单频光纤激光器(精)/光学与光子学丛书 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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周炳琨... 编

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出版社： 科学

ISBN：9787030557629

商品编码：29605623850

开本：16

出版时间：2017-12-01

基本信息

• 商品名称：单频光纤激光器(精)/光学与光子学丛书
• 作者：杨中民//徐善辉|总主编:周炳琨
• 定价：99
• 出版社：科学
• ISBN号：9787030557629

其他参考信息（以实物为准）

• 出版时间：2017-12-01
• 印刷时间：2017-12-01
• 版次：1
• 印次：1
• 开本：16开
• 包装：精装
• 页数：188
• 字数：237千字

内容提要

单频光纤激光是近年来**外激光技术领域研究 的热点之一，得到了快速发展与广泛应用。杨中民、 徐善辉著的《单频光纤激光器(精)/光学与光子学丛 书》内容新颖、特色鲜明，从稀土离子发光机理、单 频激光器件到激光系统与应用等不同层次进行了介绍 与论述，可读性强。主要内容包括：发光离子能级与 光谱谱线对单频激光输出特性的影响；单频光纤激光 的基本特性与测量，及其产生、放大过程中的特性分 析；单频光纤激光噪声机理与抑制、线宽控制与稳频 及其典型应用等。
     本书可供从事光纤激光技术领域理论与应用研究 的工程技术人员、科研工作者参考，也可作为高等院 校相关专业的本科生和研究生教学用书。
    

作者简介

杨中民：教授，博士生导师，长江学者特聘教授，**杰出青年科学基金获得者，现任广东省光纤激光材料与应用技术重点实验室主任、华南理工大学物理与光电学院院长、科技部“863”计划主题专家、第七届***科技委学部委员、十三五重点专项“材料基因工程关键技术与支撑平台”专家委员会委员、全国科技创新领军人才联盟副理事长。 主要从事光纤与光纤器件研究工作，近年来主持**重点研发计划、863计划、**自然科学基金、军品配套以及省部级项目20余项。申请专利80余项，授权40余项。先后发表SCI收录论文170余篇。获**技术发明奖二等奖2项（排名**和3）、***技术发明一等奖1项（排名**）、广东省自然科学一等奖1项（排名第2）；获广东省特支计划杰出人才（南粤百杰）、南粤创新奖以及何梁何利科学与技术创新奖等。

目录

前言
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 发光离子的能级跃迁
1.2.1 发光离子的能级
1.2.2 发光离子的能级跃迁
1.3 谱线展宽
1.3.1 均匀展宽和非均匀展宽
1.3.2 介质中发光粒子的光谱
1.3.3 谱线展宽与激光
参考文献
第2章 单频光纤激光的基本特性及测量方法
2.1 单频光纤激光的基本参数
2.1.1 功率、波长以及光谱特性
2.1.2 单纵模特性
2.1.3 模式质量
2.1.4 偏振态
2.2 单频光纤激光线宽特性及测试方法
2.3 单频光纤激光噪声特性
2.3.1 强度噪声的定义及测试方法
2.3.2 频率噪声的定义及测试方法
参考文献
第3章 单频光纤激光的产生
3.1 单频光纤激光器的分类
3.1.1 分布布拉格反射（DBR）型单频光纤激光器
3.1.2 分布反馈（DFB）型单频光纤激光器
3.1.3 环形腔单频光纤激光器
3.2 短线型DBR腔单频光纤激光器
3.2.1 高增益光纤材料的制备
3.2.2 异质光纤熔接技术
3.2.3 连续单频光纤激光腔的设计与制作
3.2.4 脉冲单频光纤激光器
3.2.5 频率调制单频光纤激光器
参考文献
第4章 单频光纤激光噪声产生机理及其抑制技术
4.1 噪声产生机理分析
4.1.1 强度噪声机理
4.1.2 频率噪声机理
4.2 噪声抑制技术
4.2.1 强度噪声抑制
4.2.2 频率噪声抑制
参考文献
第5章 单频光纤激光线宽控制与稳频技术
5.1 单频光纤激光的线宽控制
5.1.1 线宽压窄技术
5.1.2 线宽展宽技术
5.2 单频光纤激光器的稳频技术
5.2.1 单频光纤激光器频率稳定方法
5.2.2 DBR短腔单频光纤激光器稳频实例
参考文献

