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目次
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《飛秒激光技術》是一本介紹飛秒激光原理、技術和應用的讀物。全書共分為13章。第1章和第2章是飛秒光學的基本內容；第3～6章是飛秒固體激光器和光纖激光器的原理和設計；第7章是飛秒激光脈沖放大技術；第8章是飛秒激光脈沖特性測量技術；第9章和第10章是飛秒激光脈沖頻率變換和腔外脈沖壓縮與整形技術；第11章是飛秒激光脈沖相干控制和頻率合成技術；第12章是飛秒激光太赫茲波技術；第13章是飛秒激光微加工技術。
目次
第1章 飛秒光學基礎
1.1 光在各向同性介質中的傳播
1.2 超短光脈沖在各向同性介質中的線性傳播
1.2.1 平面波啁啾脈沖的傳播
1.2.2 波形的變化
1.3 超短光脈沖在介質中的非線性傳播
1.3.1 超短脈沖與介質的非線性相互作用
1.3.2 克爾透鏡效應
1.3.3 自相位調制
1.3.4 互相位調制作用
1.3.5 自陡峭效應
1.3.6 可飽和吸收
1.3.7 其他非線性作用
1.3.8 非線性薛定諤方程
1.3.9 孤子傳輸過程
參考文獻
第2章 色散器件的原理與計算
2.1 固體介質
2.2 多層膜結構
2.2.1 多層介質反射膜
2.2.2 啁啾反射鏡
2.2.3 超寬帶配對啁啾鏡
2.2.4 Gires-Tournois反射鏡
2.2.5 多腔和優化Gires-Tournois反射鏡
2.3 棱鏡對
2.4 光柵對
2.4.1 負色散光柵對
2.4.2 正色散光柵對
2.4.3 無像差正色散光柵對
2.4.4 光柵對與棱鏡對的組合
2.5 可編程相位補償系統
2.5.1 液晶相位調制器
2.5.2 聲光可編程色散濾波器
2.5.3 可變形反射鏡
2.6 矢量色散圖與矢量色散補償法
2.7 白光干涉與色散測量
2.7.1 時域法
2.7.2 頻域法
2.7.3 頻域小波變換法
參考文獻
第3章 固體激光器鎖模理論
3.1 克爾透鏡鎖模原理
3.1.1 克爾透鏡效應
3.1.2 脈沖形成階段的分析
3.2 主方程和微擾算符方程
3.2.1 主方程的導出
3.2.2 主方程的解
3.3 周期性和高階色散的微擾
3.3.1 穩態脈沖參數
3.3.2 色散波及穩定性考慮
參考文獻
第4章 半導體可飽和吸收鏡鎖模技術
4.1 半導體可飽和吸收體
4.1.1 半導體可飽和吸收體的能帶
4.1.2 半導體的能帶與晶格常數
4.1.3 半導體的能帶與量子阱
4.1.4 半導體可飽和吸收體的時間特性
4.2 激光器參數與?導體可飽和吸收鏡宏觀特性的關系
4.2.1 半導體可飽和吸收鏡的宏觀特性
4.2.2 飽和吸收恢復時間的影響
4.2.3 調制深度與非飽和損耗
4.2.4 鎖模建立時間
4.2.5 飽和通量和多脈沖
4.2.6 自調Q的抑制
4.3 半導體可飽和吸收鏡的類型
4.3.1 反諧振法布里-珀羅型
4.3.2 無諧振型可飽和吸收鏡
4.3.3 可飽和布拉格反射鏡（SBR）
4.3.4 寬帶可飽和吸收鏡
4.4 低損耗寬帶可飽和吸收鏡
4.4.1 金屬膜與介質膜混合反射鏡
4.4.2 氧化AlAs布拉格反射鏡
4.4.3 氟化物與半導體混合反射鏡
4.5 半導體可飽和吸收鏡中吸收層的設計
4.6 低飽和通量SESAM
4.7 量子點可飽和吸收鏡
4.7.1 量子點的能級結構
4.7.2 量子點SESAM的結構
4.8 碳納米管鎖模器件
4.8.1 單壁碳納米管作為可飽和吸收體
4.8.2 單壁碳納米管可飽和吸收鏡的制備
參考文獻
第5章 飛秒固體激光技術
5.1 諧振腔的設計
5.1.1 像散補償諧振腔
5.1.2 無增益介質時的ABCD矩陣
5.1.3 克爾透鏡的ABCD矩陣
5.2 腔內色散補償
5.2.1 棱鏡對色散補償
5.2.2 啁啾鏡色散補償
5.3 鈦寶石激光器
5.4 摻Cr離子晶族的飛秒脈沖激光器
