本書系統(tǒng)介紹了超快激光的相關原理與技術、常用器件及典型應用。全書共12章，第1和第2章概述了超快激光的發(fā)展與特性，使讀者能夠快速地對超快激光有大致了解；第3章敘述了測量飛秒激光脈沖的主要方法；第4和第5章講述了激光鎖模的原理與技術及典型的超快激光光源，通過該內容讀者可進一步增強對超快激光的認識；第6和第7章介紹超快激光的頻率變換與展寬，通過該技術不僅可極大地豐富超快激光可覆蓋的波段，也能有效地擴寬光譜寬度；第8和第9章是有關飛秒激光的非線性脈寬壓縮、相位鎖定、同步及相干控制與合成的內容，是實現少周期及光波電場可控極端脈沖的重要技術；第10章介紹了基于啁啾脈沖放大原理的飛秒超強激光技術與裝置；第11章是目前超快科學的最前沿——阿秒脈沖的原理與技術；最后一章結合典型案例介紹了超快激光的多學科應用。
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目錄
“先進光電子科學與技術叢書”序
第1章 超快激光發(fā)展概述 1
1.1 激光的原理特性與發(fā)展歷程 1
1.1.1 光的自發(fā)輻射與受激輻射 1
1.1.2 脈沖激光的速率方程 4
1.1.3 光的相干性及光子簡并度 7
1.1.4 激光的發(fā)明與發(fā)展 9
1.2 超快激光發(fā)展簡述 10
1.2.1 超快激光產生技術的發(fā)展 10
1.2.2 超快激光放大技術的發(fā)展 12
1.3 超快激光的主要應用 14
參考文獻 15
第2章 超快激光的特性 17
2.1 超快激光的基本特性 17
2.2 超快激光在介質中的傳播方程 19
2.2.1 麥克斯韋波動方程 19
2.2.2 非線性薛定諤方程 22
2.2.3 高斯光束及貝塞爾光束 26
2.3 傅里葉變換關系 31
2.3.1 超短脈沖時域與頻域的對應關系 32
2.3.2 時間帶寬積 33
2.3.3 超短脈沖的峰值功率 35
2.4 群延遲及色散 36
2.4.1 超快激光的啁啾 37
2.4.2 色散的一般原理 39
2.4.3 典型的色散介質及元件 41
參考文獻 56
第3章 超快激光測量原理與技術 59
3.1 雙光子熒光技術 59
3.2 高速示波器脈寬測量 61
3.3 條紋相機的原理及脈沖測量 62
3.4 超快激光脈沖相關測量原理與方法64
3.4.1 強度自相關儀原理 64
3.4.2 干涉自相關儀原理 65
3.4.3 單次測量的原理與技術 71
3.4.4 三階相關儀測量原理與技術 73
3.4.5 單次三階自相關儀測量技術 76
3.5 FROG脈沖測量原理與技術 78
3.5.1 典型FROG測量原理與技術 78
3.5.2 SHG-FROG測量原理與技術 79
3.5.3 PG-FROG測量原理與技術 82
3.5.4 幾種測量結果比較 86
3.6 SPIDER脈沖測量原理與技術 92
參考文獻 98
第4章 激光鎖模原理與技術 100
4.1 激光鎖模的一般原理 101
4.1.1 基�？v模的鎖定 101
4.1.2 高階橫模的縱模鎖定 104
4.1.3 鎖模的物理過程及探測 106
4.1.4 鎖模的分類 106
4.2 主動鎖模激光的原理與技術 107
4.2.1 主動鎖模原理 107
4.2.2 調幅鎖模 108
4.2.3 調頻鎖模 111
4.2.4 聲光鎖模Nd:YAG激光器 113
4.3 被動鎖模激光的原理與技術 114
4.3.1 被動鎖模的原理 114
4.3.2 可飽和吸收體 117
4.3.3 被動鎖模染料激光器 126
參考文獻 129
第5章 幾種典型的超快激光光源 133
5.1 碰撞脈沖鎖模染料激光器 133
5.1.1 碰撞脈沖鎖模的原理 133
5.1.2 碰撞脈沖鎖模染料激光及色散補償 135
