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飞秒激光技术 基础科学 张志刚 编 新华正版

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作者张志刚 编

出版社科学出版社

ISBN9787030531407

出版时间2017-06

版次2

装帧平装

开本16

页数462页

字数600千字

定价199元

货号xhwx_1201540984

上书时间2024-04-02

浩子书屋

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品相描述：全新
正版特价新书
商品描述
目录：

章超快光学基础1
1.1光与物质相互作用1
1.1.1maxwell方程组1
1.1.2面波的波动方程2
1.1.3缓变包络近似3
1.2超短光脉冲在各向同介质中的线传播6
1.2.1面波啁啾脉冲的传播6
1.2.2波形的变化9
1.3二阶非线效应16
1.3.1三波相互作用——倍频16
1.3.2三波相互作用——和频和差频17
1.4三阶非线效应17
1.4.1克尔透镜效应19
1.4.2自相位调制20
1.4.3光谱压缩效应23
1.4.4互相位调制24
1.4.5自陡峭效应25
1.4.6拉曼效应26
1.4.7可饱和吸收28
1.5非线薛定谔方程29
1.5.1非线薛定谔方程的解29
1.5.2孤子传输过程30
参文献32
第2章散元器件的与计算33
2.1透明介质33
2.1.1极化强度矢量：阻尼振子模型33
2.1.2kramers-kronig关系34
2.1.3临界脉宽和脉冲展宽36
2.2多层膜结构37
2.2.1多层介质反膜37
2.2.2啁啾反镜41
2.2.3超宽带配对啁啾镜48
2.2.4gires-tournois反镜50
2.2.5多腔和优化gires-tournois反镜51
2.2.6啁啾光纤光栅53
2.2.7啁啾体光栅53
2.3基于角散的散元件54
2.3.1棱镜对55
2.3.2光栅对60
2.3.3光栅对与棱镜对的组合67
2.3.4与光栅对压缩器配对的光纤展宽器68
2.4可编程相位补偿系统68
2.4.1液晶相位调制器69
2.4.2声光可编程散滤波器71
2.4.3可变形反镜73
2.5矢量散图与矢量散补偿74
2.6白光干涉与散测量76
2.6.1时域76
2.6.2频域79
2.6.3频域小波变换81
参文献84
第3章固体激光器锁模启动及脉冲形成机制88
3.1克尔透镜锁模88
3.2谐振腔与稳定区91
3.2.1像散补偿谐振腔91
3.2.2无增益介质时的abcd矩阵94
3.2.3含克尔透镜的abcd矩阵96
3.3脉冲形成阶段的分析103
3.4主方程和微扰算符方程105
3.4.1主方程的导出106
3.4.2主方程的解109
3.4.3微扰算符理论110
3.5周期和高阶散的微扰112
3.5.1稳态脉冲参数113
3.5.2散波及稳定虑116
附录a克尔介质的q参数变换120
参文献122
第4章可饱和吸收体锁模技术124
4.1半导体可饱和吸收体125
4.1.1半导体可饱和吸收体的能带125
4.1.2半导体的能带与晶格常数125
4.1.3半导体的能带与量子阱127
4.1.4半导体可饱和吸收体的时间特127
4.2激光器参数与半导体可饱和吸收镜宏观特的关系128
4.2.1半导体可饱和吸收镜的宏观特128
4.2.2自调q的抑制135
4.3半导体可饱和吸收镜的类型137
4.3.1高精细度布里-珀罗可饱和吸收镜137
4.3.2低精细度布里-珀罗可饱和吸收镜137
4.3.3无谐振型可饱和吸收镜137
4.3.4可饱和布拉格反镜138
4.3.5宽带可饱和吸收镜138
4.4低损耗宽带可饱和吸收镜139
4.4.1金属膜与介质膜混合反镜139
4.4.2氧化alas布拉格反镜141
4.4.3氟化物与半导体混合反镜142
4.5半导体可饱和吸收镜中吸收层的设计143
4.6低饱和通量半导体可饱和吸收镜144
4.7高破坏阈值半导体可饱和吸收镜145
4.8量子点可饱和吸收镜149
4.8.1量子点的能级结构149
4.8.2量子点半导体可饱和吸收镜的结构149
4.9碳纳米管锁模器件150
4.9.1单壁碳纳米管作为可饱和吸收体150
4.9.2单壁碳纳米管可饱和吸收镜的制备152
4.10石墨烯锁模器件154
4.10.1石墨烯的能带结构155
4.10.2石墨烯的吸收特155
4.10.3石墨烯锁模器件的制备156
参文献157
第5章飞秒固体激光技术160
5.1泵浦激光160
5.1.1固体激光器160
5.1.2半导体激光器160