5.4.1 Cr3+:LiSAF,Cr3+:LiSCAF
5.4.2 Cr4+:forsterite
5.4.3 Cr4+:YAG
5.5 摻Yb3+介質飛秒激光器
5.5.1 Yb3+離子的能級結構和光譜特性
5.5.2 Yb3+摻雜介質飛秒激光器
參考文獻
第6章 飛秒光纖激光技術
6.1 光纖簡介
6.1.1 單模光纖與大模場面積光纖
6.1.2 雙包層光纖與泵浦光的吸收效率
6.1.3 微結構光纖或光子晶體光纖
6.1.4 摻雜類別
6.1.5 泵浦方式
6.2 光纖激光器的鎖模啟動機制
6.2.1 非線性環路反射鏡
6.2.2 非線性偏振旋轉
6.2.3 半導體可飽和吸收體
6.3 脈沖形成機制
6.3.1 Ginzburg-Landau方程與解法
6.3.2 孤子型鎖模光纖激光器
6.3.3 展寬-壓縮型
6.3.4 自相似型
6.3.5 全正色散型
參考文獻
第7章 飛秒激光脈沖放大技術
7.1 放大器中的脈沖成型
7.1.1 增益介質的飽和
7.1.2 增益窄化
7.1.3 ASE的影響
7.2 放大器中非線性折射率的影響
7.2.1 自相位調制
7.2.2 自聚焦
7.3 放大器中脈沖的演化過程
7.4 啁啾脈沖放大器
7.4.1 再生放大器的構成
7.4.2 脈沖在再生放大器腔內的演化
7.4.3 隔離器
7.5 多通式放大器
7.6 啁啾脈沖放大器中的帶寬控制與波長調諧
7.6.1 超寬帶放大器
7.6.2 波長可調諧再生放大器
7.6.3 用飛秒脈沖做種子的皮秒脈沖再生放大器
7.7 啁啾脈沖放大器中的脈沖展寬和壓縮
7.7.1 標準脈沖展寬器（Martinez型）
7.7.2 無像差脈沖展寬器（Offner型）
7.8 負啁啾脈沖放大器
參考文獻
第8章 飛秒激光脈沖特性測量技術
8.1 飛秒脈沖的時域測量
8.1.1 線性自相關
8.1.2 非線性自相關
8.1.3 三階非線性非對稱脈沖的測量
8.1.4 自相關儀
8.1.5 單脈沖自相關測量
8.2 飛秒脈沖的相位測量:FROG法
8.2.1 三階非線性相關頻率分辨光學開關法（FROG）
8.2.2 二倍頻頻率分辨光學開關法（SHG-FROG）
8.2.3 低功率時FROG的應用
8.3 飛秒脈沖相位的測量:SPIDER法
8.3.1 空間相干與時間相干
8.3.2 參考光與信號光的相干
8.3.3 信號光的自參考相干
8.3.4 自參考光譜相干電場重建法（SPIDER）
8.3.5 SPIDER裝置的參數選擇
8.3.6 SPIDER光譜相位的還原方法改進
8.3.7 SPIDER與FROG的測量精度比較
8.4 超寬帶弱信號的相位測量:XFROG與XSPIDER
8.5 二維SPIDER
8.6 PICASO
參考文獻
第9章 飛秒激光脈沖頻率變換技術
9.1 非線性光學過程
9.2 倍頻
9.2.1 Ⅰ類匹配
9.2.2 Ⅱ類匹配
9.3 三倍頻
9.4 參量過程
9.4.1 參量產生與放大
9.4.2 參量振蕩
9.4.3 非共線相位匹配的光參量過程
9.5 參量啁啾放大器
9.6 準相位匹配技術——周期極化結構晶體的應用
參考文獻
第10章 飛秒激光脈沖壓縮與整形技術
10.1 普通光纖中的光譜擴展和脈沖壓縮
10.1.1 光纖中的脈沖非線性傳播方程
10.1.2 正常色散介質k">0中的脈沖壓縮
10.1.3 反常色散介質k"<0中的孤子脈沖
10.2 光子晶體光纖中的白光產?與脈沖壓縮
10.2.1 光子晶體光纖中的白光產生
10.2.2 錐形光纖中的白光產生
10.2.3 白光脈沖壓縮
10.3 中空光纖中的光譜展寬與脈沖壓縮
10.3.1 惰性氣體的折射率
10.3.2 脈沖在中空光纖中的傳播
10.3.3 脈沖在中空光纖中傳播的色散和非線性效應
10.3.4 SLM補償與周期量級脈沖產生
10.4 中空光纖中的高能量周期量級脈沖產生
10.4.1 氣壓梯度
10.4.2 溫度梯度
10.5 體材料中的脈沖壓縮
10.5.1 基于三階非線性的脈沖壓縮
10.5.2 基于二階非線性的脈沖壓縮