《聚焦光频：激光器原理与先进应用》 内容梗概 本书旨在系统深入地探讨光频激光器的基本原理、关键技术以及在各学科领域内的前沿应用。我们将从光与物质相互作用的本质出发，循序渐进地解析激光器的工作机制，涵盖从增益介质的选择与设计、泵浦机制的优化，到谐振腔的构建与模式控制，以及关键的非线性光学效应在激光器中的应用。本书不仅关注理论的严谨性，更注重实际工程中的考量，力求为读者提供一个全面而深刻的理解框架。 第一章 绪论：光频激光器的发展脉络与重要性 本章将追溯激光器自诞生以来的发展历程，重点阐述光频激光器在其中扮演的关键角色。我们将梳理激光技术如何从实验室走向工业、医疗、通信、科研等各个领域，并分析光频激光器凭借其独特的光谱特性和高相干性，成为众多尖端技术不可或缺的组成部分。同时，本章将简要介绍本书的结构和学习路径，为读者构建一个清晰的学习蓝图。 第二章 激光器基本原理：光与物质的和谐共振 本章将深入剖析激光器工作的核心物理原理。首先，我们将回顾量子力学中原子与电磁场的相互作用，包括受激吸收、自发辐射和受激辐射的概率。接着，重点讲解粒子数反转的概念及其实现机制，这是激光产生的前提。然后，我们将详细阐述增益介质在激光器中的作用，介绍各种类型的增益介质（如固体、气体、半导体）及其特性，以及它们如何通过能量跃迁放大光信号。最后，本章将介绍谐振腔的构成及其对激光模式、光谱特性和稳定性的影响，包括其工作原理、反射镜的参数选择以及腔损耗的来源。 第三章 增益介质的设计与选择：驱动激光的“心脏” 本章将聚焦于增益介质的设计与选择，这是决定激光器性能的关键因素。我们将详细探讨不同材料体系的增益介质，包括： 固体激光器： 晶体（如Nd:YAG, Ti:Sapphire, Yb:YAG）和玻璃（如EDFA中的掺铒玻璃）的掺杂离子、晶格结构、光谱特性（吸收和发射截面、荧光寿命、光谱展宽机制）以及温度稳定性等。我们将深入分析掺杂浓度、激活离子种类、基质材料选择如何影响增益系数、激光阈值和输出功率。 气体激光器： 各种气体混合物（如He-Ne, CO2, Ar-ion）的激发机制、能量传递过程、放电模式（直流放电、射频放电、微波放电）以及气体压力、温度对增益的影响。 半导体激光器： 异质结、量子阱、量子点等结构的设计，载流子注入、复合机制（辐射复合、非辐射复合），以及能带工程如何调控激射波长和阈值电流。我们将分析不同材料体系（如III-V族、II-VI族）在光频激光器中的应用前景。 光纤激光器： 掺稀土离子（Er, Yb, Tm, Nd）的光纤的掺杂均匀性、纤芯/包层设计、光纤长度、瑞利散射和汤姆孙散射的影响，以及如何优化光纤参数以实现高效的光放大和激射。 本章将结合具体的材料案例，深入分析不同增益介质的优缺点、适用范围以及在光频激光器设计中的考量因素。 第四章 泵浦机制与光耦合：注入能量的“源泉” 本章将详细阐述为增益介质提供能量的泵浦机制，以及如何有效地将泵浦光耦合到增益介质中。我们将重点介绍： 光学泵浦： 气体放电灯泵浦： 脉冲灯、连续灯的特性，光谱匹配与效率。 半导体激光器泵浦（LD pumping）： 泵浦效率、波长选择、功率稳定性、光束质量以及与增益介质的耦合方式（端面泵浦、侧面泵浦）。我们将重点介绍LD泵浦在提升激光器效率、减小体积和提高寿命方面的优势。 其他光学泵浦源： 如灯泵浦、灯光泵浦等，及其在特定应用中的优劣。 电泵浦： 气体放电泵浦： 直流、射频、微波放电的原理，电极设计、气体压力、电压和电流对放电特性及增益的影响。 电注入泵浦（半导体激光器）： 载流子注入机制，注入电流密度、注入均匀性对泵浦效率的影响。 本章还将深入讨论各种泵浦光与增益介质之间的耦合技术，包括聚焦透镜、光纤耦合器、反射镜设计以及如何最大化泵浦光的吸收效率，同时最小化热效应的影响。 