飞秒激光在若干前沿技术中的应用 王清月 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王清月 著

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• 前沿技术

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出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118103298

商品编码：29324837190

包装：平装-胶订

出版时间：2017-03-01

基本信息

书名：飞秒激光在若干前沿技术中的应用

定价：98.00元

作者：王清月

出版社：国防工业出版社

出版日期：2017-03-01

ISBN：9787118103298

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

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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王清月编*的《飞秒激光在前沿技术中的应用》介绍飞秒激光技术在前沿领域中的应用。第l章，介绍飞秒激光的基本概念，包括飞秒激光的主要特点、脉冲形成机制以及脉冲的测量手段等。第2章，按照飞秒激光技术的发展历程，介绍几种典型的飞秒激光源，包括钛宝石飞秒激光源、光纤飞秒激光源、光子晶体光纤飞秒激光源、超连续谱飞秒激光源、光学参量飞秒激光源及紫外飞秒激光源等。从第3章开始，介绍飞秒激光在物理、工业、生命科学等领域的典型应用。第3章，介绍飞秒激光在高非线性光子晶体光纤中实现非线性频率变换的应用。第4章，介绍飞秒激光产生超快太赫兹辐射脉冲技术，以及基于该技术的太赫兹时域频谱学。第5章，介绍飞秒激光与金属、透明介质、有机物等典型材料的相互作用机制，讨论其在材料加工中的突出特点。第6章，介绍基于飞秒激光的高时间分辨本领与梳状光谱实现任意长度* 对距离测量的应用。第7章，介绍飞秒激光在生命科学中的应用，包括生物成像、转基因、细胞手术、分子调控、细胞融合及组织修复等方向。
本书主要面向基于飞秒激光开展研究工作的科研人员，并可作为激光专业研究生教材。

