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第1章 概述1

1.1 引言1

1.2 减少进入工作介质的无用热的方法3

1.3 对工作介质进行有效散热的方法8

1.4 减小、补偿不良热影响9

1.5 全固态激光器的特点11

1.6 全固态激光器的工作介质12

参考文献15

第2章 激光产生机理及其物理特性17

2.1 原子发光机理17

2.1.1 α粒子散射和原子的核式结构17

2.1.2 氢原子光谱和玻尔原子模型18

2.1.3 量子力学和原子发光21

2.1.4 光谱线的展宽29

2.2 自发辐射和普通光源33

2.3 光波的叠加与干涉34

2.3.1 光波的独立传播性34

2.3.2 光波叠加原理34

2.3.3 光波的相干条件35

2.4 相干性的进一步讨论36

2.4.1 场的复表示36

2.4.2 空间和时间相干度37

2.4.3 空间和时间相关性的测量39

2.5 激光产生机理41

2.5.1 激光器的腔模概念42

2.5.2 激光产生的必要条件42

2.5.3 激光产生的充分条件47

2.6 激光的物理特性49

2.6.1 单色性与时间相干性49

2.6.2 方向性和空间相干性50

2.6.3 高阶相关51

2.6.4 高亮度51

参考文献51

第3章 激光工作模式及其输出特性53

3.1 激光器速率方程的建立53

3.1.1 速率方程的建立53

3.1.2 固体三能级系统速率方程组54

3.1.3 固体四能级系统速率方程组55

3.2 速率方程的稳态解及增益饱和56

3.2.1 速率方程的稳态解56

3.2.2 反转粒子数及增益的饱和57

3.3 连续与脉冲工作62

3.3.1 速率方程的解62

3.3.2 激光器的工作状态63

3.4 激光放大的阈值条件65

3.4.1 粒子数反转分布条件65

3.4.2 阈值增益系数和阈值反转粒子数密度67

3.4.3 连续/长脉冲阈值光泵功率68

3.4.4 短脉冲工作阈值光泵能量68

3.5 激光器的振荡模式69

3.5.1 起振纵模数目的估算69

3.5.2 激光器稳定工作状态的建立70

3.5.3 均匀加宽激光器的模竞争71

3.5.4 非均匀加宽激光器的多模振荡72

3.5.5 频率牵引73

3.6 激光器的输出特性74

3.6.1 连续激光器的输出功率74

3.6.2 脉冲激光器的输出能量77

3.7 激光器的单模线宽极限和驰豫振荡78

3.7.1 激光器的单模线宽极限78

3.7.2 弛豫振荡79

3.8 激光器的泵浦技术81

3.8.1 直接泵浦81

3.8.2 间接泵浦82

参考文献85

第4章 光学谐振腔86

4.1 光学谐振腔的分类86

4.2 光学谐振腔的特性参数88

4.2.1 光学谐振腔的菲涅尔数88

4.2.2 光学谐振腔的g参数和G参数90

4.2.3 光学谐振腔的损耗90

4.2.4 谐振腔内光子的平均寿命92

4.2.5 无源腔的Q值92

4.2.6 无源腔的本征振荡模式带宽92

4.3 光学谐振腔的稳定性93

4.3.1 传输矩阵93

4.3.2 谐振腔稳定条件95

4.3.3 g参数稳区图98

4.3.4 谐振腔的本征值和本征态102

4.3.5 一维失调灵敏度105

4.3.6 二维失调灵敏度106

4.4 稳定球面腔的等价110

4.4.1 对称共焦腔110

4.4.2 任何一个共焦腔均与无穷多个稳定球面腔等价110

4.4.3 任意一个稳定球面腔只有一个等价的共焦腔111

4.5 光学谐振腔的偏振特性112

4.6 热透镜效应对光学谐振腔的影响115

4.6.1 热透镜的计算116

4.6.2 热透镜焦距的测量118

4.7 新型光学谐振腔121

4.7.1 棱镜腔121

4.7.2 非轴对称像散腔123

4.7.3 含变反射率镜腔123

4.7.4 含梯度相位镜腔127

4.7.5 含相位一致耦合器腔129

4.7.6 含相位共轭镜腔131

4.7.7 多通模谐振腔132

4.7.8 光束旋转非稳环行腔132

4.7.9 自成像非稳腔134

4.7.10 自滤波非稳腔（SF U R）136

4.7.11 非稳腔136

4.7.12 放大器用谐振腔137

4.8 谐振腔设计软件介绍144

参考文献150

第5章 高斯光束153

5.1 均匀平面波153

5.2 均匀球面波153

5.3 自由空间中的高斯光束154

5.4 共焦腔中的高斯光束159

5.5 高斯光束的基本性质163

5.6 利用q参数讨论高斯光束的传输166

参考文献171

第6章 光束合成172

6.1 概述172

6.1.1 非相干合束172

6.1.2 相干合束173

6.2 偏振合成176

6.3 波长合束177

6.3.1 简介177

6.3.2 WBC合成阵列元数估计179

6.4 二极管激光合束179

6.4.1 二极管激光非相干合束180

6.4.2 二极管激光相干合束181

6.5 板条激光器光束相干合成181

6.6 WBC与CBC的比较188

参考文献193

第7章 波前校正技术196

7.1 引言196

7.2 夏克-哈特曼波前传感技术197

7.2.1 夏克-哈特曼波前传感器197

7.2.2 用于激光波前检测199

7.2.3 误差分析200

7.3 点衍射干涉仪201

7.3.1 点衍射干涉仪工作原理202

7.3.2 激光波前的PDI检测203