第五章 谐振腔与模式控制：塑造激光的“形体” 本章将深入探讨谐振腔的设计与优化，它决定了激光的输出模式、光谱特性、稳定性以及光束质量。我们将详细分析： 谐振腔的组成与基本形式： 两镜腔、多镜腔、腔内元件（如聚焦镜、光栅、棱镜）的作用。 腔内损耗分析： 反射镜损耗（反射率、吸收、散射）、衍射损耗、材料吸收损耗、散射损耗、模式损耗等，及其对激光阈值和效率的影响。 模式分析： 横模（TEMmn）： TEM00模、高斯模、Hermite-Gauss模、Laguerre-Gauss模的产生条件、传播特性及其对光束质量的影响。 纵模： 纵模间隔、模的竞争、多纵模与单纵模激光器的产生条件。 腔长与模式选择： 如何通过腔长设计实现单纵模输出，以及腔长稳定性的重要性。 腔内元件的作用： 增益选择元件： 如光栅、棱镜、全息元件，用于实现波长选择（单波长、可调谐）和模式选择。 增益饱和效应： 增益介质中的饱和现象及其对激光输出特性的影响。 输出耦合器： 选择合适的反射率以优化输出功率和效率。 本章将通过理论计算和实例分析，展示不同谐振腔设计如何影响激光器的性能，以及如何通过腔内元件实现对输出模式和光谱的精确控制。 第六章 非线性光学效应在光频激光器中的应用：拓展激光的“边界” 本章将聚焦于非线性光学效应如何被巧妙地应用于光频激光器中，以实现更复杂、更强大的激光功能。我们将深入探讨： 锁模技术： 主动锁模： 声光、电光调制器在腔内的作用，实现超短脉冲激光的产生。 被动锁模： 增益开关（Gires-Tournois interferometer (GTI)）： 利用增益饱和效应实现脉冲压缩。 饱和吸收体（SESAM）： 利用光纤、半导体器件或有机染料作为饱和吸收体，实现超短脉冲的稳定产生。 自身锁模（Self-mode-locking）： 如克尔透镜效应（Kerr-Lens Mode-locking, KLM）在掺钛蓝宝石激光器中的应用，以及非线性反射镜（NLM）的原理。 锁模激光器的参数： 脉冲宽度、重复频率、峰值功率、平均功率、能量、光谱展宽。 倍频与和频（频率转换）： 非线性晶体： KDP, DKDP, LiNbO3, BBO, LBO等晶体的非线性光学系数、相位匹配条件（准相位匹配, QPM）、临界相位匹配、非临界相位匹配。 倍频（Second Harmonic Generation, SHG）： 将激光频率加倍（如从绿光变为紫外光，或从红外光变为可见光）。 和频（Sum-Frequency Generation, SFG）与差频（Difference-Frequency Generation, DFG）： 产生新的频率，实现激光器的频率拓展。 光学参量振荡（Optical Parametric Oscillation, OPO）与光学参量放大（Optical Parametric Amplification, OPA）： 参量过程原理： 泵浦光在非线性介质中分裂成信号光和闲频光，实现可调谐激光的产生。 OPO与OPA的结构与工作模式： 腔式OPO, 非腔式OPO, 参量放大器。 应用： 产生宽范围可调谐激光，用于光谱探测、激光雷达等。 其他非线性效应： 受激布里渊散射（SBS）、受激拉曼散射（SRS）在激光器中的应用，如脉冲压缩、频率移动等。 本章将通过详细的理论推导和实验案例，展示非线性光学效应如何赋予光频激光器前所未有的功能，并极大地拓展其应用领域。 第七章 光频激光器的输出特性与稳定性：追求完美的“信号” 本章将系统地分析光频激光器的各种输出特性，并探讨如何实现高稳定性的输出。