全固态多光参量振荡激光技术研究 [Study on Solid-state Multi Optical Parametric Oscillator Laser Technology] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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于永吉，金光勇 著

图书标签:

• 全固态激光器
• 参量振荡
• 光学参量振荡
• 非线性光学
• 激光技术
• 固体激光器
• 光子技术
• 激光物理
• 新型激光源
• 光电技术

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118115765

版次：1

商品编码：12356717

包装：平装

外文名称：Study on Solid-state Multi Optical Parametric Oscillator Laser Technology

开本：16开

出版时间：2018-02-01

用纸：胶版纸

页数：188#

内容简介

　　《全固态多光参量振荡激光技术研究》主要讲述了全固态多光参量振荡激光技术的应用背景和发展趋势以及作者近年来在该领域取得的一些研究成果，包括多重准相位匹配超晶格材料极化结构设计，多光参量振荡器输出特性及调谐特性研究，特别对多重准相位匹配技术、电场调谐技术进行了阐述，并进一步分析了多光参量振荡过程能量逆转换问题，并介绍了基于电场调控的逆转换抑制新方法。
　　《全固态多光参量振荡激光技术研究》既可作为高等院校有关专业的教学参考书，也可供本领域科技工作者阅读参考。

内页插图

目录

第1章 全固态多光参量振荡器概述
1．1 研究背景与意义
1．1．1 光学参量振荡器发展现状
1．1．2 多光参量振荡器概念
1．1．3 多光参量振荡器研究意义
1．2 准相位匹配光学参量振荡器研究概况
1．2．1 连续运转的QPM-OPO国内外研究现状
1．2．2 脉冲运转的QPM-OPO国内外研究现状
1．3 准相位匹配多光参量振荡器研究进展
1．3．1 多晶体串接QPM-MOPO研究进展
1．3．2 周期级联QPM-MOPO研究进展
1．3．3 单周期二次泵浦QPM-MOPO研究进展
1．4 小结

第2章 多重准相位匹配超晶格极化结构设计
2．1 引言
2．2 准相位匹配理论
2．2．1 相位匹配原理
2．2．2 准相位匹配技术原理
2．2．3 准相位匹配技术特点
2．3 多重准相位匹配技术
2．3．1 多重准相位匹配理论概述
2．3．2 多重准相位匹配准周期极化结构
2．3．3 多重准相位匹配非周期极化结构
2．4 铌酸锂超晶格材料基本特性
2．4．1 LiNb03晶体极化结构及其掺杂属性
2．4．2 LiNb03超晶格物化性质与光学特性
2．5 MgO：QPLN/APLN极化结构设计
2．5．1 MgO：QPLN极化结构设计
2．5．2 非周期极化结构设计的优化算法
2．5．3 MgO：APLN极化结构设计
2．6 小结

第3章 多光参量振荡器理论分析及参数优化
3．1 引言
3．2 内腔连续泵浦MOPO的参数优化
3．2．1 内腔连续泵浦MOPO的动力学模型
3．2．2 内腔连续泵浦MOPO谐振腔设计及优化
3．3 外腔脉冲泵浦MOPO的参数优化
3．3．1 外腔脉冲泵浦MOPO参量光增益
3．3．2 外腔脉冲泵浦MOPO阈值分析
3．3．3 外腔脉冲泵浦MOPO转换效率与阈值关系
3．3．4 外腔泵浦光束聚焦与腔模匹配优化
3．4 小结

第4章 内腔连续泵浦多光参量振荡器实验
4．1 引言m
4．2 内腔连续泵浦多光参量振荡器实验装置
4．3 内腔连续泵浦多光参量振荡器输出特性测量
4．4 内腔连续泵浦多光参量振荡器实验结果分析
4．5 小结

第5章 外腔脉冲泵浦多光参量振荡器实验
5．1 引言
5．2 外腔脉冲泵浦多光参量振荡器实验装置
5．3 高重频1064nm脉冲泵浦源实验研究
5．3．1 808nm泵浦Nd：YV04高重频RTP电光调Q激光器
5．3．2 880nm泵浦Nd：YV04高重频声光调Q激光器
5．4 外腔脉冲泵浦多光参量振荡器输出特性测量及分析
5．5 双晶体串接多光参量振荡器对比分析
5．6 小结