目录

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章 飞秒激光的基本概念和基本知识 1.1 飞秒激光的特点 1.2 飞秒激光脉冲是如何形成的 1.3 各种物理机制对脉冲宽度的影响 1.3.1 增益的滤波作用 1.3.2 谐振腔的选模作用 1.3.3 自相位调制效应的加宽光谱作用 1.3.4 色散对脉冲的影响 1.4 超短脉冲激光测量技术 1.4.1 强度相关函数 1.4.2 双光子荧光法 1.4.3 二阶强度光学相关器 1.4.4 相干光学相关器 1.4.5 单次脉冲光学相关器 参考文献第2章 典型飞秒激光源 2.1 钛宝石飞秒激光源 2.1.1 钛宝石飞秒激光器 2.1.2 钛宝石飞秒激光放大器 2.2 光纤飞秒激光源 2.2.1 非线性偏振旋转锁模光纤激光器 2.2.2 孤子锁模光纤激光器 2.2.3 自相似锁模光纤激光器 2.3 光子晶体光纤飞秒激光源 2.3.1 光子晶体光纤飞秒激光器 2.3.2 光子晶体光纤飞秒激光放大系统 2.4 其他飞秒激光源 2.4.1 超连续谱飞秒激光源 2.4.2 光学参量飞秒激光源 2.4.3 紫外飞秒激光源 参考文献第3章 光子晶体光纤飞秒激光频率变换技术 3.1 光子晶体光纤的典型结构及其特性 3.1.1 无截止单模特性 3.1.2 可控的色散特性 3.1.3 可设计的非线性特性 3.1.4 高双折射率特性 3.1.5 带隙特性 3.2 光子晶体光纤的种类和制作方法 3.2.1 全内反射型光子晶体光纤 3.2.2 带隙型光子晶体光纤 3.2.3 光子晶体光纤的拉制方法 3.3 高非线性光子晶体光纤及频率上转换 3.3.1 偏振控制的频率上转换 3.3.2 模式控制的频率上转换 3.3.3 多芯光子晶体光纤中的频率上转换 3.3.4 光子带隙型光子晶体光纤中的频率变换 参考文献第4章 超快太赫兹辐射脉冲的产生与太赫兹时域频谱学 4.1 泵浦一探测技术及太赫兹时域频谱技术 4.1.1 泵浦一探测技术 4.1.2 太赫兹时域频谱技术 4.2 超快太赫兹辐射脉冲的产生及探测 4.2.1 电磁辐射方程 4.2.2 基于光电导天线的超短太赫兹辐射脉冲的产生及探测 4.2.3 光学整流产生超短脉冲太赫兹辐射及其探测 4.3 高功率超快太赫兹辐射脉冲 4.3.1 大口径光电导天线太赫兹辐射源 4.3.2 高效、高功率超快太赫兹辐射脉冲源 4.3.3 电子加速器产生超快太赫兹辐射 4.3.4 基于气体等离子体的超快太赫兹辐射源 4.3.5 物质与强太赫兹辐射的相互作用 4.4 超快太赫兹辐射脉冲操控技术 4.4.1 太赫兹辐射脉冲的中心频谱调谐技术 4.4.2 脉冲整形及编码 4.4.3 标准的太赫兹时域频谱实验系统 4.4.4 小波域太赫兹时域频谱技术 4.4.5 光学泵浦一太赫兹探测太赫兹时域频谱技术 4.4.6 太赫兹泵浦一太赫兹探测太赫兹时域频谱技术 4.4.7 太赫兹泵浦一光学探测太赫兹时域频谱技术 参考文献第5章 飞秒激光微纳加工技术 5.1 飞秒激光与金属相互作用 5.1.1 双温度方程 5.1.2 改进的双温度方程 5.1.3 双温度方程与流体力学方程组 5.1.4 飞秒激光加工金属孔 5.1.5 飞秒激光金属表面改性- 5.2 飞秒激光与透明介质相互作用 5.2.1 飞秒激光与透明介质相互作用的理论模型 5.2.2 飞秒激光直写波导 5.2.3 飞秒激光直写微流体管道 5.2.4 飞秒激光全息法制造三维微纳结构 5.2.5 飞秒激光表面织构技术 5.2.6 飞秒激光与半导体相互作用中的非热熔化 5.3 飞秒激光与有机物相互作用 5.3.1 紫外激光烧蚀有机物的原理 5.3.2 真空紫外激光烧蚀有机物的原理 5.3.3 近红外激光烧蚀有机物面临的困难 5.3.4 中红外激光共振烧蚀有机物的理论和实验研究 5.3.5 激光推进轻型飞行器 5.4 多脉冲效应 5.4.1 多脉冲的理论 5.4.2 高重复频率飞秒脉冲在直写波导领域中的应用 5.4.3 高重复频率飞秒脉冲在激光微焊接领域中的应用 5.5 氛围的影响 5.5.1 水的击穿与超临界水的产生 5.5.2 冲击波法纳米化 5.5.3 超临界状态的产生及其应用 参考文献第6章 基于飞秒激光的精密测距技术 6.1 激光测距概述 6.1.1 脉冲飞行时间距离测量 6.1.2 基于光波干涉的距离测量 6.1.3 激光测距的定标问题 6.1.4 现有的高精度、大量程的激光距离测量方案比较 6.2 飞秒激光测距原理 6.2.1 飞秒激光的时间一频率特性 6.2.2 飞秒激光的飞行时间测距理论 6.2.3 飞秒激光的飞行时间与光波干涉相结合的测距理论 6.2.4 基于飞秒激光的啁啾脉冲激光雷达 6.3 基于飞秒激光的任意长度距离测量技术 6.3.1 基于飞秒激光的微尺度、高精度位移测量 6.3.2 千米尺度、纳米分辨率的飞秒激光飞行时间距离测量 6.3.3 基于双飞秒激光频率梳的高速、高分辨率距离测量 6.4 飞秒激光任意长度距离测量在卫星编队飞行中的应用 6.4.1 基于卫星编队飞行的合成孔径空间探测器 6.4.2 基于光学干涉仪的引力波探测器 参考文献第7章 基于飞秒激光的生物光子学 7.1 基于飞秒激光技术的生物成像 7.1.1 非线性成像理论 7.1.2 多光子荧光成像 7.1.3 谐波成像 7.1.4 相干反斯托克斯拉曼散射成像 7.1.5 受激辐射耗尽超分辨率显微成像 7.2 飞秒激光光镊及转基因技术 7.2.1 飞秒激光光镊 7.2.2 飞秒激光转基因 7.2.3 飞秒激光转基因在基因工程上的应用 7.3 飞秒激光细胞手术及分子调控 7.3.1 飞秒激光对细胞的手术 7.3.2 飞秒激光对于神经的手术以及神经再生 7.3.3 飞秒激光对细胞内钙离子的调控 7.3.4 飞秒激光对于细胞内活性氧自由基簇的调控 7.4 飞秒激光细胞融合及组织修复 7.4.1 飞秒激光对细胞的融合 7.4.2 飞秒激光外科手术 7.4.3 基于飞秒激光的光动力治疗参考文献

