全固态多光参量振荡激光技术研究 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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于永吉，金光勇 著

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• 全固态激光器
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• 光子学
• 激光物理
• 材料科学
• 精密光学

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出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118115765

商品编码：29775773856

包装：平装

出版时间：2018-02-01

基本信息

书名：全固态多光参量振荡激光技术研究

定价：98.00元

作者：于永吉,金光勇

出版社：国防工业出版社

出版日期：2018-02-01

ISBN：9787118115765

字数：232000

页码：188

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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内容提要

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《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。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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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外研究现状
1．2．2 脉冲运转的QPM-OPO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

光学世界的奇妙旅程：从光的基本性质到前沿应用 引言 光，作为宇宙中最普遍、最基本的存在之一，不仅赋予了我们视觉，更是现代科技发展的基石。从古代哲学家对光线的猜想，到现代科学家对光子量子特性的深入探索，人类对光的认识从未停止。这本书将带领您踏上一段穿越光学世界的奇妙旅程，从理解光的本质出发，逐步深入到其在各个领域的广泛应用，揭示光如何塑造我们的生活，并预示着未来的无限可能。我们将聚焦于光与物质相互作用的物理原理，探讨如何精确地控制和利用光，从而实现前所未有的技术突破。 第一章：光的本质与传播——像素与波动的交响 在本章中，我们将回到光学最根本的层面，重新审视光的本质。传统的光学理论通常从两个截然不同的角度来描述光：一种是将光视为由离散的能量粒子——光子组成的“粒子说”，另一种是将光描述为能量在空间中传播的“波动说”。我们将深入探讨这两种理论各自的起源、发展以及它们在解释不同光学现象时的优势与局限。 光子：量子世界的微小信使 我们将详细介绍光子的概念，以及它在量子力学中的地位。理解光子，需要回溯到普朗克和爱因斯坦的革命性工作。我们会探讨光电效应，这成为了证明光子存在的关键证据。通过光电效应的实验，我们将理解光的能量与频率之间的关系，以及光子如何与物质发生能量交换。此外，我们还会介绍光子的动量性质，以及它在康普顿散射等现象中的体现。这一章节将为理解后续更复杂的非线性光学效应打下坚实的理论基础。 电磁波：光在空间中的优雅舞蹈 波动理论将光视为一种电磁波，这是由相互垂直的电场和磁场组成的横波。本章将回顾麦克斯韦方程组如何统一了电与磁的现象，并预言了电磁波的存在。我们将分析光的波长、频率、振幅和相位等关键参数，以及它们如何决定光的颜色、强度和偏振等特性。通过对光的衍射、干涉和偏振等现象的阐述，我们将深刻理解光的波动性。衍射展示了光穿过障碍物边缘时会发生弯曲，而干涉则揭示了当两束光叠加时会产生明暗相间的条纹，这些都无可辩驳地证明了光的波动本质。偏振则描述了电场振动方向的限制，它在许多光学器件中扮演着重要角色。 波粒二象性：一个统一的视角 最令人着迷的是，光同时表现出粒子和波动的特性。这种“波粒二象性”是量子力学的核心概念之一。在本章的结尾，我们将探讨如何在这种看似矛盾的描述中找到统一。我们将介绍一些能够同时体现光子性和波动性的实验，例如双缝干涉实验，在单个光子探测的条件下，仍然会形成干涉条纹，这充分说明了光子的叠加态。理解波粒二象性，是理解现代光学和许多前沿技术（如激光、量子通信）的钥匙。 第二章：光的与物质的相互作用——能量的传递与转化 光与物质的相互作用是理解各种光学现象和技术的基础。