我们将涵盖： 输出功率： 平均功率与峰值功率： 连续波（CW）激光器与脉冲激光器的功率特性。 功率稳定性： 频率稳定性、强度稳定性、模式稳定性。 影响功率稳定性的因素： 泵浦源波动、温度变化、振动、腔长漂移、增益介质的老化。 提高功率稳定性的方法： 稳压稳流电源、热补偿、主动反馈控制系统、腔体设计优化。 光谱特性： 光谱宽度： 线宽、多纵模、单纵模、宽带输出。 波长稳定性： 温度、腔长、应力对波长的影响。 光谱控制与选择： 使用光栅、棱镜、干涉滤波器等实现窄线宽、特定波长的输出。 可调谐激光器： 腔内调谐元件的设计与实现。 光束质量： M²因子： 定义、测量方法及其意义。 影响光束质量的因素： 增益介质的非均匀性、热透镜效应、泵浦不均匀性、谐振腔设计。 提高光束质量的方法： 优化增益介质、精确的腔设计、选择性振荡（如TEM00模）。 偏振特性： 偏振输出： 线偏振、圆偏振、椭圆偏振。 退偏： 影响偏振特性的因素及其抑制方法。 偏振控制与稳定性： 使用偏振片、波片、各向异性腔体。 噪声特性： 散粒噪声、热噪声、闪烁噪声、跳模噪声、振动噪声。 低噪声激光器的设计与实现。 本章将为读者提供一套全面的评估和优化光频激光器性能的工具，强调理论分析与实验验证的结合。 第八章 光频激光器的先进应用：驱动未来的“引擎” 本章将重点介绍光频激光器在当前及未来科技发展中的关键应用，展示其作为核心器件的强大驱动力。我们将深入探讨： 通信领域： 光通信系统： 高速、大容量光信号的产生与传输。 光纤激光器在通信网络中的应用： 如EDFA（掺铒光纤放大器）在长距离传输中的关键作用。 光信号处理与整形： 利用激光器实现对光信号的调制、解调、复用与解复用。 工业制造： 激光加工： 激光焊接、激光切割、激光钻孔、激光精密切割、激光表面处理、激光熔覆。 激光打标与雕刻： 高精度、高效率的材料标记。 激光增材制造（3D打印）： 激光选择性烧结（SLS）、激光熔融（SLM）等技术。 医疗与生物技术： 激光手术： 眼科手术（如LASIK）、牙科手术、肿瘤治疗、微创手术。 激光诊断与成像： 光相干断层成像（OCT）、荧光成像、拉曼光谱成像。 光动力疗法（PDT）： 特定波长激光激活光敏剂治疗疾病。 细胞分选与操控： 光镊技术。 科学研究： 精密测量： 激光干涉仪（如LIGO用于探测引力波）、激光测距、激光雷达（LiDAR）。 光谱学： 高分辨光谱、非线性光谱、原子冷却与囚禁。 基础物理研究： 量子光学、粒子加速、核聚变研究。 材料科学： 激光诱导击穿光谱（LIBS）、激光退火。 国防与安全： 激光武器： 反导、反无人机。 激光测距与目标识别。 激光通信与隐蔽通信。 信息存储与显示： 蓝光/绿光激光器在光盘存储中的应用。 激光投影技术。 本章将通过大量生动具体的案例，展现光频激光器如何赋能现代科技，并展望其在未来可能扮演的更重要角色。 第九章 总结与展望：光频激光器的未来图景 本章将对全书内容进行回顾与总结，提炼光频激光器发展的关键技术与趋势。我们将展望未来可能的研究方向和技术突破，例如： 更高功率、更高效率的激光器。 更短脉冲、更高峰值功率的超快激光技术。 更宽范围、更高精度的可调谐激光器。 更紧凑、更低成本的激光器集成。 新型增益介质与非线性光学材料的开发。 AI与机器学习在激光器设计与优化中的应用。 激光器在新能源、量子计算等新兴领域的应用拓展。 本书力求为读者提供一个扎实的理论基础和广阔的视野，激发对光频激光器技术更深入的探索与研究。 适用对象 本书适合于光学、光电子学、物理学、电子工程、材料科学等相关专业的本科生、研究生，以及从事激光器研发、生产、应用等领域的工程技术人员、研究人员。对于对激光技术感兴趣的科研爱好者，本书也将提供富有启发性的阅读体验。