5.1.3光纤激光器161
5.2腔内散补偿161
5.2.1棱镜对散补偿161
5.2.2啁啾镜散补偿163
5.3钛宝石激光器163
5.4掺cr离子晶族的飞秒脉冲激光器165
5.4.1cr3+：lisaf，cr3+：liscaf166
5.4.2cr4+：forsterite167
5.4.3cr4+：yag168
5.5半导体激光器泵浦的掺yb3+介质飞秒激光器168
5.5.1yb3+的能级结构和光谱特168
5.5.2薄片激光器172
5.6中红外固体激光技术174
5.6.1掺cr离子单晶激光器174
5.6.2氟化物玻璃175
参文献176
第6章飞秒光纤激光技术179
6.1光纤简介179
6.1.1单模光纤与大模场面积光纤180
6.1.2双包层光纤与泵浦光的吸收效率181
6.1.3光子晶体光纤182
6.1.43c光纤184
6.1.5掺杂类别185
6.1.6泵浦方式185
6.2光纤激光器的锁模启动机制186
6.2.1非线环路反镜186
6.2.2非线偏振旋转194
6.2.3半导体可饱和吸收体196
6.3锁模启动机制：jones矩阵方197
6.3.1矩阵定义197
6.3.2基本环形腔200
6.3.3再线偏振化的环形腔202
6.3.4线腔203
6.3.5环形腔206
6.4脉冲形成机制207
6.4.1ginzburg-landau方程与解207
6.4.2ginzburg-landau方程的一般解208
6.4.3ginzburg-landau方程的稳态解特例——孤子脉冲209
6.4.4ginzburg-landau方程的稳态渐近解——自相似与放大自相似212
6.5ginzburg-landau方程的瞬态解——腔内锁模动力学213
6.5.1腔内散控制：展宽脉冲型215
6.5.2自相似子与放大自相似子216
6.5.3更长的腔——全正散与耗散孤子218
6.6超高重复频率光纤激光器219
6.6.1超高重复频率下的脉冲演化220
6.6.2超高重复频率激光器器件和技术220
6.6.3谐波锁模221
6.6.4fp腔滤波和谐波光参量振荡器222
6.7中红外锁模光纤激光技术223
参文献224
第7章飞秒激光脉冲放大技术227
7.1放大器中的脉冲成形227
7.1.1增益介质的饱和227
7.1.2增益窄化228
7.1.3ase的影响229
7.2放大器中非线折率的影响229
7.2.1自相位调制229
7.2.2自聚焦229
7.3放大器中脉冲的演化过程230
7.4啁啾脉冲放大器231
7.4.1放大器的构成233
7.4.2脉冲在放大器腔内的演化235
7.4.3隔离器235
7.5多通式放大器236
7.6啁啾脉冲放大器中的带宽控制与波长调谐239
7.6.1超宽带放大器239
7.6.2波长可调谐放大器240
7.6.3用飞秒脉冲做种子的皮秒脉冲放大器241
7.7啁啾脉冲放大器中的脉冲展宽和压缩241
7.7.1标准脉冲展宽器(martinez型)241
7.7.2无像差脉冲展宽器(offner型)244
7.8负啁啾脉冲放大器245
7.9薄片放大器247
7.10板条型放大器248
7.11光纤放大器248
7.11.1双包层光纤放大249
7.11.2三阶散补偿249
7.12时间分割脉冲放大250
参文献251
第8章飞秒激光脉冲特测量技术254
8.1飞秒脉冲的时域测量254
8.1.1线自相关254
8.1.2非线自相关255
8.1.3三阶非线非对称脉冲的测量259
8.1.4自相关仪259
8.1.5单脉冲脉宽测量261
8.2飞秒脉冲的相位测量：frog262
8.2.1高阶非线相关frog262
8.2.2shg-frog265
8.2.3低功率时frog的应用267
8.2.4简化版frog-grenouille267
8.3飞秒脉冲相位的测量：spider271
8.3.1空间相干与时间相干271
8.3.2参光与信号光的相干271
8.3.3信号光的自参相干272
8.3.4spider273
8.3.5spider装置的参数选择277
8.3.6spider光谱相位的还原方改进278
8.3.7spider与frog的测量精度比较280
8.4超宽带弱信号的相位测量：xfrog与xspider281
8.5二维spider281
8.6picaso283
参文献284
第9章飞秒激光脉冲频率变换技术286
9.1非线光学过程286
9.2倍频287
9.2.1ⅰ类匹配287
9.2.2ⅱ类匹配294
9.3三倍频294
……
0章飞秒激光脉冲压缩与整形技术
1章脉冲的相干控制与光学频率合成技术
2章高次谐波与阿秒脉冲产生技术
3章飞秒激光太赫兹波技术
4章飞秒激光微加工技术
参文献
彩图