当光照射到物质上时，会发生一系列复杂的能量交换和转化过程，这些过程既有经典的描述，也蕴含着深刻的量子机制。 吸收与散射：光能的消逝与重塑 当光子与物质中的原子或分子相互作用时，物质可以吸收光子的能量，导致其内部电子跃迁到更高的能级。我们将详细介绍吸收光谱的形成原理，以及不同物质对特定波长光的吸收特性。这种选择性吸收是许多材料着色和光学滤光片工作的基础。 同时，光也可以与物质发生散射。我们区分瑞利散射（对波长较长的光影响小）和米氏散射（对波长较短的光影响更大），并解释为什么天空是蓝色的，以及为什么云是白色的。我们还会探讨共振拉曼散射，这是一种在特定频率下散射强度大大增强的现象，为物质成分的分析提供了有力工具。 折射与反射：光的路径改变 当光从一种介质传播到另一种介质时，其传播方向会发生改变，这就是折射。我们将运用斯涅尔定律来定量描述折射现象，并解释折射率的概念，它反映了光在不同介质中的传播速度差异。折射是透镜成像、光的色散（如三棱镜将白光分解成彩虹）以及许多光学器件（如照相机镜头、显微镜）工作原理的核心。 反射则是光照射到物质表面后沿着特定方向返回的现象。我们区分镜面反射（光滑表面）和漫反射（粗糙表面）。理解反射定律，对于设计光学仪器、制造镜子以及理解全息术等技术至关重要。 非线性光学效应：超越经典的光学范畴 在强光照射下，物质的介电常数会随着光的强度而变化，从而导致一系列“非线性”光学效应。这些效应在经典线性光学中是不存在的。在本章中，我们将初步介绍一些重要的非线性光学现象，例如： 二次谐波产生 (SHG)：将入射光的频率加倍，生成更高频率的光。 三次谐波产生 (THG)：将入射光的频率变为原来的三倍。 参量放大/振荡 (OPA/OPO)：利用非线性材料将一束泵浦光“分裂”成两束（信号光和闲置光），并能够实现光的频率转换和放大。这是本书后续章节深入探讨的核心技术。 自聚焦与自陷波导：在高强度光场下，物质的折射率会发生空间分布上的变化，导致光束自身发生聚焦或形成自陷的波导。 我们将强调，这些非线性效应通常需要非常高的光强度才能显现，而这正是激光技术能够提供强大支持的关键。 第三章：激光器的基本原理与关键技术——定向、单色、高强度光的诞生 激光，即“受激辐射的光放大”，是20世纪最伟大的发明之一。它产生的相干性好、方向性强、单色性高、亮度极高的光束，极大地推动了科学、技术和医学的发展。本章将深入剖析激光器工作的基本物理原理，并介绍实现激光输出的关键技术。 受激辐射：爱因斯坦的洞见 本章将从爱因斯坦关于受激辐射的理论出发，解释激光产生光放大的核心机制。我们将介绍原子能级、激发态、亚稳态以及粒子数反转的概念。当大量原子处于亚稳态时，一个光子就能引发与之同频率、同相位、同方向的大量受激辐射，从而实现光的放大。我们将详细解析光与物质相互作用的三种基本过程：自发辐射、受激吸收和受激辐射。 激光器的结构与组成：协同工作的精密系统 一个典型的激光器由几个关键部分组成： 增益介质 (Gain Medium)：这是产生受激辐射的物质，可以是固体、液体、气体或半导体。不同的增益介质决定了激光器的输出波长和性能。我们将介绍各种常见增益介质的特性，例如红宝石、Nd:YAG晶体、CO2气体、染料、半导体PN结等。 泵浦源 (Pumping Source)：为增益介质提供能量，使其粒子数达到反转的条件。泵浦源可以是光学泵浦（如闪光灯、另一束激光）、电学泵浦（如电流注入）或化学泵浦。我们将讨论不同泵浦方式的效率和适用性。 谐振腔 (Resonant Cavity)：通常由两个反射镜组成，用于增强光与增益介质的相互作用，并选择性地反馈特定模式的光。我们将解释谐振腔的作用，包括选择性放大特定模式（横模和纵模）、以及腔损耗和输出耦合。 不同类型的激光器及其特点 我们将介绍几种典型的激光器类型，并分析它们的优缺点和应用领域： 固体激光器：如Nd:YAG激光器，具有高功率、易于操作的特点，广泛应用于工业加工、医疗和科研。 气体激光器：如He-Ne激光器（低功率，单色性好，用于测量和定位）、CO2激光器（高功率，适用于材料加工）和准分子激光器（高功率紫外激光，用于半导体制造）。 半导体激光器：体积小、效率高、易于调制，是光通信、CD/DVD播放器和激光指示器的核心。 光纤激光器：输出光束质量好、维护方便、功率可扩展性强，在工业、通信和医疗领域得到越来越广泛的应用。 第四章：激光参量放大与振荡技术——频率转换与激光光源的拓展 在理解了激光的基本原理之后，本章我们将聚焦于激光参量放大 (OPA) 和激光参量振荡 (OPO) 技术。这两种技术是利用非线性光学效应，对激光的频率进行有效转换和调节的关键手段，极大地拓展了激光光源的应用范围。 非线性光学晶体：参量过程的“催化剂” OPA和OPO的核心在于使用特定的非线性光学晶体。这些晶体在强激光场的作用下，能够将一个高频率的光子（泵浦光）转化为两个低频率的光子（信号光和闲置光），或者将两束低频率的光（信号光和闲置光）耦合，产生一束高频率的光（泵浦光）。