作者介绍

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文摘

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序言

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飞秒激光：划破时空的精密之刃，赋能未来科技的无限可能 在浩瀚的科学探索领域，总有一些前沿技术如同璀璨的星辰，指引着人类突破认知的边界，开启新的篇章。而飞秒激光，正是这其中一颗闪耀着耀眼光芒的明星。它以其极致短暂的光脉冲、无与伦比的能量密度和精准的时间操控能力，正在深刻地改变着材料加工、生物医学、光学通讯、精密测量等诸多关键技术领域，展现出前所未有的应用潜力。 本书《飞秒激光在若干前沿技术中的应用》并非一本单纯的技术手册，而是试图以深入浅出的方式，带领读者一同走进飞秒激光的神奇世界。我们将从飞秒激光的基本原理出发，剖析其为何能够实现如此精密的操控，进而深入探讨它在多个前沿技术领域中所扮演的关键角色，以及它为这些领域带来的革命性突破。 第一部分：飞秒激光的奥秘——超乎想象的瞬时力量 在正式踏入应用领域之前，理解飞秒激光的独特性至关重要。飞秒，这个听起来陌生的时间单位，意味着十的负十五次方秒。想象一下，一束光在一秒钟内能够穿越地球的距离，而飞秒激光的光脉冲，其持续时间甚至比光穿越原子核所需的时间还要短。这种极致的短暂，赋予了飞秒激光非同寻常的能量密度。当如此庞大的能量在极短的时间内聚焦到一个微小的区域时，会发生什么？答案是：冷加工。 不同于传统的激光加工方式，飞秒激光的能量输入速度远远快于材料的热传导速度。这意味着，在激光作用区域内的材料瞬间被汽化、烧蚀，但其周围的大部分材料却几乎没有时间吸收热量而发生熔化或变形。这种“冷加工”效应，是飞秒激光实现超高精度加工的根本原因。它能够以纳米甚至亚纳米的精度切割、钻孔、刻蚀，而不会留下热损伤、熔渣或脆性裂纹。 本书将在这一部分详细介绍飞秒激光的产生原理，包括掺镱光纤激光器、钛宝石激光器等主流技术，以及脉冲压缩、放大等关键技术。同时，我们将深入剖析飞秒激光与物质相互作用的物理机制，例如等离子体形成、多光子吸收、电子加热和晶格振动等，帮助读者建立对飞秒激光独特加工能力的直观认识。 第二部分：飞秒激光赋能的精密加工——雕刻微观世界的鬼斧神工 材料加工是飞秒激光最直接、也是最广泛的应用领域之一。传统的机械加工和低功率激光加工往往受限于材料的硬度、脆性以及加工精度。而飞秒激光的出现，彻底改变了这一局面。 微纳制造的革命： 在半导体芯片制造领域，飞秒激光能够实现对硅晶圆、光刻胶等材料的超精密切割和图案化，为更高集成度、更小尺寸的芯片制造提供了可能。例如，在制造先进的集成电路时，需要对掩膜版进行精细的修补和加工，飞秒激光能够以纳米级的精度完成这项任务，确保芯片的性能和可靠性。 先进材料的挑战： 对于陶瓷、玻璃、硬质合金等传统加工方式难以应对的材料，飞秒激光展现出强大的加工能力。它可以实现对这些材料的无损切割、精密钻孔、表面改性，从而为航空航天、精密仪器、医疗器械等领域的新型材料应用开辟道路。例如，在制造高精度医疗植入物时，需要对钛合金等生物相容性材料进行复杂形状的加工，飞秒激光能够实现其表面微结构的设计和制造，提升植入物的生物相容性和力学性能。 超快动力学的观测： 飞秒激光还可以被用来研究材料在超快时间尺度下的动力学过程。通过飞秒激光泵浦-探测技术，科学家们可以“拍摄”到原子、分子在化学反应、相变过程中瞬间的动态变化，从而更深入地理解物质的本质。这对于新材料的设计与开发，以及催化、光合作用等基础科学研究具有极其重要的意义。 在这一章节，我们将通过具体的案例，如飞秒激光在微流控芯片制造、3D打印高精度零件、超精密光学元件加工等方面的应用，展示飞秒激光如何成为雕刻微观世界、实现精密制造的利器。 第三部分：飞秒激光的生命触角——重塑生物医学的未来 生物医学领域，一直以来都渴望着更加精准、微创的诊断和治疗手段。