第6章 多光参量振荡器电场调谐特性理论与实验
6．1 引言
6．2 多光参量振荡器电场调谐特性理论研究
6．2．1 LiNb03材料的线性电光效应
6．2．2 LiNb03超晶格实现电场调谐的条件分析
6．2 ．3基于MOPO的电场调谐特性理论模拟
6．3 多光参量振荡器电场调谐特性实验研究
6．3．1 多光参量振荡器电场调谐装置设计
6．3．2 多光参量振荡器电场调谐实验测量与分析
6．4 小结

第7章 多光参量振荡过程中的逆转换问题
7．1 引言
7．2 逆转换成因及影响因素分析
7．2．1 逆转换现象产生原理
7．2．2 MOPO逆转换过程演化分析
7．2．3 MOPO逆转换影响因素分析
7．3 电场调控MOPO逆转换方案构想
7．3．1 LiNb03材料y向电光效应
7．3．2 基于PPLN极化结构Solc型滤波器原理
7．3．3 电场调控MOPO逆转换方案设计
7．4 小结

第8章 总结与展望
8．1 本书研究工作总结
8．2 未来研究工作展望

参考文献

前言/序言

　　光学参量振荡技术是激光领域的一个重要技术分支，是近年来获得近、中红外可调谐激光的主要技术手段，这种激光在军事、医疗、通信等领域均有广泛应用。多光参量振荡是实现同光谱区域激光多波长同步可调谐的有效途径，这一概念的提出，不仅延展了多波长激光的光谱覆盖范围，而且极大拓宽了光学参量振荡技术的应用范畴。针对目前多光参量振荡器技术上的局限及欠缺，本书重点开展了一种基于多重准相位匹配实现多光参量振荡的全新技术研究，对于多光参量振荡激光技术未来的推广、应用具有重要研究意义和价值。
　　本书总结了近几年国内外光学参量振荡器的研究进展以及多光参量振荡激光技术的最新研究成果，提供了大量的资料、图表及数据，既有系统的理论分析、数据计算结果，又有具体激光器的设计参数及实验结果。全书分为8章，具体内容如下。
　　第1章全固态多光参量振荡器概述。介绍了连续与脉冲两种运转方式的准相位匹配光学参量振荡器目前国内外研究现状，总结了三种实现多光参量振荡及输出技术的研究进展情况，指出开展全新运转体制多光参量振荡器研究的必要性。
　　第2章多重准相位匹配超晶格极化结构设计。基于多重准相位匹配理论，以近化学计量比Mg0掺杂LiNb03为基质，采用斐波拉契二组元投影法和模拟退火算法优化设计了准周期与非周期形式极化结构，在单块晶体内形成两个倒格矢，实现对1.57μm、3.3μm和1.47μm、3.84μm两对参量光的同时相位补偿。
　　第3章多光参量振荡器理论分析及参数优化。主要针对内腔连续泵浦和外腔脉冲泵浦两种工作形式的多光参量振荡器，由相应的动力学模型、增益特性、阈值特性、腔模匹配等入手，进行了光参量振荡器耦合透过率、泵浦功率、腔型结构等相关重要参数的理论分析及模拟优化，给定了最佳取值范围。
　　第4章内腔连续泵浦多光参量振荡器实验。实验对比分析了内腔连续泵浦多光参量振荡器不同极化结构、不同耦合输出镜透过率、不同泵浦参数对多光参量振荡器输出性能的影响。