5.1.3 抗共振碰撞脈沖鎖模Nd:YAG激光137
5.2 同步泵浦混合鎖模激光器 138
5.2.1 同步泵浦鎖模染料激光器 139
5.2.2 同步泵浦飛秒鈦寶石激光器 139
5.3 耦合腔鎖模（加成脈沖鎖模）激光器142
5.4 克爾透鏡鎖模鈦寶石激光器 145
5.4.1 KLM原理 145
5.4.2 KLM鈦寶石激光器 147
5.4.3 色散補償技術及亞10 fs 脈沖的產生 152
5.4.4 高能量KLM鈦寶石激光器 156
5.4.5 高重復頻率KLM鈦寶石激光器 160
5.4.6 飛秒鈦寶石激光的直接泵浦技術162
5.5 全固態(tài)鎖模超快激光器 164
5.5.1 摻鐿全固態(tài)飛秒鎖模激光器 165
5.5.2 摻鉻全固態(tài)飛秒鎖模激光器 180
5.5.3 釹離子摻雜的鎖模超快激光器 186
5.6 光纖鎖模激光器 190
5.6.1 光纖鎖模激光的原理 190
5.6.2 幾種典型的光纖鎖模激光器 195
5.6.3 典型波段的飛秒光纖激光器 200
參考文獻 204
第6章 超快激光在固體介質中的非線性效應及頻率變換 212
6.1 超快激光三波相互作用過程 213
6.2 超快激光的非線性混頻 216
6.2.1 飛秒激光的腔內及腔外倍頻 217
6.2.2 飛秒激光的三倍頻 220
6.2.3 深紫外超快激光產生 222
6.3 超快激光的差頻 225
6.4 超快激光的參量振蕩 228
6.4.1 飛秒鈦寶石激光同步泵浦的OPO 229
6.4.2 鎖模Yb:KGW激光同步泵浦的PO 230
6.4.3 腔內倍頻的超快OPO 233
6.4.4 飛秒可見光同步泵浦的OPO 236
6.5 超快激光的參量放大 238
6.6 四波混頻產生的極紫外飛秒激光脈沖 241
參考文獻 243
第7章 飛秒激光光譜的超連續(xù)展寬 248
7.1 超快激光在致密介質中的自相位調制效應 248
7.2 飛秒激光在光纖中的傳輸及光譜展寬 250
7.3 光子晶體光纖及拉錐光纖中的光譜展寬 254
7.3.1 光子晶體光纖中的光譜展寬 254
7.3.2 拉錐光纖中的光譜展寬 257
7.4 飛秒激光在充氣波導中的光譜展寬260
7.5 飛秒激光在固體薄片組中的光譜展寬 263
7.6 飛秒激光在大氣中的光譜展寬.265
7.7 啁啾極化的非線性晶體中級聯產生的白光超連續(xù)光譜 266
7.7.1 準相位匹配的原理 266
7.7.2 準相位匹配器件設計 267
參考文獻 270
第8章 飛秒激光脈沖壓縮技術 273
8.1 少周期激光脈沖的關鍵技術 273
8.2 染料CPM 激光脈沖的壓縮 273
8.3 腔倒空飛秒激光脈沖的壓縮 274
8.4 高能量飛秒激光脈沖的壓縮 276
8.5 參量放大激光脈沖的壓縮 278
8.6 液晶光閥空間調制器及聲光可編程色散濾波器脈沖壓縮.279
8.6.1 液晶光閥空間調制器 279
8.6.2 聲光可編程色散濾波器 283
參考文獻 285
第9章 超快激光的相干控制與合成 287
9.1 飛秒激光脈沖的載波包絡相位及相移 287
9.2 CEO的測量方法與技術 291
9.2.1 時域互相關測量技術 291
9.2.2 自參考測量技術 292
9.2.3 自差頻測量技術 295
9.3 CEO的高精度控制 297
9.3.1 fceo噪聲來源和抑制 298
9.3.2 鎖相伺服反饋控制fceo技術 298
9.3.3 前置反饋控制fceo技術 299
9.4 飛秒激光腔長及重復頻率鎖定技術301
9.5 光學頻率梳與頻率綜合器 302
9.6 超快激光的高精度同步 304
9.6.1 超快激光的主動同步和被動同步304
9.6.2 被動同步的物理機制 305