飞秒激光的出现，为这一愿景的实现注入了强大的动力。 眼科手术的精进： 飞秒激光在眼科手术中早已大放异彩。利用飞秒激光进行角膜瓣的制作，相比传统的板层刀，其精度更高，愈合更快，极大降低了手术并发症的风险。目前，飞秒激光辅助的白内障手术也日益成熟，能够实现对晶状体的精准分割，减轻超声乳化负荷，保护角膜内皮细胞。 微创治疗的新可能： 飞秒激光的精确性使其能够深入组织内部，进行精确的烧蚀或切割，而对周围正常组织的损伤极小。这为肿瘤治疗、神经外科手术等带来了新的可能性。例如，利用飞秒激光进行病灶的精准切除，可以最大程度地保留健康组织的功能，减少术后并发症。 细胞与分子的精确操控： 在基础生物学研究中，飞秒激光可以被用来实现对单个细胞甚至细胞内特定结构的精确操控，例如细胞的切割、融合、基因转染等。它还能被用于对生物分子进行超快光谱探测，揭示蛋白质折叠、DNA损伤修复等过程的精细机制。 生物打印与组织工程： 飞秒激光可以与生物墨水结合，实现高精度、高分辨率的3D生物打印。这为构建复杂的人工组织、器官提供了新的技术途径，有望在药物筛选、再生医学等领域发挥重要作用。 本书将详细阐述飞秒激光在眼科手术、肿瘤消融、神经调控、细胞显微操作、药物输送等方面的具体应用，以及其在推动精准医疗和再生医学发展中的潜力。 第四部分：飞秒激光的讯息之光——革新光学通讯的边界 信息时代，对数据传输速度和容量的需求永无止境。飞秒激光在光学通讯领域，正扮演着越来越重要的角色。 超高带宽的传输： 飞秒激光产生的超短脉冲，携带了极高的信息密度。通过利用其频谱的展宽和精细的波长选择，可以在一根光纤中传输海量信息，极大地提升了通信系统的带宽。 非线性光学效应的应用： 飞秒激光强大的峰值功率，能够激发光纤中的非线性光学效应，如自相位调制、交叉相位调制等。这些效应可以用来实现光信号的整形、光谱的拓展，以及对信息进行编码和复用，从而实现更高效、更安全的通信。 光电探测与传感： 飞秒激光还可以用于开发新型的光电探测器和传感器。例如，利用其极短的脉冲宽度，可以实现对高速光信号的精确采样和测量，这对于高速通信系统的性能评估和优化至关重要。 本部分将介绍飞秒激光在光纤通信、光信号处理、超快光子学检测等方面的应用，以及其在构建下一代高速、大容量通信网络中的关键作用。 第五部分：飞秒激光的测量之眼——探寻宇宙与微观的真相 精准测量是科学研究的基础。飞秒激光以其超高的时间分辨率和空间分辨率，为我们提供了前所未有的测量工具。 超快现象的捕捉： 飞秒激光作为“探测器”，可以捕捉到原子、分子碰撞、化学反应、电子跃迁等极速发生的物理和化学过程。通过精密的飞秒时间分辨光谱学技术，科学家们能够直接观察到这些瞬息万变的动态过程。 精密定位与导航： 飞秒激光测距系统，以其极高的精度，在地面测量、空间探测、精密定位等领域具有广泛应用。例如，利用激光干涉仪测量引力波，就需要飞秒激光提供的极高精度。 先进成像技术： 飞秒激光还可以用于开发新型的成像技术，如飞秒激光显微镜、飞秒激光CT等。这些技术能够以更高的分辨率、更低的损伤，观察生物组织、材料内部结构，为科学研究和医学诊断提供更丰富的信息。 本书将深入探讨飞秒激光在时间分辨光谱学、激光雷达、精密干涉测量、超快成像等方面的应用，以及它如何帮助我们更深入地理解宇宙的奥秘和物质的微观世界。 结语：飞秒激光的明天——持续演进，无限可能 飞秒激光技术仍在不断发展之中，新的激光器类型、更短的脉冲、更高的重复频率、更强的能量输出，以及更先进的控制技术，正在不断涌现。可以预见，飞秒激光将在未来扮演更加重要的角色，并在更多前沿技术领域催生出颠覆性的创新。 本书旨在为读者提供一个关于飞秒激光在若干前沿技术中应用的全面而深入的视角。我们希望通过对飞秒激光原理及其多领域应用的详细阐述，能够激发读者对这项技术的兴趣，并为相关领域的科研人员、工程师以及对前沿科技充满好奇的读者提供有价值的参考。飞秒激光，这把划破时空的精密之刃，正引领着我们走向一个更加精准、高效、智能的未来。

