第1章 超快光學基礎 1
1.1 光與物質相互作用 1
1.1.1 Maxwell方程組 1
1.1.2 平面波的波動方程 2
1.1.3 緩變包絡近似 3
1.2 超短光脈沖在各向同性介質中的線性傳播 6
1.2.1 平面波啁啾脈沖的傳播 6
1.2.2 波形的變化 9
1.3 二階非線性效應 16
1.3.1 三波相互作用——倍頻 16
1.3.2 三波相互作用——和頻和差頻 17
1.4 三階非線性效應 17
1.4.1 克爾透鏡效應 19
1.4.2 自相位調制 20
1.4.3 光譜壓縮效應 23
1.4.4 互相位調制 24
1.4.5 自陡峭效應 25
1.4.6 拉曼效應 26
1.4.7 可飽和吸收 28
1.5 非線性薛定諤方程 29
1.5.1 非線性薛定諤方程的解法 29
1.5.2 孤子傳輸過程 30
參考文獻 32
第2章 色散元器件的原理與計算 33
2.1 透明介質 33
2.1.1 極化強度矢量：阻尼振子模型 33
2.1.2 Kramers-Kronig關系 34
2.1.3 臨界脈寬和脈沖展寬 36
2.2 多層膜結構 37
2.2.1 多層介質反射膜 37？
2.2.2 啁啾反射鏡 41
2.2.3 超寬帶配對啁啾鏡 48
2.2.4 Gires-Tournois反射鏡 50
2.2.5 多腔和優化Gires-Tournois反射鏡 51
2.2.6 啁啾光纖光柵 53
2.2.7 啁啾體光柵 53
2.3 基于角色散的色散元件 54
2.3.1 棱鏡對 55
2.3.2 光柵對 60
2.3.3 光柵對與棱鏡對的組合 67
2.3.4 與光柵對壓縮器配對的光纖展寬器 68
2.4 可編程相位補償系統 68
2.4.1 液晶相位調制器 69
2.4.2 聲光可編程色散濾波器 71
2.4.3 可變形反射鏡 73
2.5 矢量色散圖與矢量色散補償法 74
2.6 白光干涉與色散測量 76
2.6.1 時域法 76
2.6.2 頻域法 79
2.6.3 頻域小波變換法 81
參考文獻 84
第3章 固體激光器鎖模啟動及脈沖形成機制 88
3.1 克爾透鏡鎖模原理 88
3.2 諧振腔與穩定區 91
3.2.1 像散補償諧振腔 91
3.2.2 無增益介質時的ABCD矩陣 94
3.2.3 含克爾透鏡的ABCD矩陣 96
3.3 脈沖形成階段的分析 103
3.4 主方程和微擾算符方程 105
3.4.1 主方程的導出 106
3.4.2 主方程的解 109
3.4.3 微擾算符理論 110
3.5 周期性和高階色散的微擾 112
3.5.1 穩態脈沖參數 113
3.5.2 色散波及穩定性考慮 116？
附錄 A 克爾介質的q參數變換 120
參考文獻 122
第4章 可飽和吸收體鎖模技術 124
4.1 半導體可飽和吸收體 125
4.1.1 半導體可飽和吸收體的能帶 125
4.1.2 半導體的能帶與晶格常數 125
4.1.3 半導體的能帶與量子阱 127
4.1.4 半導體可飽和吸收體的時間特性 127
4.2 激光器參數與半導體可飽和吸收鏡宏觀特性的關系 128
4.2.1 半導體可飽和吸收鏡的宏觀特性 128
4.2.2 自調Q的抑制 135
4.3 半導體可飽和吸收鏡的類型 137
4.3.1 高精細度法布里-珀羅可飽和吸收鏡 137
4.3.2 低精細度法布里-珀羅可飽和吸收鏡 137
4.3.3 無諧振型可飽和吸收鏡 137
4.3.4 可飽和布拉格反射鏡 138
4.3.5 寬帶可飽和吸收鏡 138
4.4 低損耗寬帶可飽和吸收鏡 139
4.4.1 金屬膜與介質膜混合反射鏡 139
4.4.2 氧化AlAs布拉格反射鏡 141
4.4.3 氟化物與半導體混合反射鏡 142
4.5 半導體可飽和吸收鏡中吸收層的設計 143
4.6 低飽和通量半導體可飽和吸收鏡 144
4.7 高破壞閾值半導體可飽和吸收鏡 145
4.8 量子點可飽和吸收鏡 149
4.8.1 量子點的能級結構 149
4.8.2 量子點半導體可飽和吸收鏡的結構 149
4.9 碳納米管鎖模器件 150
4.9.1 單壁碳納米管作為可飽和吸收體 150
4.9.2 單壁碳納米管可飽和吸收鏡的制備 152
4.10 石墨烯鎖模器件 154
4.10.1 石墨烯的能帶結構 155
4.10.2 石墨烯的吸收特性 155
4.10.3 石墨烯鎖模器件的制備 156
參考文獻 157？
第5章 飛秒固體激光技術 160
5.1 泵浦激光 160
5.1.1 固體激光器 160
5.1.2 半導體激光器 160
5.1.3 光纖激光器 161
5.2 腔內色散補償 161
5.2.1 棱鏡對色散補償 161
5.2.2 啁啾鏡色散補償 163
5.3 鈦寶石激光器 163
5.4 摻Cr離子晶族的飛秒脈沖激光器 165