我们将介绍几种常用的非线性晶体，如BBO（beta-barium borate）、LBO（lithium triborate）、KTP（potassium titanyl phosphate）等，并讨论它们的非线性系数、双折射特性以及相位匹配条件。 参量放大 (OPA)：精准的频率“转换器” OPA过程可以看作是一个“非线性放大”过程。当一束强泵浦光通过非线性晶体时，如果同时存在一束弱的信号光，那么在泵浦光能量的驱动下，信号光会得到极大的放大，同时产生一个与之能量守恒的闲置光。通过调整泵浦光的频率、信号光的初始频率以及非线性晶体的参数，我们可以实现对输出信号光和闲置光频率的精确控制。 我们将详细阐述OPA的工作原理，包括： 能量守恒：$ omega_p = omega_s + omega_i $ (泵浦光频率等于信号光频率加闲置光频率) 动量守恒（相位匹配）：$ k_p = k_s + k_i $ (泵浦光波矢量等于信号光波矢量加闲置光波矢量) 相位匹配是实现高效OPA的关键，我们将讨论几种常用的相位匹配技术，如临界相位匹配和非临界相位匹配。OPA能够产生可调谐的紫外、可见光乃至红外波段的激光，为光谱学、时间分辨研究和材料分析提供了强大的工具。 参量振荡 (OPO)：独立可调谐的激光光源 OPO过程在OPA的基础上，引入了谐振腔。通过将非线性晶体放置在谐振腔内，信号光或闲置光（或两者）在晶体中得到放大后，通过反射镜的多次反射，可以进一步与泵浦光相互作用，从而实现自激振荡。一旦达到阈值，OPO就能独立地产生输出光，而不需要外部的信号光输入。 我们将深入分析OPO的工作原理，包括： 振荡阈值：实现OPO振荡所需的最小泵浦光强度。 输出特性：OPO的输出波长、线宽、功率和稳定性，以及如何通过改变泵浦光、非线性晶体或谐振腔的参数来控制这些特性。 OPO是目前最重要和最通用的可调谐光源之一。它们能够覆盖从紫外到中红外的广泛波段，输出激光的线宽可以达到很高，这使得它们在精密光谱学、量子光学实验、化学传感、遥感和医学成像等领域具有不可替代的优势。 第五章：前沿技术与未来展望——光的无限可能 在掌握了激光、OPA和OPO的基本原理和技术之后，本章我们将探讨这些技术在各个前沿领域的应用，并展望它们未来的发展趋势。 在科学研究中的应用 超快光谱学：利用短脉冲激光和OPA/OPO产生的超短脉冲，可以对分子和材料的瞬时过程进行时间分辨研究，例如化学反应动力学、能量传递过程等。 非线性光谱学：OPA/OPO可以产生特定频率的光，用于探测物质的非线性光学响应，揭示物质的精细结构和电子性质。 量子光学实验：可调谐、高相干性的激光光源是实现量子纠缠、量子计算和量子通信等前沿研究的基础。 精密测量与传感：利用激光的高方向性和单色性，可以实现高精度的距离测量、速度测量和痕量物质的检测。 在工业与商业领域的应用 精密加工：高功率激光器在切割、焊接、打标和表面处理等方面发挥着关键作用，能够实现高精度、无接触的加工。 光通信：半导体激光器和光纤激光器是光通信系统的核心，支持着高速、大容量的信息传输。 医疗保健：激光手术（如眼科手术）、激光治疗（如皮肤治疗）和诊断成像（如光学相干断层扫描）都依赖于激光技术。 显示技术：激光投影仪能够提供更宽的色域、更高的亮度和更好的对比度。 面向未来的探索 新一代激光光源：研究更高功率、更短脉冲、更宽波段的激光器，以满足不断增长的应用需求。 智能光学系统：结合人工智能和机器学习，开发能够自主优化、适应性强的光学系统。 激光驱动的能源与环境应用：例如激光诱导击穿光谱 (LIBS) 用于环境监测和材料分析，以及激光在可再生能源领域的潜在应用。 光与生物学的深度融合：利用激光技术在基因测序、细胞成像、神经科学研究等领域实现新的突破。 结论 光，这一既古老又年轻的现象，在人类智慧的驱动下，正以前所未有的速度和广度改变着我们的世界。从理解光的粒子与波动本质，到掌握其与物质复杂的相互作用，再到激光器及其参量转换技术的诞生，我们看到了人类对光的探索是如何一步步深入，并催生出无数革命性的技术。本书所介绍的内容，只是光学研究浩瀚海洋中的一隅，但它足以展现出光在推动科学进步、产业发展和社会变革中所扮演的关键角色。随着技术的不断进步，我们有理由相信，未来我们将解锁更多关于光的奥秘，并利用光的力量，创造更加美好的未来。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，就像是跟随一位经验丰富的向导，在复杂而迷人的物理世界中进行一次深入的探险。作者的叙事风格非常严谨，逻辑链条清晰有力，每一步推导都扎实可靠，让人在跟进复杂理论时感到踏实。书中对基本原理的阐述，既保持了高度的科学准确性，又兼顾了读者的理解需求，没有那种晦涩难懂的“故作高深”，而是通过精妙的类比和图示，将抽象的概念具象化。尤其是一些关键实验设置的描述部分，细节详尽，仿佛能看到实验台上的每一个精密仪器在精确运作，这种沉浸式的阅读体验是很多同类书籍所不具备的。