探索光学的奥秘：一窥固态多光参量振荡激光技术的研究前景 在探索物质世界最微观的领域，以及在追求更高效、更精确的宏观应用中，激光技术始终扮演着至关重要的角色。其中，全固态多光参量振荡（OPO）激光器以其独特的优势，正在深刻地改变着激光科学与技术的发展轨迹。本文旨在为广大读者，尤其是对光学、激光技术、精密测量、材料科学及相关领域感兴趣的科研人员、工程师和学生，提供一个关于全固态OPO激光器研究的全面而深入的介绍，并在此基础上，描绘出其广阔的研究前景与无限的潜在应用。 第一章：全固态OPO激光器的基本原理与核心优势 要理解全固态OPO激光器的研究价值，首先需要对其基本原理有所掌握。光参量振荡（OPO）是一种非线性光学过程，其核心在于利用非线性晶体将一个高能量的泵浦光（通常为激光）转换成两个或多个具有不同频率（能量）的输出光束，即信号光和闲频光，或者更多数量的光束。这些输出光束的频率可以通过调整泵浦光、非线性晶体的性质以及光路参数来实现精确的调谐，从而产生覆盖范围广泛的光谱。 全固态OPO激光器与传统的OPO系统相比，其显著的“全固态”特性至关重要。这通常意味着泵浦源本身是固态激光器，并且作为OPO增益介质的非线性晶体也是固态材料。相较于气体激光器或染料激光器作为泵浦源，固态激光器具有结构紧凑、效率高、寿命长、输出模式稳定等优势。而作为OPO核心的非线性晶体，其材料选择与性能直接决定了OPO的转换效率、调谐范围、输出功率以及工作波段。 全固态OPO激光器之所以备受瞩目，源于其不可比拟的核心优势： 宽光谱调谐性： 这是OPO最显著的特点。通过更换非线性晶体、改变晶体角度或温度，以及改变泵浦光波长，可以实现从紫外到中红外甚至太赫兹波段的连续或分立光谱调谐。这种灵活性是许多其他激光器难以比拟的。 高效率的光谱转换： 现代非线性光学材料的发展，使得OPO能够实现极高的光参量转换效率，甚至可以接近甚至超越泵浦激光器的效率。 高输出功率与高光束质量： 通过优化设计和泵浦源的选择，全固态OPO可以输出高功率的激光，同时保持良好的光束质量，这对于许多高强度应用至关重要。 紧凑便携性： 相比于依赖液体或气体介质的OPO系统，全固态OPO结构更加紧凑，易于集成和移动，为现场应用提供了可能。 可产生特殊波长： OPO能够生成许多传统激光器难以获得的特定波长，例如某些具有高选择性的吸收谱段，这在光谱分析和科学研究中具有重要价值。 多波长输出能力： 通过设计，一个OPO系统可以同时产生多个独立调谐的光束，为光谱成像、多通道传感等复杂应用提供了平台。 第二章：全固态OPO激光器的关键技术研究方向 全固态OPO激光器的研究是一个多学科交叉的前沿领域，涉及光学、材料科学、电子工程、精密机械等多个方面。其研究内容主要集中在以下几个关键方向： 1. 高性能非线性光学晶体材料的开发与应用： 新材料的探索与合成： 寻找具有更高非线性系数（deff）、更宽的透明窗口、更好的热导率、更低的损伤阈值以及更易于加工的晶体材料是OPO发展的根本驱动力。例如，近年来崛起的周期性极化（PP）材料，如周期性极化铌酸锂（PPLN）、周期性极化磷酸钾（KTP）等，通过工程化制备，能够实现相位匹配，极大地拓展了OPO的工作波段和效率。 晶体性能的优化与表征： 对现有晶体材料的非线性系数、双折射特性、热光效应、光学损伤阈值等关键参数进行精确测量与表征，是设计高性能OPO系统的基础。 晶体加工与封装技术： 高质量的晶体切割、抛光、镀膜以及可靠的封装技术，直接影响OPO系统的稳定性和寿命。 2. 高效稳定的泵浦源技术： 高功率固态激光器： 泵浦源的功率、光束质量和稳定性是OPO性能的决定性因素。高功率、单模输出的DPSS激光器（如Nd:YAG、Yb:YAG、YLF等）或光纤激光器，是理想的泵浦源选择。 短脉冲泵浦源： 为了实现宽带光谱调谐和高转换效率，纳秒、皮秒甚至飞秒脉冲的激光器作为泵浦源越来越受到重视。这涉及到激光器的锁模、脉冲压缩等技术。 泵浦源的稳定性与可靠性： 泵浦源的功率波动、模式不稳或温度变化都会直接影响OPO的输出稳定性，因此，开发高稳定性、长寿命的泵浦源是关键。 3. OPO谐振腔设计与优化： 谐振腔模式： OPO的谐振腔设计直接决定了输出光的模式、光束质量和功率。