10.6 脈沖的整型——頻域調制與解調
10.6.1 4f系統相位控制技術
10.6.2 逐線控制的脈沖整形
參考文獻
第11章 飛秒激光脈沖相干控制與光學頻率合成技術
11.1 從頻率計量學到光學相位控制
11.2 飛秒激光器的相位控制
11.2.1 載波包絡相位的定義
11.2.2 脈沖與脈沖之間的載波包絡相位差
11.2.3 載波包絡頻率偏差fCEO的測量
11.2.4 飛秒激光脈沖載波包絡相位的控制
11.2.5 絕對載波包絡相位
11.3 飛秒脈沖放大器的相位測量和控制
11.3.1 非線性光譜干涉法
11.3.2 線性光譜干涉法
11.4 參量放大器中的相位控制
11.5 激光器的光學頻率合成
11.5.1 兩個獨立激光器的相干合成
11.5.2 兩個不同增益介質的固體激光器的相干合成
11.5.3 飛秒光纖激光器的同步
11.5.4 飛秒光纖激光器的相干合成獲得單周期脈沖
參考文獻
第12章 飛秒激光太赫茲波技術
12.1 太赫茲波的產生
12.1.1 光電導天線
12.1.2 光整流
12.1.3 空氣等離子體產生太赫茲脈沖
12.2 太赫茲波的探測
12.2.1 光電導取樣
12.2.2 自由空?電光技術
12.2.3 空氣等離子體探測太赫茲
12.3 太赫茲波光譜學
12.4 太赫茲波成像技術
12.4.1 太赫茲射線成像的基本原理
12.4.2 太赫茲時域掃描成像
12.4.3 太赫茲實時成像
12.4.4 太赫茲層析成像
12.4.5 太赫茲近場成像
12.4.6 太赫茲成像技術的應用
參考文獻
第13章 飛秒激光微加工技術
13.1 超短脈沖激光與金屬材料相互作用模型
13.1.1 理論基礎
13.1.2 飛秒作用區
13.1.3 皮秒作用區
13.1.4 納秒作用區
13.1.5 金屬材料精密加工的實驗結果
13.2 與聚合物材料作用的多光子吸收模型
13.2.1 單光子吸收模型
13.2.2 多光子吸收模型
13.3 與透明電介質相互作用的動力學方程表述
13.4 在透明介質中刻寫微結構
13.5 紫外硬化樹脂中產生三維納米結構
參考文獻
1.1 光在各向同性介質中的傳播
1.2 超短光脈沖在各向同性介質中的線性傳播
1.2.1 平面波啁啾脈沖的傳播
1.2.2 波形的變化
1.3 超短光脈沖在介質中的非線性傳播
1.3.1 超短脈沖與介質的非線性相互作用
1.3.2 克爾透鏡效應
1.3.3 自相位調制
1.3.4 互相位調制作用
1.3.5 自陡峭效應
1.3.6 可飽和吸收
1.3.7 其他非線性作用
1.3.8 非線性薛定諤方程
1.3.9 孤子傳輸過程
參考文獻
第2章 色散器件的原理與計算
2.1 固體介質
2.2 多層膜結構
2.2.1 多層介質反射膜
2.2.2 啁啾反射鏡
2.2.3 超寬帶配對啁啾鏡
2.2.4 Gires-Tournois反射鏡
2.2.5 多腔和優化Gires-Tournois反射鏡
2.3 棱鏡對
2.4 光柵對
2.4.1 負色散光柵對
2.4.2 正色散光柵對
2.4.3 無像差正色散光柵對
2.4.4 光柵對與棱鏡對的組合
2.5 可編程相位補償系統
2.5.1 液晶相位調制器
2.5.2 聲光可編程色散濾波器
2.5.3 可變形反射鏡
2.6 矢量色散圖與矢量色散補償法
2.7 白光干涉與色散測量
2.7.1 時域法
2.7.2 頻域法
2.7.3 頻域小波變換法
參考文獻
第3章 固體激光器鎖模理論
3.1 克爾透鏡鎖模原理
3.1.1 克爾透鏡效應
3.1.2 脈沖形成階段的分析
3.2 主方程和微擾算符方程
3.2.1 主方程的導出
3.2.2 主方程的解
3.3 周期性和高階色散的微擾
3.3.1 穩態脈沖參數
3.3.2 色散波及穩定性考慮
參考文獻
第4章 半導體可飽和吸收鏡鎖模技術
4.1 半導體可飽和吸收體
4.1.1 半導體可飽和吸收體的能帶
4.1.2 半導體的能帶與晶格常數
4.1.3 半導體的能帶與量子阱
4.1.4 半導體可飽和吸收體的時間特性