内容简介：

本书是一本介绍飞秒激光、技术和应用的读物。全书共分为14章，靠前章和第2章是飞秒光学的基本内容；第3~6章介绍飞秒固体激光器和光纤激光器的和设计；第7章介绍飞秒激光脉冲放大技术；第8章介绍飞秒激光脉冲特测量技术；第9章和靠前0章介绍飞秒激光脉冲频率变换和腔外脉冲压缩与整形技术；靠前1章介绍飞秒激光脉冲的相干控制和频率合成技术。靠前2章介绍高次谐波和阿秒产生技术，靠前3章介绍飞秒激光产生太赫兹波技术；靠前4章介绍飞秒激光脉冲微加工技术。

作者简介：

张志刚，1955年出生于北京市。北京大学教授，首批“长江学者奖励计划”特聘教授。2016年被选为美国光学学会会士(oafellow)。年于澳大利亚monah大学获理学博士，年至1999年先后在本产业创造研究所、株式会社luminex、通产省技术研究院电子技术综合研"究所、天津大学工作，并先后在本北海道大学、电气通信大学、国傅里叶大学、美国麻省理工学院做访问教授。长期从事固体和光纤飞秒激光技术及应用研究。在宽带半导体饱和吸收镜技术、脉冲展宽压缩理论、高重复频率飞秒光纤激光器和频率梳等领域有成果。在国外学术期刊发表100余篇，在靠前发表数十篇。