研究不同类型的谐振腔，如单程OPO、半奏腔OPO、全奏腔OPO、线性腔OPO、环形腔OPO等，以适应不同的应用需求。 相位匹配条件的实现： 在OPO过程中，能量守恒和动量守恒是必须满足的条件。实现有效的相位匹配是OPO工作的关键，这通常通过角度匹配、温度匹配或非周期性极化（NPP）技术来实现。 腔内损耗的降低： 谐振腔内的光学元件（如反射镜、晶体）的损耗会显著降低OPO的效率。优化镀膜技术，减少光学元件表面的散射和吸收，是提高效率的重要途径。 4. OPO的调谐机制与控制： 连续调谐技术： 通过微调非线性晶体的角度、温度或泵浦光波长，可以实现OPO输出光谱的连续调谐。 宽光谱覆盖： 研究如何通过多级OPO、级联OPO或利用不同非线性晶体组合，来实现从紫外到红外乃至太赫兹波段的宽光谱覆盖。 快速调谐与动态控制： 开发能够实现快速、动态光谱调谐的OPO系统，对于实现实时光谱测量和动态响应应用至关重要。这可能涉及到电光效应、声光效应或MEMS技术在晶体驱动中的应用。 5. 多光参量振荡（MOPO）与多输出OPO的研究： 同时产生多个不同波长的光： MOPO允许多个信号光和闲频光同时产生，这为多通道光谱分析、光通信、量子信息等领域提供了强大的工具。 协同输出与独立控制： 研究如何实现多个输出光之间的协同或独立控制，以满足复杂应用的需求。 设计与实现复杂MOPO系统： 这需要精密的腔设计，对多个非线性相互作用过程进行精确控制。 6. OPO的稳定性与可靠性提升： 热效应的补偿： 非线性晶体在高功率泵浦下容易产生热透镜效应，影响OPO的腔长稳定性和输出质量。研究主动或被动热补偿技术是提升稳定性的关键。 环境因素的抗扰： 温度、湿度、振动等环境因素都会影响OPO的性能。开发具有良好环境适应性的OPO系统是其走向实际应用的重要一步。 长期稳定性测试与寿命评估： 对OPO系统进行长期的稳定运行测试，评估其关键部件（如非线性晶体、泵浦源）的寿命，是确保其工程应用可行性的重要环节。 第三章：全固态OPO激光器的应用前景展望 全固态OPO激光器凭借其独特的性能优势，在众多科学研究和工程技术领域展现出巨大的应用潜力，其研究成果将直接推动相关领域的进步。 1. 科学研究领域： 光谱学与分子诊断： OPO能够提供高分辨率、可调谐的激光源，用于探测物质的吸收、激发和拉曼光谱，这在化学分析、生物医学诊断（如早期癌症检测、疾病标记物识别）、环境监测（如污染物追踪）等方面具有重要价值。例如，在中红外波段，OPO可以精确地匹配许多生物分子和化学物质的特征吸收峰，实现高灵敏度、高选择性的检测。 原子与分子物理： 在原子光谱学、冷原子物理、量子模拟等研究中，需要精确调谐到特定能级的激光，OPO是实现这一目标的理想工具。 材料科学与固态物理： 通过OPO产生的特定波长的激光，可以用于激发或探测材料的光学、电学、磁学性质，研究材料的激发态动力学、非线性光学效应等。例如，在半导体研究、纳米材料表征中，OPO可以提供强大的研究手段。 激光诱导击穿光谱（LIBS）： 利用OPO产生的激光，可以实现对元素组成的精确分析，尤其是在难以直接采样的现场或微小样本分析中。 2. 工业与商业应用： 激光加工与制造： 特定波长的激光在材料加工（如精密切割、焊接、表面处理）中具有独特的优势，OPO能够提供这些特定波长的光源，并且可以根据加工需求进行灵活调谐。 光学相干层析成像（OCT）： OPO的宽带调谐能力可以用于开发更高分辨率、更深穿透能力的OCT系统，在生物医学成像（如眼科、皮肤科、血管成像）和材料无损检测领域有广泛应用。 激光雷达（LIDAR）与遥感： OPO可以用于构建多波段、多功能的LIDAR系统，提高目标探测、距离测量、大气成分分析等方面的性能。 激光诱导荧光（LIF）与拉曼光谱： 在食品安全检测、文物保护、矿物勘探等领域，LIF和拉曼光谱技术应用广泛，OPO可提供最优化的激发光源。 光通信： OPO产生的可调谐激光可以用于开发下一代光通信系统，实现更高的传输容量和更灵活的信道选择。 3. 国防与安全领域： 目标识别与伪装探测： 利用OPO产生的特定波长激光，可以有效探测和识别各种目标，特别是利用其光谱特性分辨目标与背景。 激光对抗与定向能武器： 高功率、可调谐的OPO激光器在激光对抗、目标毁伤等军事应用中具有潜力。 