评分☆☆☆☆☆

作为一名资深的技术阅读者，我对书籍的参考文献和注释系统有着近乎苛刻的要求。这本书在这方面的表现，简直是无可挑剔的典范。它所引用的文献覆盖了过去二十年间该领域的标志性成果，从经典论文到最新的会议记录，来源丰富，体现了作者扎实的学术功底和对领域动态的全面掌握。更重要的是，注释的标注方式极其规范且详细，很多关键的数据和结论后面都清晰地指明了出处，这极大地增强了信息的可追溯性和权威性。我甚至花了一些时间去查阅其中几个关键引用的原始文献，发现它们确实是该领域的里程碑式工作。这种对细节的极致追求，让这本书不仅仅是一本学习资料，更成为了一个高效的“科研信息索引库”。它让读者在学习新知识的同时，也建立了一个高质量的学术资源网络，可以直接顺藤摸瓜，深入到各个子领域的源头去探究。对于需要进行深度文献调研的专业人士而言，这本书的价值几乎是几何级增长的，它为后续的深入研究铺设了一条平坦而坚实的信息高速公路。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简直是视觉的盛宴，那种深邃的蓝色调配上激光束的动态光影，立刻抓住了我的眼球。我本来就对高精尖的物理技术抱有浓厚的兴趣，但坦白说，我对“飞秒”这个概念更多停留在科幻小说层面。然而，这本书的导论部分处理得非常巧妙，它没有一开始就抛出复杂的数学公式，而是用非常生动、类比的方式，将超快脉冲激光的特性娓娓道来。作者似乎深知普通读者在面对前沿科学时的那种敬畏与困惑，所以文字的颗粒度控制得恰到好处，既保证了科学的严谨性，又不至于让人望而却步。我特别欣赏它在开篇部分对于激光发展史的梳理，那种时间线的构建，让人能清晰地看到技术是如何一步步突破极限的。特别是关于“时间测量”与“时间操控”这两个核心概念的阐释，简直像一扇窗户，让我窥见了物理世界在纳秒、皮秒之外的另一个维度。虽然我还没深入到具体的技术应用章节，但仅凭这前期的铺垫，就已经让我对后续内容的探索充满了期待，感觉这不仅仅是一本技术手册，更像是一部关于人类如何“捕捉时间”的史诗。这本书的装帧质量也极高，纸张的触感和印刷的清晰度，都体现了出版方对内容的尊重，让人爱不释手，非常适合放在书架上细细品味。