4.2 激光器參數與?導體可飽和吸收鏡宏觀特性的關系
4.2.1 半導體可飽和吸收鏡的宏觀特性
4.2.2 飽和吸收恢復時間的影響
4.2.3 調制深度與非飽和損耗
4.2.4 鎖模建立時間
4.2.5 飽和通量和多脈沖
4.2.6 自調Q的抑制
4.3 半導體可飽和吸收鏡的類型
4.3.1 反諧振法布里-珀羅型
4.3.2 無諧振型可飽和吸收鏡
4.3.3 可飽和布拉格反射鏡（SBR）
4.3.4 寬帶可飽和吸收鏡
4.4 低損耗寬帶可飽和吸收鏡
4.4.1 金屬膜與介質膜混合反射鏡
4.4.2 氧化AlAs布拉格反射鏡
4.4.3 氟化物與半導體混合反射鏡
4.5 半導體可飽和吸收鏡中吸收層的設計
4.6 低飽和通量SESAM
4.7 量子點可飽和吸收鏡
4.7.1 量子點的能級結構
4.7.2 量子點SESAM的結構
4.8 碳納米管鎖模器件
4.8.1 單壁碳納米管作為可飽和吸收體
4.8.2 單壁碳納米管可飽和吸收鏡的制備
參考文獻
第5章 飛秒固體激光技術
5.1 諧振腔的設計
5.1.1 像散補償諧振腔
5.1.2 無增益介質時的ABCD矩陣
5.1.3 克爾透鏡的ABCD矩陣
5.2 腔內色散補償
5.2.1 棱鏡對色散補償
5.2.2 啁啾鏡色散補償
5.3 鈦寶石激光器
5.4 摻Cr離子晶族的飛秒脈沖激光器
5.4.1 Cr3+:LiSAF,Cr3+:LiSCAF
5.4.2 Cr4+:forsterite
5.4.3 Cr4+:YAG
5.5 摻Yb3+介質飛秒激光器
5.5.1 Yb3+離子的能級結構和光譜特性
5.5.2 Yb3+摻雜介質飛秒激光器
參考文獻
第6章 飛秒光纖激光技術
6.1 光纖簡介
6.1.1 單模光纖與大模場面積光纖
6.1.2 雙包層光纖與泵浦光的吸收效率
6.1.3 微結構光纖或光子晶體光纖
6.1.4 摻雜類別
6.1.5 泵浦方式
6.2 光纖激光器的鎖模啟動機制
6.2.1 非線性環路反射鏡
6.2.2 非線性偏振旋轉
6.2.3 半導體可飽和吸收體
6.3 脈沖形成機制
6.3.1 Ginzburg-Landau方程與解法
6.3.2 孤子型鎖模光纖激光器
6.3.3 展寬-壓縮型
6.3.4 自相似型
6.3.5 全正色散型
參考文獻
第7章 飛秒激光脈沖放大技術
7.1 放大器中的脈沖成型
7.1.1 增益介質的飽和
7.1.2 增益窄化
7.1.3 ASE的影響
7.2 放大器中非線性折射率的影響
7.2.1 自相位調制
7.2.2 自聚焦
7.3 放大器中脈沖的演化過程
7.4 啁啾脈沖放大器
7.4.1 再生放大器的構成
7.4.2 脈沖在再生放大器腔內的演化
7.4.3 隔離器
7.5 多通式放大器
7.6 啁啾脈沖放大器中的帶寬控制與波長調諧
7.6.1 超寬帶放大器
7.6.2 波長可調諧再生放大器
7.6.3 用飛秒脈沖做種子的皮秒脈沖再生放大器
7.7 啁啾脈沖放大器中的脈沖展寬和壓縮
7.7.1 標準脈沖展寬器（Martinez型）
7.7.2 無像差脈沖展寬器（Offner型）
7.8 負啁啾脈沖放大器
參考文獻
第8章 飛秒激光脈沖特性測量技術
8.1 飛秒脈沖的時域測量
8.1.1 線性自相關
8.1.2 非線性自相關
8.1.3 三階非線性非對稱脈沖的測量
8.1.4 自相關儀
8.1.5 單脈沖自相關測量
8.2 飛秒脈沖的相位測量:FROG法
8.2.1 三階非線性相關頻率分辨光學開關法（FROG）
8.2.2 二倍頻頻率分辨光學開關法（SHG-FROG）
8.2.3 低功率時FROG的應用
8.3 飛秒脈沖相位的測量:SPIDER法
8.3.1 空間相干與時間相干
8.3.2 參考光與信號光的相干
8.3.3 信號光的自參考相干
8.3.4 自參考光譜相干電場重建法（SPIDER）
8.3.5 SPIDER裝置的參數選擇
8.3.6 SPIDER光譜相位的還原方法改進
8.3.7 SPIDER與FROG的測量精度比較
8.4 超寬帶弱信號的相位測量:XFROG與XSPIDER
8.5 二維SPIDER
