫助我拓展研究視野，找到新的研究方嚮。

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀和排版著實讓人眼前一亮，封麵設計簡潔大氣，采用瞭深邃的藍色調，輔以銀色的標題文字，很有科技感。翻開內頁，紙張的質感也非常棒，觸感細膩，印刷清晰，字跡大小適中，閱讀起來非常舒適，長時間翻閱也不會覺得眼睛疲勞。我尤其欣賞作者在章節劃分上的用心，邏輯清晰，過渡自然，每一章的內容都像是精心打磨過的寶石，獨立成篇又相互關聯，很容易讓人沉浸其中。雖然我還沒有深入研究書中的具體技術細節，但僅從其呈現齣的專業度和嚴謹性來看，就能感受到作者在內容上的投入和對學術嚴謹的態度。封麵上的【XH】標識雖然不認識，但卻增添瞭一份神秘感，讓人忍不住想要一探究竟，究竟是哪位高人創作瞭如此厚重的一部作品。書的整體重量也恰到好處，既有分量又不至於太沉，方便攜帶和在各種環境下閱讀。印刷的細節也處理得很好，書頁沒有毛邊，裝訂牢固，相信能夠經受住時間的考驗。

評分☆☆☆☆☆

我是一名對物理光學領域充滿好奇心的學生，一直以來都對非綫性光學現象及其相關的實驗技術抱有濃厚的興趣。市麵上介紹這方麵知識的書籍不少，但總覺得要麼過於理論化，要麼缺乏實際操作的指導。這本書的齣現，仿佛給我打開瞭一扇新的大門。雖然我還沒有來得及逐字逐句地研讀，但僅僅是瀏覽目錄和部分章節的引言，我就能感受到作者在內容選擇和編排上的深思熟慮。他似乎在努力彌閤理論與實踐之間的鴻溝，用一種既能滿足理論深度又能指導實際操作的方式來闡述復雜的概念。我特彆期待書中能夠深入講解各種實驗裝置的搭建、參數的選擇以及數據分析的方法，這對於我未來的實驗研究具有至關重要的指導意義。書中會不會包含一些經典的實驗案例分析？或者針對一些常見問題的故障排除指南？這些都是我非常關注的方麵，希望這本書能夠給我帶來意想不到的啓發和幫助，讓我的光學實驗之路更加順暢。