评分☆☆☆☆☆

这本书的学术深度和广度令人印象深刻，但真正让我拍案叫绝的，是它对于未来趋势的洞察力。它不仅仅是对现有技术的“总结和回顾”，更像是一份“面向未来的技术路线图”。在每个关键应用章节的末尾，作者都设置了一个“展望”或“挑战”的小节，清晰地指出了当前研究的瓶颈所在，以及未来几年内最有可能实现突破的方向。这种前瞻性的分析，对于正在进行研究规划的研究生和青年学者来说，简直是无价之宝。我发现，作者在评估新技术潜力时，总是能够保持一种批判性的平衡视角，既不过分夸大技术的颠覆性，也不因其难度而轻视其长期价值。例如，在讨论超快非线性光学在信息技术中的潜力时，作者非常冷静地分析了其在功耗和稳定性方面面临的现实困难，而不是一味地描绘美好的愿景。这种基于现实考量的未来预判，使得整本书的论述充满了可信度和说服力，它为读者提供了一个成熟的、脚踏实地的视角去审视“颠覆性技术”的真正含义。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构安排简直是教科书级别的示范，逻辑的推进层层递进，严密得像是经过精密计算的激光束路径。我一直觉得，一本好的专业书籍，其价值不仅在于提供了多少知识点，更在于它如何构建知识体系，引导读者进行系统性的思考。这本书在这方面做得极其出色。它没有简单地罗列各个应用领域，而是先建立了一个坚实的“飞秒物理基础”模块，这部分内容详略得当，对于那些有一定光学背景的读者来说，是极佳的知识巩固；对于新手，它又提供了足够的背景信息去理解后续复杂的技术。尤其值得称赞的是，作者在介绍不同前沿技术时，采取了“问题导向”的叙事策略。比如，在讨论材料加工时，它不直接讲怎么切割，而是先提出“如何实现对亚微米级缺陷的无损加工”这一挑战，然后引出飞秒激光的独特优势，这种方式极大地增强了阅读的代入感和目的性。此外，书中对配图的运用达到了出神入化的地步，那些复杂的光路图和三维模型，都清晰到令人赞叹，我甚至可以仅凭图示就能大致理解某些复杂的非线性效应。这本书无疑是一份扎实的工具箱，它提供的不仅仅是答案，更是解决未来问题的思维框架。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我拿到这本书时，心里是有一点打鼓的，毕竟“前沿技术”这个词汇常常与晦涩难懂画上等号。我担心它会变成一本只有资深研究人员才能读懂的天书。然而，作者的笔触却出奇地具有亲和力，仿佛是一位经验丰富的导师，耐心地牵着你的手，一步步走入这个高能物理的迷宫。它最令我惊喜的地方在于其广阔的视野和跨学科的整合能力。我原以为飞秒激光的应用会局限在物理实验室内部，但翻阅目录后发现，从生物医学成像到精密光谱分析，再到先进制造工艺，几乎涵盖了当前科技皇冠上的所有明珠。更难能可贵的是，作者在介绍这些应用时，总能巧妙地将物理原理与其带来的实际工程效益联系起来。例如，在生物领域，它没有冗长地描述细胞结构，而是聚焦于“如何用非热损伤的方式，对活体组织进行三维高精度重构”，这极大地激发了我作为一名应用科学爱好者的好奇心。这种深入浅出、注重实际价值的叙述方式，让原本高冷的前沿技术变得鲜活而触手可及，让我想立刻去探究这些技术在现实世界中如何改变我们的生活。