化学和生物威胁探测： OPO在中红外波段的强大探测能力，使其成为探测化学制剂、爆炸物和生物毒素等威胁物质的有效工具。 结论： 全固态多光参量振荡激光技术，作为现代激光技术发展的前沿，正以其卓越的光谱调谐性、高效的光谱转换能力以及日益增长的应用潜力，吸引着全球科研界的目光。对其关键技术的深入研究，包括高性能非线性晶体材料的开发、高效稳定的泵浦源技术、精密的腔设计与控制，以及对多光参量振荡现象的深入理解，将不断推动该领域的技术突破。 本文所概述的研究方向和应用前景，仅仅是全固态OPO激光器广阔天地中的一隅。随着技术的不断进步，我们有理由相信，全固态OPO激光器将在未来的科学探索、工业生产、医疗健康以及国防安全等领域，发挥越来越重要的作用，为人类社会的发展带来新的机遇与变革。对于致力于光学和激光技术的研究者而言，这是一个充满挑战与希望的领域，值得投入无限的热情与智慧去探索其深邃的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样的科技媒体从业者来说，一本关于“全固态多光参量振荡激光技术”的书，绝对是一条值得深挖的新闻线索。这本书的题目本身就充满了未来感和突破性。我第一时间的联想是，这项技术有可能彻底改变现有激光器的格局。想象一下，如果能够实现全固态，意味着激光器体积可以做得更小，功耗更低，更易于集成到各种便携式设备中。而“多光参量振荡”则暗示了其在光谱范围、输出模式上的巨大灵活性，这对于需要特定波长光源的应用，比如光谱分析、生物成像、以及先进材料加工，将是革命性的。我好奇书中是如何论述这些潜在应用的，是否会提供具体的案例分析，展示这项技术在不同领域的实际效用？我特别想知道，作者是如何平衡理论研究与实际应用之间的关系，他们是否提出了具体的工程化解决方案，能够让这项前沿技术真正走入市场，惠及更广泛的群体。这本书的出现，就像在沉寂多年的光学技术领域投下了一颗重磅炸弹，让我充满了对未来科技发展的无限遐想。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对物理学基础理论充满浓厚兴趣的爱好者，尤其钟情于电磁学和光学领域。当我看到《全固态多光参量振荡激光技术研究》这个书名时，我的思绪立刻飞到了那些经典的物理学原理上：非线性光学效应、光参量过程、以及固态激光器的基本增益机制。我猜测，这本书很可能会从最基础的物理定律出发，逐步构建起对多光参量振荡过程的深刻理解。我希望书中能够用清晰易懂的语言，解释清楚泵浦光与非线性晶体相互作用产生不同频率光的基本原理，以及如何通过巧妙的腔体设计和晶体排列，实现多个输出光束的稳定生成。同时，“全固态”这一限制条件，也让我对书中关于材料选择和器件构造的讨论产生了浓厚的兴趣。我期待书中能详细介绍各种适合 OPO 的固态材料特性，比如它们的非线性系数、损伤阈值、以及热光效应，并分析这些材料在不同应用场景下的优劣。如果书中还能联系到一些经典的光学实验，或者通过形象的比喻来解释复杂的概念，那将对我这样追求深度理解的读者来说，无疑是极大的福音。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本书，我的第一反应就是它的学术严谨性。从书名就可以看出，这是一项深入的、具有高度专业性的研究。我从事相关领域的工作多年，深知“多光参量振荡”（OPO）本身就是一个充满挑战和魅力的研究方向，而将其与“全固态”技术相结合，更是将这种挑战推向了一个新的高度。我猜测书中会详细阐述 OPO 的基本原理，包括非线性晶体的选择、泵浦光的设计、以及如何实现多波长输出的精确控制。同时，“全固态”这一点又让我联想到，研究者们很可能在激光增益介质、非线性材料的固化工艺、以及整体系统的集成方面投入了大量的精力。我期待书中能够深入剖析这些技术细节，比如在材料科学方面有哪些突破性的进展，它们如何克服了传统 OPO 技术在稳定性、效率和带宽方面的瓶颈。而且，我猜想，这本书不仅仅是理论的堆砌，更可能包含丰富的实验数据、仿真结果，甚至是具体的设计方案和技术路线图。这些宝贵的研究成果，对于我理解当前 OPO 激光器的发展前沿，以及预测未来技术走向，都将具有非常重要的参考价值。