评分☆☆☆☆☆

我特别欣赏作者在处理前沿交叉领域问题时的宏观视野。这本书不仅仅局限于对单一技术的罗列和介绍，更将这些技术置于更广阔的科学背景和未来应用前景之中进行审视。它成功地勾勒出了一条清晰的技术发展脉络，使得读者不仅知其所以然，更能知其所以往。在探讨技术局限性和未来挑战的部分，作者展现了极大的坦诚和批判性思维，没有过度美化当前的技术水平，而是直面现实中的瓶颈，这对于激发后继研究人员的创新灵感至关重要。这本书无疑为我们理解该领域的发展全景提供了极佳的参照系。

评分☆☆☆☆☆

这本书的整体阅读体验，可以用“酣畅淋漓”来形容。它的知识密度极高，每一页都充满了需要思考和消化的信息量，完全没有多余的废话和注水内容，这对于时间宝贵的科研工作者来说是最大的福音。从第一章的理论基础奠定，到最后几章的实际工程化考量，内容层层递进，结构严谨得如同一个精心设计的物理系统。读完之后，我感觉脑海中原本零散的知识点被有效地组织起来，形成了一个结构化的知识体系框架，极大地提升了我对这一复杂前沿技术领域的整体把握能力，绝对是一部值得反复查阅和学习的工具书。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计非常引人注目，硬壳封面采用了深邃的蓝色调，搭配烫金的书名和作者信息，散发出一种专业而典雅的气息。内页纸张的质感也无可挑剔，米白色的纸张手感厚实，印刷清晰，字体的排版布局合理，阅读起来非常舒适，即使长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。整体来看，这本书在物理形态上就给人一种高品质的感觉，让人在翻阅之前就对其中蕴含的知识充满了期待。这种对细节的关注，也从侧面反映出作者和出版方对这部作品的重视程度，是一本值得珍藏的学术著作。

评分☆☆☆☆☆

对于已经有一定基础的专业人士而言，这本书的价值在于其对细节的极致挖掘和对现有文献的系统性梳理。书中引用的参考文献涵盖了近些年的重要进展，这本身就是一份宝贵的资源索引。更难得的是，作者并没有停留在简单的信息堆砌，而是对不同学派的观点进行了深入的比较和辨析，形成了自己独到的见解。对于那些希望突破现有研究瓶颈的学者来说，书中隐藏的“未解之问”和“潜在方向”的暗示，是极具启发性的“金矿”，需要反复研读才能完全领悟其深层含义。