8.6 PICASO
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第9章 飛秒激光脈沖頻率變換技術
9.1 非線性光學過程
9.2 倍頻
9.2.1 Ⅰ類匹配
9.2.2 Ⅱ類匹配
9.3 三倍頻
9.4 參量過程
9.4.1 參量產生與放大
9.4.2 參量振蕩
9.4.3 非共線相位匹配的光參量過程
9.5 參量啁啾放大器
9.6 準相位匹配技術——周期極化結構晶體的應用
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第10章 飛秒激光脈沖壓縮與整形技術
10.1 普通光纖中的光譜擴展和脈沖壓縮
10.1.1 光纖中的脈沖非線性傳播方程
10.1.2 正常色散介質k">0中的脈沖壓縮
10.1.3 反常色散介質k"<0中的孤子脈沖
10.2 光子晶體光纖中的白光產?與脈沖壓縮
10.2.1 光子晶體光纖中的白光產生
10.2.2 錐形光纖中的白光產生
10.2.3 白光脈沖壓縮
10.3 中空光纖中的光譜展寬與脈沖壓縮
10.3.1 惰性氣體的折射率
10.3.2 脈沖在中空光纖中的傳播
10.3.3 脈沖在中空光纖中傳播的色散和非線性效應
10.3.4 SLM補償與周期量級脈沖產生
10.4 中空光纖中的高能量周期量級脈沖產生
10.4.1 氣壓梯度
10.4.2 溫度梯度
10.5 體材料中的脈沖壓縮
10.5.1 基于三階非線性的脈沖壓縮
10.5.2 基于二階非線性的脈沖壓縮
10.6 脈沖的整型——頻域調制與解調
10.6.1 4f系統相位控制技術
10.6.2 逐線控制的脈沖整形
參考文獻
第11章 飛秒激光脈沖相干控制與光學頻率合成技術
11.1 從頻率計量學到光學相位控制
11.2 飛秒激光器的相位控制
11.2.1 載波包絡相位的定義
11.2.2 脈沖與脈沖之間的載波包絡相位差
11.2.3 載波包絡頻率偏差fCEO的測量
11.2.4 飛秒激光脈沖載波包絡相位的控制
11.2.5 絕對載波包絡相位
11.3 飛秒脈沖放大器的相位測量和控制
11.3.1 非線性光譜干涉法
11.3.2 線性光譜干涉法
11.4 參量放大器中的相位控制
11.5 激光器的光學頻率合成
11.5.1 兩個獨立激光器的相干合成
11.5.2 兩個不同增益介質的固體激光器的相干合成
11.5.3 飛秒光纖激光器的同步
11.5.4 飛秒光纖激光器的相干合成獲得單周期脈沖
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第12章 飛秒激光太赫茲波技術
12.1 太赫茲波的產生
12.1.1 光電導天線
12.1.2 光整流
12.1.3 空氣等離子體產生太赫茲脈沖
12.2 太赫茲波的探測
12.2.1 光電導取樣
12.2.2 自由空?電光技術
12.2.3 空氣等離子體探測太赫茲
12.3 太赫茲波光譜學
12.4 太赫茲波成像技術
12.4.1 太赫茲射線成像的基本原理
12.4.2 太赫茲時域掃描成像
12.4.3 太赫茲實時成像
12.4.4 太赫茲層析成像
12.4.5 太赫茲近場成像
12.4.6 太赫茲成像技術的應用
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第13章 飛秒激光微加工技術
13.1 超短脈沖激光與金屬材料相互作用模型
13.1.1 理論基礎
13.1.2 飛秒作用區
13.1.3 皮秒作用區
13.1.4 納秒作用區
13.1.5 金屬材料精密加工的實驗結果
13.2 與聚合物材料作用的多光子吸收模型
13.2.1 單光子吸收模型
13.2.2 多光子吸收模型
13.3 與透明電介質相互作用的動力學方程表述
13.4 在透明介質中刻寫微結構
13.5 紫外硬化樹脂中產生三維納米結構
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