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这本书的封面设计和标题，仅仅是扫了一眼，就立刻吸引了我。我虽然不是这个领域内最顶尖的专家，但作为一名对光学技术发展充满好奇心的爱好者，我对“全固态”和“多光参量振荡”这些关键词组合产生的联想，着实让我兴奋。这似乎预示着一种更高效、更稳定、甚至可能更紧凑的光源技术。我脑海中浮现出各种可能的应用场景，从基础科研的精密测量，到工业制造的精细加工，再到医疗领域的微创治疗，甚至是未来通信技术的革新。我迫不及待地想知道，作者是如何将这些先进的概念融汇贯通，又是如何通过“研究”二字，展现出这一技术从理论到实践的探索历程。这本书的出现，无疑为我打开了一扇新的窗口，让我对激光技术的未来发展有了更具象、更深刻的想象。我特别好奇，在“全固态”这个前缀下，是否意味着摒弃了以往可能存在的液体或气体介质，从而带来更高的可靠性和更长的使用寿命？而“多光参量振荡”又会带来哪些超越传统单输出激光器的独特优势？这些问题，在我翻开书页之前，就已经在我心中激起了层层涟漪，让我对本书的内容充满了期待，甚至可以说是跃跃欲试。

评分☆☆☆☆☆

从一个纯粹的激光技术爱好者角度来看，这本书的名字就如同一个谜语，勾勒出一种神秘而强大的力量。我之所以被吸引，是因为“全固态”这个词汇，让我联想到的是一种干净、高效、可持续的能源形式，摆脱了过去许多激光器对复杂冷却系统或昂贵耗材的依赖。而“多光参量振荡”这个更具技术性的词语，则让我想象到的是一把能够“变戏法”的激光器，能够根据需求产生不同颜色、不同性质的光束，这本身就充满了无限的可能性。我好奇书中是如何将这两种看似独立的先进概念巧妙地结合在一起的。我猜测，作者们一定在其中解决了许多关键的技术难题，比如如何在一个紧凑的固态器件中实现高效的非线性耦合，如何精确地控制输出光的波长和功率，以及如何保证整个系统的长期稳定运行。我期待这本书能够揭示这些“魔法”背后的科学原理，让我这个门外汉也能窥见前沿科技的冰山一角，并且感受到这项技术在未来可能带来的巨大变革。