9.6.3 雙波長同步激光器 308
9.7 飛秒激光的相干合成 309
9.7.1 光譜相干合成的關鍵參數 310
9.7.2 亞周期光場相位控制技術 311
9.7.3 亞周期光場相干合成 317
9.7.4 串聯光譜相干合成 321
9.7.5 多路飛秒光纖激光功率相干合成322
參考文獻 324
第10章 超快激光的放大與超強激光裝置 328
10.1 激光強度的提高及瓶頸 328
10.2 啁啾脈沖放大的原理與結構 329
10.2.1 CPA的一般原理 329
10.2.2 脈沖展寬器 330
10.2.3 再生放大器 335
10.2.4 多通放大器 338
10.2.5 泵浦激光技術 344
10.2.6 放大過程中的自發(fā)輻射放大及寄生振蕩.347
10.2.7 脈沖壓縮器 349
10.3 參量啁啾脈沖放大的原理 354
10.3.1 CPA與OPCPA的比較 354
10.3.2 參量放大中的脈沖同步與脈沖匹配 356
10.3.3 參量增益與參量帶寬 358
10.4 波前校正與控制 362
10.4.1 夏克–哈特曼傳感器 362
10.4.2 變形鏡 364
10.4.3 信號處理和控制系統(tǒng) 364
10.5 放大脈沖對比度的增強 368
10.5.1 納秒預脈沖的抑制 369
10.5.2 高能量高對比度種子注入抑制ASE 370
10.5.3 利用交叉偏振濾波技術提高脈沖對比度 370
10.5.4 利用可飽和吸收體以及交叉偏振濾波的雙CPA系統(tǒng) 371
10.5.5 利用短脈沖泵浦的OPA技術提高脈沖對比度 372
10.5.6 利用等離子鏡技術提高壓縮后激光對比度 373
10.6 基于CPA 技術和OPCPA技術的典型飛秒超強激光裝置 374
參考文獻 383
第11章 阿秒激光的原理與技術 387
11.1 高次諧波產生原理與阿秒脈沖 387
11.2 固體高次諧波原理和技術 392
11.3 產生阿秒激光脈沖的典型技術 396
11.3.1 振幅選通技術 396
11.3.2 偏振選通技術 397
11.3.3 雙光選通技術 398
11.3.4 燈塔選通技術399
11.3.5 多路相干合成阿秒產生技術 400
11.4 阿秒激光測量原理與技術 401
11.4.1 阿秒互相關測量技術 401
11.4.2 雙光子躍遷干涉阿秒重建法（RABBIT） 402
11.4.3 激光輔助側向X射線光電離 403
11.4.4 阿秒條紋相機 404
11.4.5 阿秒SPIDER 405
11.4.6 非對稱光電離法 406
11.4.7 阿秒自相關法 406
11.4.8 阿秒脈沖完全重建的頻率分辨光學選通法 407
11.4.9 PROOF算法 408
11.5 阿秒激光脈沖未來發(fā)展趨勢 409
11.5.1 高通量阿秒激光—阿秒強場物理409
11.5.2 雙色場驅動的阿秒脈沖產生 412
11.5.3 高重復頻率阿秒高次諧波 413
11.5.4 短波長超快激光驅動的高次諧波414
11.5.5 長波長超快激光驅動的阿秒脈沖415
參考文獻 416
第12章 超快激光典型應用 423
12.1 時間分辨超快動力學 423
12.2 超快激光醫(yī)學 427
12.3 超快激光加工 430
12.4 超快激光精密測量 434
12.5 飛秒激光成絲及等離子通道 437
12.6 超快太赫茲產生技術 439
12.7 凝聚態(tài)材料的超快電學特性及超快開關 443
12.8 飛秒激光尾波場加速及次級輻射447
12.9 基于超快激光的新型科學儀器 450
參考文獻 454
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