评分☆☆☆☆☆

这本书绝对是深入研究光学领域难得的佳作！我最近在整理自己的光学实验数据时，偶然翻阅了这本书，发现它对一些基础概念的阐述简直是教科书级别的清晰。特别是关于非线性光学效应那几章，作者用非常直观的语言和丰富的图例，把复杂的傅里叶变换和时域脉冲展宽描述得明明白白。我以前总觉得这些理论有点抽象，但读了这本书后，对如何设计一个能有效抑制自相位调制（SPM）的实验系统有了更深刻的理解。书中对克尔介质的响应函数和各种数学模型的推导过程详略得当，既保证了理论的严谨性，又没有让初学者望而却步。它不仅仅是理论的堆砌，更像是经验丰富的导师在手把手教你如何“看见”光在介质中传播的内在机制。我尤其欣赏它对实验参数敏感性的讨论，这对于我们实际搭建高功率系统时避免“踩坑”至关重要。总的来说，如果你对光场调控和超快光学感兴趣，这本书提供的基础框架非常扎实，值得反复研读。

评分☆☆☆☆☆

说实话，这本书的排版和装帧风格颇具年代感，那种老派学术著作的沉稳气息扑面而来。我关注的重点更多是在其对光纤通信系统中的损耗机制的分析上。它非常细致地剖析了瑞利散射、汤姆森散射以及各种弯曲损耗在不同工作波段下的相对贡献和影响。我记得有一段专门讲了如何通过优化光纤的包层设计来抑制宏观弯曲导致的能量泄漏，这对于设计长距离海底光缆或者特种光纤传感器时，是必须掌握的关键技术点。书中的数学推导部分略显繁复，但结论部分总是能够清晰地指向工程应用。例如，它给出的一个关于光纤内群速度色散（GVD）计算的经验公式，我用在我最近的OTDR（光时域反射仪）测试数据校准中，发现精度明显提高了一个档次。对于工程技术人员而言，这本书更像是一本工具手册，而不是纯理论探讨，提供的是解决实际问题的“配方”。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格非常严谨，几乎达到了吹毛求疵的程度，这对于需要撰写规范技术报告的我来说，反而是一件好事。我主要关注的是其中关于激光器稳态输出特性的建模部分。它不仅仅停留在简单的增益方程求解，而是深入探讨了饱和吸收效应和热透镜效应在腔内对光束质量（$ ext{M}^2$因子）的动态影响。书中提供了一套非常详尽的耦合方程组，用来模拟激光器在不同泵浦功率下的热平衡点和光子密度分布。我尝试用这个模型去拟合我实验室那台高功率固体激光器的实际数据，发现其预测的输出功率随泵浦功率变化的曲线，与实验测量的曲线吻合度极高，偏差控制在了百分之二以内。这种细节上的把控，让我对作者的深厚功力深感佩服，绝对是理工科研究生的必备参考书之一。

评分☆☆☆☆☆

我不得不提一下本书在量子光学前沿领域的某些涉及。虽然主旨似乎更偏向于工程应用，但书中对光子晶体与光纤耦合的章节处理得相当到位。作者似乎在尝试搭建一座连接经典光学与新兴光子学器件的桥梁。它详细阐述了布拉格反射的原理如何被引入到光纤结构设计中，以实现特定波长的选择性滤波或反馈。我特别留意了关于光子带隙的讨论，书中通过对比不同周期性结构参数对禁带宽度和位置的影响，清晰地展示了如何“雕刻”光的传播路径。对于正在尝试开发新型光纤激光腔体结构的研究人员来说，这本书提供的理论基础和案例分析，无疑是极好的参考资料。它展现了如何利用材料的周期性结构来突破传统折射率限制的思维。

评分☆☆☆☆☆

这本书的整体结构安排体现了一种从宏观到微观的系统性思维。我个人对其中关于光纤非线性阈值的讨论留下了深刻印象。作者似乎对材料的损伤极限有着深入的研究，它细致地对比了不同掺杂浓度石英光纤在超快脉冲辐照下的拉曼效应和自聚焦起始点。书中特别强调了脉冲持续时间和峰值功率之间的权衡关系，这直接关系到我们能否安全有效地提高激光器的重复频率而不引发损伤。它提供了一个非常实用的“安全操作区间”图谱，虽然没有直接给出具体的公式，但通过对机制的解释，读者可以自行推导出相应的限制条件。这本书的价值在于它教会你如何“安全”地驾驭高能量密度光束，而不仅仅是告诉你如何“产生”光束。那种基于风险评估的科学态度，在许多工程书籍中是难得一见的。