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第1章 飞秒光学基础1

1.1光在各向同性介质中的传播1

1.2超短光脉冲在各向同性介质中的线性传播6

1.2.1平面波啁啾脉冲的传播6

1.2.2波形的变化8

1.3超短光脉冲在介质中的非线性传播14

1.3.1超短脉冲与介质的非线性相互作用14

1.3.2 克尔透镜效应15

1.3.3自相位调制16

1.3.4 互相位调制作用18

1.3.5自陡峭效应19

1.3.6可饱和吸收19

1.3.7其他非线性作用20

1.3.8 非线性薛定谔方程21

1.3.9孤子传输过程22

参考文献24

第2章 色散器件的原理与计算25

2.1固体介质25

2.2多层膜结构27

2.2.1多层介质反射膜27

2.2.2 啁啾反射镜31

2.2.3超宽带配对啁啾镜38

2.2.4 Gires-Tournois反射镜39

2.2.5多腔和优化Gires-Tournois反射镜41

2.3棱镜对42

2.4光栅对46

2.4.1负色散光栅对46

2.4.2正色散光栅对48

2.4.3无像差正色散光栅对51

2.4.4光栅对与棱镜对的组合53

2.5可编程相位补偿系统54

2.5.1液晶相位调制器54

2.5.2声光可编程色散滤波器56

2.5.3可变形反射镜59

2.6矢量色散图与矢量色散补偿法60

2.7白光干涉与色散测量61

2.7.1时域法61

2.7.2频域法64

2.7.3频域小波变换法66

参考文献69

第3章 固体激光器锁模理论73

3.1克尔透镜锁模原理73

3.1.1克尔透镜效应74

3.1.2脉冲形成阶段的分析76

3.2主方程和微扰算符方程79

3.2.1主方程的导出79

3.2.2主方程的解82

3.3周期性和高阶色散的微扰85

3.3.1稳态脉冲参数87

3.3.2色散波及稳定性考虑89

参考文献92

第4章 半导体可饱和吸收镜锁模技术93

4.1半导体可饱和吸收体93

4.1.1半导体可饱和吸收体的能带93

4.1.2半导体的能带与晶格常数94

4.1.3半导体的能带与量子阱95

4.1.4半导体可饱和吸收体的时间特性96

4.2激光器参数与半导体可饱和吸收镜宏观特性的关系96

4.2.1半导体可饱和吸收镜的宏观特性96

4.2.2饱和吸收恢复时间的影响98

4.2.3调制深度与非饱和损耗99

4.2.4锁模建立时间99

4.2.5饱和通量和多脉冲101

4.2.6自调Q的抑制101

4.3半导体可饱和吸收镜的类型103

4.3.1反谐振法布里-珀罗型103

4.3.2无谐振型可饱和吸收镜105

4.3.3可饱和布拉格反射镜（SBR）105

4.3.4宽带可饱和吸收镜105

4.4低损耗宽带可饱和吸收镜106

4.4.1金属膜与介质膜混合反射镜106

4.4.2氧化AlAs布拉格反射镜108

4.4.3氟化物与半导体混合反射镜109

4.5半导体可饱和吸收镜中吸收层的设计110

4.6低饱和通量SESAM111

4.7量子点可饱和吸收镜112

4.7.1量子点的能级结构113

4.7.2量子点SESAM的结构113

4.8碳纳米管锁模器件114

4.8.1单壁碳纳米管作为可饱和吸收体114

4.8.2单壁碳纳米管可饱和吸收镜的制备116

参考文献118

第5章 飞秒固体激光技术121

5.1谐振腔的设计121

5.1.1像散补偿谐振腔121

5.1.2无增益介质时的ABCD矩阵123

5.1.3克尔透镜的ABCD矩阵125

5.2腔内色散补偿132

5.2.1棱镜对色散补偿132

5.2.2啁啾镜色散补偿133

5.3钛宝石激光器133

5.4掺Cr离子晶族的飞秒脉冲激光器135

5.4.1 Cr 3+：LiSAF，Cr 3+： LiSCAF136

5.4.2 Cr 4+：forsterite137

5.4.3 Cr 4+：YAG138

5.5掺Yb3+介质飞秒激光器138

5.5.1 Yb3+离子的能级结构和光谱特性138

5.5.2 Yb3+掺杂介质飞秒激光器140

参考文献142

第6章 飞秒光纤激光技术146

6.1光纤简介147

6.1.1单模光纤与大模场面积光纤148

6.1.2双包层光纤与泵浦光的吸收效率148

6.1.3微结构光纤或光子晶体光纤150

6.1.4掺杂类别150

6.1.5泵浦方式151

6.2光纤激光器的锁模启动机制152

6.2.1非线性环路反射镜152

6.2.2非线性偏振旋转156

6.2.3半导体可饱和吸收体166

6.3脉冲形成机制166

6.3.1 Ginzburg-Landau方程与解法166

6.3.2孤子型锁模光纤激光器167

6.3.3展宽-压缩型171

6.3.4自相似型175

6.3.5全正色散型179

参考文献182

第7章 飞秒激光脉冲放大技术185

7.1放大器中的脉冲成型185

7.1.1增益介质的饱和185

7.1.2增益窄化186

7.1.3 ASE的影响187

7.2放大器中非线性折射率的影响187

7.2.1自相位调制187

7.2.2自聚焦187

7.3放大器中脉冲的演化过程188

7.4啁啾脉冲放大器189

7.4.1再生放大器的构成191

7.4.2脉冲在再生放大器腔内的演化193

7.4.3隔离器193

7.5多通式放大器194

7.6啁啾脉冲放大器中的带宽控制与波长调谐197

