准相位匹配技术及其应用 9787512353947 中国电力出版社 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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刘涛 著

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• 准相位匹配
• 非线性光学
• 光子技术
• 光学工程
• 激光技术
• 材料科学
• 电磁场理论
• 中国电力出版社
• 9787512353947
• 应用研究

店铺： 北京文博宏图图书专营店

出版社： 中国电力出版社

ISBN：9787512353947

商品编码：29335792406

包装：平装

出版时间：2013-11-01

基本信息

书名：准相位匹配技术及其应用

定价：20.00元

作者：刘涛

出版社：中国电力出版社

出版日期：2013-11-01

ISBN：9787512353947

字数：105000

页码：87

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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　　准相位匹配（QPM）技术是一种通过对光学晶体非线性极化率进行周期性调制来补偿由于折射率色散所造成的光波之间相位失配的技术，具有非线性转换效率高、可利用晶体的全部通光范围、非线性作用响应时间极短（飞秒量级）、对光信号的速率和调制格式完全透明等优点，因此在全光波长转换、光开关、光学参量放大过程、太赫兹波等诸多领域都有着重要的应用价值。针对准相位匹配技术及其应用这一课题，《准相位匹配技术及其应用》通过理论和数值的分析方法，对利用准相位匹配晶体（PPLN）实现光学参量放大和全光波长转换进行了深入的研究。

内容提要

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　　准相位匹配技术在光纤通信、非线性光学和固体激光器等领域都有着重要的应用。刘涛编著的《准相位匹配技术及其应用》阐述了利用准相位匹配技术实现光学参量放大和全光波长转换的一些研究成果，主要内容包括准相位匹配技术的基本原理、基于准相位匹配技术的光学参量放大和全光波长转换的研究进展、非共线光学参量放大器的调谐带宽、非共线光学参量放大器的光谱带宽和参量增益、基于分段结构周期极化铌酸锂晶体的全光波长转换器。
　　《准相位匹配技术及其应用》可作为普通高等院校通信与信息系统、光学工程等相关专业的教学用书，还可作为光纤通信、非线性光学、光学材料、激光器等领域从事非线性光学工作的研究人员和工程技术人员的参考用书。