7.3.3 偏振移相点衍射干涉仪简介203

7.4 分立制动器204

7.4.1 压电陶瓷制动器204

7.4.2 电致伸缩陶瓷制动器204

7.4.3 磁致伸缩合金制动器205

7.5 变形反射镜及其在固体激光器中的应用205

7.5.1 引言205

7.5.2 MMDM及其在固体激光器中的应用206

7.5.3 Bimorph反射镜及其在固体激光器中的应用208

7.6 校正式相位共轭自适应光学系统210

7.6.1 相位共轭原理210

7.6.2 校正式相位共轭自适应光学系统原理210

7.6.3 校正式相位共轭自适应光学系统例子212

7.6.4 短波长自适应技术213

7.7 基于无波前传感自适应光学系统的光束净化216

7.7.1 无波前传感自适应光学系统的基本原理216

7.7.2 板条激光器光束净化218

7.7.3 单高阶模光束净化220

7.7.4 腔内自适应光学221

7.8 非线性光学基础224

7.8.1 非线性波方程224

7.8.2 方程的慢变化包络近似（SVEA）形式225

7.8.3 材料的非线性及其与光波的耦合226

7.9 光学相位共轭227

7.9.1 相位共轭波的定义227

7.9.2 PCM与CPM的比较227

7.10 透明介质弹性光子散射的NOPC230

7.10.1 三波混频产生相位共轭230

7.10.2 四波混频产生相位共轭：简并情形232

7.10.3 近简并四波混频238

7.10.4 谐振DFWM相位共轭241

7.10.5 光子回波相位共轭249

7.11 受激散射NOPC256

7.11.1 受激拉曼散射256

7.11.2 受激布里渊散射257

7.12 光折变材料和自泵浦相位共轭259

7.12.1 光折变效应260

7.12.2 自泵浦相位共轭265

7.12.3 光折变材料的新进展270

7.13 单程NOPC277

7.13.1 单程NOPC （OWNOPC）的基本原理278

7.13.2 基本单程NOPC的局限性281

7.13.3 推广的单程NOPC系统282

参考文献283

第8章 块状固体激光器287

8.1 引言287

8.2 LD泵浦固体激光器288

8.2.1 与闪光灯泵浦的比较288

8.2.2 阈值功率和高于阈值的工作290

8.2.3 LD泵浦固体激光器的结构293

8.3 薄片激光器295

8.3.1 薄片介质及泵浦295

8.3.2 薄片激光器工作原理296

8.3.3 可能的激光材料297

8.3.4 数值模拟299

8.3.5 “液体”激光器301

8.4 板条激光器302

8.5 固体的热容305

8.5.1 固体热容的经典理论305

8.5.2 固体热容的量子理论306

8.6 薄片激光器的热容工作309

8.6.1 储热与升温309

8.6.2 温度分布与热应力313

8.6.3 光束畸变315

8.7 热容激光器316

参考文献323

第9章 光纤激光器325

9.1 引言325

9.2 几种稀土离子的能级和谱326

9.2.1 概述326

9.2.2 硅光纤中几种稀土离子的激光能级和谱328

9.2.3 氟光纤中几种稀土离子的激光能级和谱331

9.3 模及单模运转条件335

9.3.1 块状工作介质335

9.3.2 光纤工作物质337

9.3.3 模特性与截止频率337

9.3.4 光纤激光器的基本结构343

9.4 双包层光纤激光器343

9.4.1 单包层光纤的限制343

9.4.2 双包层光纤激光器344

9.4.3 光子晶体光纤激光器348

9.5 受激散射光纤激光器350

9.5.1 拉曼散射350

9.5.2 拉曼散射光纤激光器351

9.5.3 受激布里渊散射光纤激光器352

参考文献354

第10章 光纤耦合输出半导体激光器357

10.1 半导体激光器光束特性357

10.1.1 单模半导体激光器光束特性357

10.1.2 多模半导体激光器光束特性360

10.2 半导体激光器的波长调谐和波长稳定技术361

10.2.1 半导体激光器的波长调谐361

10.2.2 半导体激光器的波长稳定技术362

10.3 光纤及其传光特性363

10.3.1 光纤的分类363

10.3.2 光纤的传光原理364

10.3.3 数值孔径365

10.3.4 锥形光纤与圆柱形光纤性能的比较366

10.4 体（三维）光栅特性368

10.4.1 衍射光栅368

10.4.2 布拉格衍射光栅基础371

10.4.3 布拉格光栅特性研究372

10.4.4 体光栅的耦合波理论373

10.4.5 透射式体光栅的理论分析376

10.4.6 反射式体光栅的理论分析379

10.4.7 体光栅调谐对角度和波长选择性380

10.4.8 体光栅调谐对纵模的选择性382

10.5 外腔半导体激光输出特性383

10.5.1 外腔调谐半导体激光器工作原理简述383

10.5.2 外腔半导体激光器的阈值条件384

10.5.3 ECLD的调谐范围分析388

10.6 半导体激光与光纤耦合特性理论389

10.6.1 光纤与半导体激光器的耦合条件390

10.6.2 半锥形光纤耦合的产生390

10.6.3 半锥形光纤参数的选取391

10.6.4 用光线追迹法对耦合效率的分析计算394

10.6.5 半锥宽度、锥角、相对平移、相对倾斜对耦合效率的影响396

10.6.6 耦合调整容忍度分析399

10.7 耦合系统实例401

参考文献406