7.6.1超宽带放大器197

7.6.2波长可调谐再生放大器197

7.6.3用飞秒脉冲做种子的皮秒脉冲再生放大器199

7.7啁啾脉冲放大器中的脉冲展宽和压缩199

7.7.1标准脉冲展宽器（Martinez型）199

7.7.2无像差脉冲展宽器（Offner型）202

7.8负啁啾脉冲放大器203

参考文献205

第8章 飞秒激光脉冲特性测量技术207

8.1飞秒脉冲的时域测量207

8.1.1线性自相关207

8.1.2非线性自相关208

8.1.3三阶非线性非对称脉冲的测量211

8.1.4自相关仪212

8.1.5单脉冲自相关测量213

8.2飞秒脉冲的相位测量：FROG法215

8.2.1三阶非线性相关频率分辨光学开关法（FROG）215

8.2.2二倍频频率分辨光学开关法（SHG-FROG）218

8.2.3低功率时FROG的应用220

8.3飞秒脉冲相位的测量：SPIDER法220

8.3.1空间相干与时间相干220

8.3.2参考光与信号光的相干221

8.3.3信号光的自参考相干222

8.3.4 自参考光谱相干电场重建法（SPIDER）223

8.3.5 SPIDER装置的参数选择226

8.3.6 SPIDER光谱相位的还原方法改进227

8.3.7 SPIDER与FROG的测量精度比较228

8.4超宽带弱信号的相位测量：XFROG与 XSPIDER230

8.5二维SPIDER230

8.6 PICASO232

参考文献232

第9章 飞秒激光脉冲频率变换技术234

9.1非线性光学过程234

9.2倍频235

9.2.1 Ⅰ类匹配235

9.2.2 Ⅱ类匹配242

9.3三倍频242

9.4参量过程244

9.4.1参量产生与放大245

9.4.2参量振荡246

9.4.3非共线相位匹配的光参量过程247

9.5参量啁啾放大器251

9.6准相位匹配技术——周期极化结构晶体的应用254

参考文献257

第10章 飞秒激光脉冲压缩与整形技术259

10.1普通光纤中的光谱扩展和脉冲压缩260

10.1.1光纤中的脉冲非线性传播方程260

10.1.2正常色散介质κ〞＞0中的脉冲压缩261

10.1.3反常色散介质κ〞＜0中的孤子脉冲265

10.2光子晶体光纤中的白光产生与脉冲压缩266

10.2.1光子晶体光纤中的白光产生266

10.2.2锥形光纤中的白光产生271

10.2.3白光脉冲压缩272

10.3中空光纤中的光谱展宽与脉冲压缩273

10.3.1惰性气体的折射率274

10.3.2脉冲在中空光纤中的传播276

10.3.3脉冲在中空光纤中传播的色散和非线性效应279

10.3.4 SLM补偿与周期量级脉冲产生282

10.4中空光纤中的高能量周期量级脉冲产生284

10.4.1气压梯度285

10.4.2温度梯度286

10.5体材料中的脉冲压缩287

10.5.1基于三阶非线性的脉冲压缩287

10.5.2基于二阶非线性的脉冲压缩288

10.6脉冲的整型——频域调制与解调289

10.6.1 4f系统相位控制技术290

10.6.2逐线控制的脉冲整形292

参考文献293

第11章 飞秒激光脉冲相干控制与光学频率合成技术297

11.1从频率计量学到光学相位控制297

11.2飞秒激光器的相位控制298

11.2.1载波包络相位的定义299

11.2.2脉冲与脉冲之间的载波包络相位差300

11.2.3载波包络频率偏差fCEO的测量302

11.2.4飞秒激光脉冲载波包络相位的控制303

11.2.5绝对载波包络相位306

11.3飞秒脉冲放大器的相位测量和控制308

11.3.1非线性光谱干涉法308

11.3.2线性光谱干涉法310

11.4参量放大器中的相位控制313

11.5激光器的光学频率合成314

11.5.1两个独立激光器的相干合成315

11.5.2两个不同增益介质的固体激光器的相干合成317

11.5.3飞秒光纤激光器的同步319

11.5.4飞秒光纤激光器的相干合成：获得单周期脉冲323

参考文献325

第12章 飞秒激光太赫兹波技术329

12.1太赫兹波的产生329

12.1.1光电导天线330

12.1.2光整流331

12.1.3空气等离子体产生太赫兹脉冲332

12.2太赫兹波的探测333

12.2.1光电导取样333

12.2.2自由空间电光技术335

12.2.3空气等离子体探测太赫兹337

12.3太赫兹波光谱学338

12.4太赫兹波成像技术340

12.4.1太赫兹射线成像的基本原理340

12.4.2 太赫兹时域扫描成像340

12.4.3太赫兹实时成像341

12.4.4太赫兹层析成像342

12.4.5太赫兹近场成像344

12.4.6太赫兹成像技术的应用346

参考文献347

第13章 飞秒激光微加工技术349

13.1超短脉冲激光与金属材料相互作用模型350

13.1.1理论基础350

13.1.2飞秒作用区351

13.1.3皮秒作用区352

13.1.4纳秒作用区353

13.1.5金属材料精密加工的实验结果353

13.2与聚合物材料作用的多光子吸收模型354

13.2.1单光子吸收模型354

13.2.2多光子吸收模型356

13.3与透明电介质相互作用的动力学方程表述360

13.4在透明介质中刻写微结构362

13.5紫外硬化树脂中产生三维纳米结构365

参考文献367