精彩内容：

章超快光学基础超短光脉冲在介质中的传播是飞秒激光技术的基础，其中包括线传播和非线传播。本章从maxwell方程组出发，简要介绍面波脉冲在散介质中的传播特，引出啁啾、啁啾补偿和傅里叶变换受限脉冲的概念。随后介绍脉冲在介质中的非线传播，包括自相位调制、互相位调制、自陡峭、可饱和吸收介质的传播中获得的啁啾。更多的线和非线啁啾机制留待第9章描述。1.1光与物质相互作用光学脉冲脉宽短到与它的频率的倒数接近时，它的光谱迅速变宽。一般来说，物质的折率依频率而改变。如果超短脉冲通过这样的介质，各波长的传播速度不一样，会造成脉冲在时域的形变。这与讨论准单光时根本不虑折率随波长的改变的情况不同。本节从maxwell方程组出发，导出缓变包络近似下的波动方程。1.1.1maxwell方程组同所有的电磁现象一样，光脉冲在透明介质中的传播满足maxwell方程组(1.11)以及物质方程(1.12)其中，e和h分别为电场强度矢量和磁场强度矢量；d和b分别为电位移矢量和磁感应强度矢量；电流密度矢量j和电荷密度f表示电场的源，p、m分别为感应电极化强度和磁极化强度。为真空中介电常数；10为真空中的磁导率。在各向同固体透明介质中，j=0，f=0，m=0。利用(1.13)并把物质方程代入maxwell方程组，则可以得到(1.14)？整理上式，得到(1.15)其中，为真空中的光速。(1.16)通过简化，式(1.16)可以改写为如下形式：(1.17)1.1.2面波的波动方程光在各向同固体透明介质中(j=0，f=0，m=0)传输时，为了简化，我们采取标量形式的maxwell方程，式(1.17)将简化为如下形式：(1.18)在真空中，p=0，可以得到(1.19)即真空中的波动方程。这个方程有如下形式的解：(1.110)可写成复数形式(1.111)或写成(1.112)其中，表示复数共轭。以下表示中，为了简便，可直接取以下形式：(1.113)为了完整表达光波传播，还需要找到极化强度矢量p和电场强度e的关系。当光频与介质共振频率接近时，p的计算必须用量子力学方。但在远离介质的共振频率处，在各向同的透明介质中，p和e的关系式可以唯象地写成(1.114)其中(1.115)利用式(1.110)，波动方程(1.18)可以写成如下形式(1.116)(1.117)其中，用到了和同时设了nl不随时间变化。在不虑非线极化强度时，式(1.117)成为(1.118)比较式(1.19)和(1.118)，可以看到，光传播在介质中和在真空中具有相同形式的波动方程。1.1.3缓变包络近似在处理超短脉冲与物质相互作用时，为了简化波动方程，我们常常引入一个所谓“缓变包络近似”(lowlyvaryingenvelopeappromation，vea)。这个定分别包含空间域和时间域的设，以将方程(1.17)中对空间和时间的二阶导数简化为一阶导数。我们将光的传播确定为沿z轴方向，电场强度和极化强度矢量分别写为(1.119)(1.120)(1)空间近似。如果光在脉冲宽度的时间尺度下所走的距离d远远小于波长，即d，则缓变包络近似告诉我们，电场对传播方向z的一阶导数远远小于其波数乘以电场强度(1.121)同理，二阶导数满足(1.122)联系式(1.121)，式(1.122)可以写为(1.123)(2)时间近似。如果脉宽(包络)远远大于载波周期，即其中。则缓变包络近似是说，电场对时间t的一阶导数远远小于其频率与电场强度的乘积(1.124)应用于对时间的二阶导数(1.125)或(1.126)对于极化强度矢量，我们可以做同样的近似(1.127)将式(1.119)和(1.120)中的电场强度和极化强度矢量分别对z和t求导(1.128)(1.129)(1.130)(1.131)根据缓变包络近似，式(1.129)~(1.131)中对距离和时间的二阶导数都远小于括号中的第二项和第三项，因此可将其忽略。这样以上三式简化为(1.132)？(1.133)(1.134)将式(1.132).(1.134)代入式(1.18)，(1.135)消去相同项，式(1.135)整理简化为(1.136)这是缓变振幅下的maxwell方程。虑到介质散，式(1.136)中的电场复振幅可以表示为其频域电场的傅里叶变换(1.137)(1.138)将k在频域展开，方程中介质中光速c换成群速度vg，若展开到二阶项，电场强度对z的一阶导数可以写为(1.139)将式(1.139)代入式(1.136)，整理得(1.140)如果引入运动坐标系，并进行复合函数对空间和时间坐标的求导(1.141)？(1.142)缓变包络近似下的波动方程简化为(1.143)1.2超短光脉冲在各向同介质中的线传播1.2.1面波啁啾脉冲的传播1.波形的描述超短脉冲一般指小于纳秒的脉冲，包括皮秒和飞秒。脉冲越短，定义它的特越困难。在飞秒范围，即使“脉宽”这样一个简单的概念都很难确定，部分原因是很难界定脉冲的形状。对于单个脉冲，典型且容易衡量的量是自相关函数。事实上，自相关函数是对称的，不管是条纹分辨的自相关，还是强度自相关，其傅里叶变换是实数，意味着很难从自相关函数抽取脉冲形状的信息。为了简化讨论，我们常常把脉冲形状近似为几种常见的比较典型的而又容易在数学上处理的函数(高斯型、双曲正割型、洛伦兹型和非对称双曲正割型)。例如，由于孤子脉冲形成的机制，我们常把振荡器内和输出的脉冲近似为双曲正割型。对于放大器出来的脉冲，由于增益窄化等效应，脉冲形状近似为高斯型。另外一个与脉冲形状相关的而又容易测量的量是脉冲的光谱，光谱和脉冲形状是傅里叶变换关系(当然还需要相位信息)。光谱很容易从光谱仪读出(注意是功率谱)。定光谱相位是常数，把光谱作傅里叶变换可以得出脉冲的时域形状。常数相位下脉冲时域形状与光谱的对应关系列于表1.21，其中脉宽p均定义为“半高全宽”(fullwidthhalfmamum，fwhm)。时间带宽积的讨论见1.2.2节。关于脉冲形状和相位测量的详细讨论将在第8章进行。表1.21典型的脉冲及光谱形状2.载波包络与载波包络相位载波包络相位的变化表现为载波在包络下的滑移。对于周期量级的脉冲，由于脉冲的包络下的光学周期少，载波和包络之间的相位显得十分重要。将电场

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