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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第一章 激光技术概览 激光，作为20世纪最伟大的发明之一，已深刻地改变了人类社会的方方面面。本章旨在对激光技术进行一个全面的概述，为后续章节对特定激光技术的深入探讨奠定基础。 1.1 激光的产生原理 激光的产生离不开三个基本要素：增益介质、激励源和光学谐振腔。 增益介质： 增益介质是激光器中能够实现粒子数反转并放大光强的核心物质。它可以是固体（如红宝石、Nd:YAG晶体）、液体（如染料）或气体（如He-Ne、CO2）。增益介质的原子或分子在受到激励后，能够跃迁到高能级，当大量粒子处于高能级时，就形成了粒子数反转。 激励源： 激励源的作用是向增益介质提供能量，使其达到粒子数反转状态。常见的激励方式包括： 光学泵浦： 利用另一光源（如闪光灯、另一束激光）来激发增益介质，这是固体激光器和染料激光器常用的方法。 电激励： 通过电场在气体介质中放电来激发气体分子，这是气体激光器的主要激励方式。 化学激励： 利用化学反应产生的能量来激发介质，在一些特殊场合使用。 光学谐振腔： 光学谐振腔由两个或多个反射镜组成，用于在增益介质中来回反射光束，从而实现光放大。其中一个反射镜为全反射镜，另一个为输出耦合镜，允许一部分光能从谐振腔中输出，形成激光束。谐振腔的选择和设计对于激光器的输出模式、稳定性以及能量至关重要。 1.2 激光的基本特性 与普通光源发出的光相比，激光具有以下显著的独特性质： 方向性强（单向性）： 激光束的发散角极小，几乎是平行光。这意味着激光能量可以被精确地聚焦到很小的区域，并传输很远的距离，而能量损失很小。这种高度的方向性使得激光在测量、瞄准和远距离通信等领域具有无可比拟的优势。 单色性好（高相干性）： 激光的谱线非常窄，具有极高的频率纯度，几乎是单一波长的光。这意味着激光的相干性非常强，光波在空间和时间上都保持着高度的有序性。这种高度的相干性是实现全息、干涉测量等精密技术的基础。 亮度高（高功率密度）： 激光器能够输出极高的能量密度，即使是低功率的激光器，其能量也高度集中。高功率激光器更是能够产生瞬间极高的功率密度，足以切割金属、蒸发物质。 偏振性好： 激光通常是线偏振光或圆偏振光，具有良好的偏振特性。这使得激光在显示、光学成像和通信中能够进行精确的偏振控制。 1.3 激光器的分类 根据增益介质的不同，激光器可以分为多种类型： 固体激光器： 以固体晶体或玻璃作为增益介质，如红宝石激光器、Nd:YAG激光器、光纤激光器等。它们通常具有较高的功率和较好的输出稳定性。 气体激光器： 以气体作为增益介质，如He-Ne激光器、CO2激光器、准分子激光器等。气体激光器通常可以产生连续波（CW）输出，且具有良好的单色性。 半导体激光器： 以半导体材料的p-n结作为增益介质，如二极管激光器。它们体积小、效率高、易于集成，是目前应用最广泛的激光器类型。 染料激光器： 以有机染料溶液作为增益介质，其特点是可以连续地调节输出波长，是可调谐激光器的典型代表。 自由电子激光器（FEL）： 利用高能电子束在周期性磁场中运动产生的辐射，能够产生非常宽的波长范围，包括紫外和X射线波段，是研究前沿科学的重要工具。 1.4 激光器的发展历程与重要里程碑 自1960年第一台激光器（红宝石激光器）诞生以来，激光技术经历了飞速的发展。重要的里程碑包括： 1960年： 梅曼（Maiman）成功研制出第一台红宝石激光器。 1961年： 贾万（Javan）成功研制出第一台氦氖（He-Ne）气体激光器。 1964年： 帕特尔（Patel）成功研制出第一台二氧化碳（CO2）激光器。 1970年： 班尼斯特（Banister）等人报道了第一台半导体激光器。 1980年代以来： 光纤激光器、短脉冲激光器、高功率激光器等技术取得突破性进展。 21世纪： 飞秒激光、太赫兹激光、新型增益介质的开发不断涌现，应用领域也日益拓展。 1.5 激光技术在各领域的应用 激光技术以其独特的优势，在科学研究、工业生产、医疗健康、信息通信、国防军事等众多领域发挥着不可替代的作用。 工业领域： 激光切割、焊接、打标、表面处理、精密加工等。 医疗领域： 激光手术（如眼科手术、皮肤科治疗）、激光美容、激光治疗（如光动力疗法）等。 通信领域： 光纤通信、光存储。 科研领域： 光谱分析、精密测量、粒子束缚、激光诱导击穿光谱（LIBS）、受激拉曼光谱（SERS）等。 国防军事： 激光制导、激光测距、激光武器、光电对抗等。 信息技术： 光盘存储、全息技术、激光打印、激光扫描等。 本章对激光技术进行了初步的介绍，旨在让读者对激光这一重要的现代科学技术有一个宏观的认识，并为理解后续章节中涉及的更具体的技术原理和应用奠定基础。 第二章 非线性光学基础 非线性光学是研究物质在强光场作用下，其光学性质发生变化的学科。当激光的强度达到一定程度时，物质的介电常数会随着光强的变化而变化，从而表现出非线性光学效应。本章将深入探讨非线性光学现象的基本原理、重要效应及其在激光技术中的作用。 2.1 介质的电极化 当光波传播通过介质时，介质中的原子或分子的电荷会受到光波电场的影响而发生位移，从而产生极化。这种极化会导致介质对光的响应。 线性光学响应： 在弱光场作用下，介质的极化强度 P 与光场强度 E 成正比，即 $P = epsilon_0 chi^{(1)} E$，其中 $chi^{(1)}$ 是介质的线性磁化率。此时，介质的光学性质（如折射率）与光强无关。 非线性光学响应： 当光场强度足够强时，介质的极化会偏离线性关系，需要引入高阶项来描述： $P = epsilon_0 (chi^{(1)} E + chi^{(2)} E^2 + chi^{(3)} E^3 + ...)$ 其中，$chi^{(2)}$ 和 $chi^{(3)}$ 分别是二阶和三阶非线性磁化率。