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第一章 激光与激光器基础1

1.1 激光器基本结构1

1.1.1 激光笔1

1.1.2 激光器基本结构2

1.2 光的描述（Ⅰ）——电磁理论2

1.2.1 电磁波的模式2

1.2.2 光强与光功率4

1.2.3 介质的色散与吸收5

1.2.4 光纤色散7

1.3 光的描述（Ⅱ）——早期的光量子理论9

1.3.1 普朗克的黑体辐射规律9

1.3.2 光量子的概念11

1.3.3 波尔理论的基本假设12

1.3.4 两种描述的统一——光波模式和光子状态相格12

1.4 光子的相干性14

1.5 光波在时域与频域中的描述16

1.6 激光的基本概念17

1.6.1 自发辐射、受激吸收与受激辐射17

1.6.2 激光器的基本思想19

1.6.3 增益系数20

1.6.4 光的自激振荡21

1.7 激光的特性23

第二章 光学谐振腔27

2.1 引言27

2.2 光线传播的矩阵表示28

2.2.1 几何光学的矩阵分析28

2.2.2 常见光学元件的变换矩阵29

2.2.3 变换矩阵与成像问题31

2.3 光学谐振腔及其稳定条件33

2.3.1 光学谐振腔的分类33

2.3.2 波导透镜35

2.3.3 谐振腔的稳定条件37

2.3.4 谐振腔的稳区图38

2.4 谐振腔的损耗与Q值39

2.4.1 光学谐振腔的损耗39

2.4.2 腔内光子寿命41

2.4.3 腔的Q值41

2.5 高斯光束及其变换42

2.5.1 基模高斯光束43

2.5.2 基模高斯光束的描述45

2.5.3 薄透镜对基模高斯光束的变换45

2.5.4 均匀介质中的高阶高斯光束46

2.6 谐振腔设计48

2.7 谐振腔本征模式的概念51

2.7.1 谐振腔的本征模式51

2.7.2 谐振腔的谐振频率52

2.8 谐振腔的衍射积分理论简介54

2.9 Fabry-Perot腔（标准具）56

2.9.1 Fabry-Perot（FP）腔的理论模型56

2.9.2 连续波入射时单模光纤FP腔的输出特性59

2.9.3 脉冲激光入射时单模光纤FP腔的衰荡输出特性59

第三章 电磁场与物质相互作用67

3.1 掺铒光纤的自发辐射谱67

3.1.1 激光产生的物理基础67

3.1.2 掺铒光纤的自发辐射谱68

3.2 谱线加宽的概念68

3.2.1 原子自发辐射的经典电偶极子模型68

3.2.2 受激吸收和色散的经典理论基础69

3.3 谱线加宽对辐射的影响70

3.4 谱线加宽类型74

3.4.1 均匀加宽74

3.4.2 非均匀加宽（多普勒加宽）77

3.4.3 综合加宽78

3.5 泵浦79

3.5.1 泵浦过程79

3.5.2 泵浦过程的分类80

3.5.3 光泵浦系统81

3.5.4 电泵浦系统82

3.6 激光器的速率方程理论83

第四章 连续与脉冲激光器工作特性87

4.1 连续激光器的实验结果87

4.2 小信号稳态增益89

4.3 增益饱和91

4.4 激光器的振荡阈值条件96

4.5 均匀加宽情况的模式竞争效应100

4.6 均匀加宽单纵横激光器的输出功率、最佳透过率103

4.7 非均匀加宽连续激光器的稳态工作特性105

4.8 激光的线宽极限109

4.9 频率牵引效应111

4.10 脉冲激光器的工作特性112

4.10.1 多模振荡的速率方程112

4.10.2 脉冲激光器的工作特性113

第五章 激光调制技术121

5.1 引言121

5.1.1 一个激光调制实例121

5.1.2 调制的分类121

5.1.3 光在晶体中的传播——折射率椭球126

5.2 电光效应129

5.3 电光调制131

5.3.1 电光效应对光偏振态的影响131

5.3.2 电光强度调制132

5.3.3 电光相位调制136

5.3.4 电光波导调制器136

5.3.5 电光调制器的电学性能138

5.3.6 电光调制器设计要素139

5.4 声光调制器139

5.4.1 声光调制器的工作原理140

5.4.2 声光体调制器145

5.4.3 声光调制器设计应考虑的问题147

5.5 其他调制器149

5.5.1 磁光调制149

5.5.2 直接调制150

第六章 调Q技术152

6.1 调Q实验152

6.1.1 Nd3+:YAG调Q激光器实验152

6.1.2 掺镱（Yb）调Q光子晶体光纤激光器实验155

6.2 调Q概念156

6.3 调Q激光器速率方程（三能级、固体、均匀加宽）159

6.3.1 调Q的速率方程159

6.3.2 速率方程的求解160

6.3.3 调Q脉冲的峰值功率161

6.3.4 调Q脉冲的能量及能量利用率162

6.3.5 调Q脉冲的时间特性163

6.4 常见调Q方法166

第七章 超短脉冲技术170

7.1 单壁碳纳米管被动锁模光纤激光器实验170

7.1.1 谐振腔结构170

7.1.2 实验结果173

7.2 多模激光器的输出特性175

7.3 锁模原理（频域描述）176

7.4 锁模方法179

7.4.1 主动锁模方法181

7.4.2 被动锁模方法185

7.5 超短脉冲压缩技术187

7.6 超短脉冲测量技术192

7.7 超短脉冲放大技术195

第八章 激光放大器197

8.1 引言197

8.1.1 光放大器的种类197

8.1.2 光放大器的基本原理199

8.2 光纤放大器的增益201

8.3 Er3＋的三能级系统速率方程204

8.3.1 归一化的稳态粒子数差205

8.3.2 放大器增益206

8.3.3 1.48μm和0.98μm波长泵浦209

8.3.4 与时间相关的速率方程的近似解212

8.4 泵浦结构213

8.4.1 前向泵浦vs后向泵浦214

8.4.2 双包层光纤泵浦214

8.5 光纤的最佳长度216

8.6 当掺铒光纤作为前置放大器时的电噪声217

8.7 放大器的噪声指数222

8.8 掺铒磷酸盐玻璃光波导放大器222

8.8.1 掺铒波导放大器223

8.8.2 铒-镱共掺光波导放大器224

第九章 模式选择、稳频与倍频技术227

9.1 模式选择技术227

9.1.1 横模选择技术227

9.1.2 纵模选择技术228

9.2 激光器调谐231

9.3 稳频技术232

9.3.1 频率抖动232

9.3.2 稳频技术232

9.4 激光倍频技术235

9.4.1 介质的非线性极化236

9.4.2 激光倍频技术236

第十章 常见激光器239

10.1 激光器泵浦效率239

10.2 固体激光器240

10.3 气体激光器244

10.4 其他激光器248

第十一章 半导体激光器与放大器251

11.1 概述251

11.2 半导体激光器结构与工作原理252

11.2.1 半导体物理基础252

11.2.2 半导体激光器的增益与吸收256

11.2.3 电子注入激光器的输出功率260

11.2.4 半导体激光器封装技术260

11.3 半导体激光放大器结构与工作原理262

11.3.1 半导体激光放大器结构与工作原理262

11.4 半导体激光器／放大器发展动态263

参考文献267