这些高阶项描述了介质的非线性光学效应。 2.2 非线性光学效应 非线性光学效应是强光场作用于介质后产生的各种光学现象的总称。其中，与本研究方向密切相关的包括： 二次谐波产生（SHG）： 当一束频率为 $omega$ 的强光通过具有二阶非线性效应的介质时，会产生频率为 $2omega$ 的二次谐波。其过程可以用非线性极化项 $P^{(2)} propto chi^{(2)} E^2$ 来描述。SHG是实现频率转换，产生新波长激光的重要手段。 三次谐波产生（THG）： 类似于SHG，当光场强度足够强时，在三阶非线性效应下，会产生频率为 $3omega$ 的三次谐波。其过程由 $P^{(3)} propto chi^{(3)} E^3$ 描述。 参量过程： 参量过程是指光与介质相互作用时，光子的能量可以被“分裂”或“合并”。 参量放大（OPA）： 信号光与泵浦光在非线性介质中相互作用，信号光得到放大，同时产生闲频光。 参量振荡（OPO）： 在适当的腔体设计下，参量放大过程可以实现自激振荡，产生一对或多对频率可调的输出光。 自聚焦与自散焦： 介质的折射率会随着光强的变化而变化，导致光束在传播过程中发生聚焦或散焦。这种效应对于高功率激光的传输和聚焦控制至关重要。 克尔效应（Kerr Effect）： 介质的折射率与光强呈线性关系，即 $n = n_0 + n_2 I$，其中 $n_2$ 是非线性折射率系数。这是引起自聚焦、自散焦以及光诱导双折射等效应的主要原因。 拉曼散射（Raman Scattering）： 分子在与光子相互作用时，会发生能量的转移，产生频率发生改变的光。斯托克斯（Stokes）散射是能量转移到介质的散射，反斯托克斯（Anti-Stokes）散射是能量从介质转移到光子的散射。 布里渊散射（Brillouin Scattering）： 类似于拉曼散射，但能量转移是与声波（声子）相互作用的结果。 2.3 非线性晶体的选择与特性 要实现有效的非线性光学效应，需要选择具有合适非线性光学特性的晶体材料。这些晶体通常需要满足以下条件： 非零的二阶或三阶非线性磁化率： 这是产生非线性效应的根本。 高损伤阈值： 能够承受高强度的激光而不被破坏。 较大的双折射率或适当的光学各向异性： 有利于实现相位匹配。 良好的透光性： 在工作波长范围内应具有高透光率。 良好的热学和力学性能： 保证器件的稳定性和寿命。 常见的非线性晶体包括： 非共线型（Non-collinear）晶体： 如周期性极化的锂铌酸锂（PPLN）、硅酸镱钇（YCOB）等。这类晶体在某些条件下可以实现非共线的相位匹配，从而获得更宽的带宽或更高的转换效率。 共线型（Collinear）晶体： 如非共振腔型（Type-I）和共振腔型（Type-II）的非线性晶体。 2.4 相位匹配 在非线性光学过程中，能量的有效转换不仅仅依赖于非线性效应的强弱，更重要的是参与相互作用的光波在相位上必须保持一致。这就是相位匹配（Phase Matching）的概念。 相位失配： 在非线性相互作用过程中，非线性产生的二次谐波的相位与原始光波（基波）的相位不一致，导致它们无法有效地叠加，转换效率会迅速下降。 相位匹配的实现方法： 晶体双折射相位匹配： 利用晶体的双折射特性，通过调整晶体的角度，使不同偏振的光在介质中的传播速度不同，从而使得参与相互作用的光波在传播过程中保持相位一致。这是最常用的相位匹配方法。 准相位匹配（Quasi-Phase Matching, QPM）： 在非线性晶体中，通过周期性地改变其非线性系数的方向（如通过电极化翻转），来补偿相位失配。这是本研究主题的核心内容，将在后续章节进行详细阐述。 多光子共振相位匹配： 利用共振效应来增强非线性过程，并在一定条件下实现相位匹配。 2.5 非线性光学在激光技术中的作用 非线性光学效应是实现激光技术许多关键功能的基础： 频率转换： 通过SHG、THG、OPA、OPO等过程，可以从现有激光器产生具有不同波长的新型激光，极大地拓展了激光的应用范围。例如，从可见光激光器产生紫外或红外激光。 光参量振荡： 能够实现宽带、可调谐激光的输出，在光谱学、化学分析、遥感等领域具有重要应用。 光脉冲压缩与放大： 利用非线性效应可以实现超短脉冲激光的产生和放大，例如啁啾脉冲放大（CPA）技术。 模式锁定： 非线性效应是实现激光器锁模（产生超短脉冲序列）的重要机制之一。 光开关与光调制： 利用非线性光学效应可以实现对光的快速开关和调制，为光信息处理奠定基础。 理解非线性光学的基础原理，对于深入掌握各种激光器的工作机制、开发新型激光器以及拓展激光应用至关重要。本章为理解更复杂的非线性光学现象，特别是准相位匹配技术，打下了坚实的理论基础。

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这本精装书的封面设计深得我心，那种沉稳的蓝色调，配上简洁有力的书名字体，一下就给人一种专业、可靠的感觉。我是在一个专业论坛上偶然看到有人提到这本书，说是对某一特定领域的基础理论和最新进展都有非常深入的探讨，这立刻激起了我的好奇心。说实话，我之前对这块内容接触的比较零散，很多概念都是碎片化的，希望能通过系统地阅读这本书来构建一个完整的知识体系。翻开目录时，那种清晰的逻辑结构就让人感到踏实，从理论的推导到实际的应用案例，层层递进，感觉作者确实花了很多心思去打磨内容脉络。特别是关于实验设计和数据分析的部分，我非常期待能看到一些不同于传统教科书的、更具实战经验的阐述。现在工作节奏很快，能找到一本既有深度又不失可读性的专业书籍实属不易，这本书的装帧质量也很好，拿在手里沉甸甸的，希望里面的内容能带给我预期的收获。我打算先精读前三章，把核心概念吃透，然后再结合我手头正在进行的项目去验证书中的某些理论假设，非常期待接下来的阅读体验。

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