5.4.1 Cr3+：LiSAF， Cr3+：LiSCAF 166
5.4.2 Cr4+：Forsterite 167
5.4.3 Cr4+：YAG 168
5.5 半導體激光器泵浦的摻Yb3+介質飛秒激光器 168
5.5.1 Yb3+的能級結構和光譜特性 168
5.5.2 薄片激光器 172
5.6 中紅外固體激光技術 174
5.6.1 摻Cr離子單晶激光器 174
5.6.2 氟化物玻璃 175
參考文獻 176
第6章 飛秒光纖激光技術 179
6.1 光纖簡介 179
6.1.1 單模光纖與大模場面積光纖 180
6.1.2 雙包層光纖與泵浦光的吸收效率 181
6.1.3 光子晶體光纖 182
6.1.4 3C光纖 184
6.1.5 摻雜類別 185
6.1.6 泵浦方式 185
6.2 光纖激光器的鎖模啟動機制 186
6.2.1 非線性環路反射鏡 186
6.2.2 非線性偏振旋轉 194
6.2.3 半導體可飽和吸收體 196
6.3 鎖模啟動機制：Jones矩陣方法 197
6.3.1 矩陣定義 197
6.3.2 基本環形腔 200？
6.3.3 再線性偏振化的環形腔 202
6.3.4 線性腔 203
6.3.5 環形腔 206
6.4 脈沖形成機制 207
6.4.1 Ginzburg-Landau方程與解法 207
6.4.2 Ginzburg-Landau方程的一般解 208
6.4.3 Ginzburg-Landau方程的穩態解特例——孤子脈沖 209
6.4.4 Ginzburg-Landau方程的穩態漸近解——自相似與放大自相似 212
6.5 Ginzburg-Landau方程的瞬態解——腔內鎖模動力學 213
6.5.1 腔內色散控制：展寬脈沖型 215
6.5.2 自相似子與放大自相似子 216
6.5.3 更長的腔——全正色散與耗散孤子 218
6.6 超高重復頻率光纖激光器 219
6.6.1 超高重復頻率下的脈沖演化 220
6.6.2 超高重復頻率激光器器件和技術 220
6.6.3 諧波鎖模 221
6.6.4 FP腔濾波和諧波光參量振蕩器 222
6.7 中紅外鎖模光纖激光技術 223
參考文獻 224
第7章 飛秒激光脈沖放大技術 227
7.1 放大器中的脈沖成形 227
7.1.1 增益介質的飽和 227
7.1.2 增益窄化 228
7.1.3 ASE的影響 229
7.2 放大器中非線性折射率的影響 229
7.2.1 自相位調制 229
7.2.2 自聚焦 229
7.3 放大器中脈沖的演化過程 230
7.4 啁啾脈沖放大器 231
7.4.1 再生放大器的構成 233
7.4.2 脈沖在再生放大器腔內的演化 235
7.4.3 隔離器 235
7.5 多通式放大器 236
7.6 啁啾脈沖放大器中的帶寬控制與波長調諧 239
7.6.1 超寬帶放大器 239？
7.6.2 波長可調諧再生放大器 240
7.6.3 用飛秒脈沖做種子的皮秒脈沖再生放大器 241
7.7 啁啾脈沖放大器中的脈沖展寬和壓縮 241
7.7.1 標準脈沖展寬器(Martinez型) 241
7.7.2 無像差脈沖展寬器(Offner型) 244
7.8 負啁啾脈沖放大器 245
7.9 薄片放大器 247
7.10 板條型放大器 248
7.11 光纖放大器 248
7.11.1 雙包層光纖放大 249
7.11.2 三階色散補償 249
7.12 時間分割脈沖放大 250
參考文獻 251
第8章 飛秒激光脈沖特性測量技術 254
8.1 飛秒脈沖的時域測量 254
8.1.1 線性自相關 254
8.1.2 非線性自相關 255
8.1.3 三階非線性非對稱脈沖的測量 259
8.1.4 自相關儀 259
8.1.5 單脈沖脈寬測量 261
8.2 飛秒脈沖的相位測量：FROG法 262
8.2.1 高階非線性相關FROG法 262
8.2.2 SHG-FROG法 265
8.2.3 低功率時FROG的應用 267
8.2.4 簡化版FROG-GRENOUILLE 267
8.3 飛秒脈沖相位的測量： SPIDER法 271
8.3.1 空間相干與時間相干 271
8.3.2 參考光與信號光的相干 271
8.3.3 信號光的自參考相干 272
8.3.4 SPIDER法 273
8.3.5 SPIDER裝置的參數選擇 277
8.3.6 SPIDER光譜相位的還原方法改進 278
8.3.7 SPIDER與FROG的測量精度比較 280
8.4 超寬帶弱信號的相位測量：XFROG與XSPIDER 281
8.5 二維SPIDER 281？
8.6 PICASO 283
參考文獻 284
第9章 飛秒激光脈沖頻率變換技術 286
9.1 非線性光學過程 286
9.2 倍頻 287
9.2.1 Ⅰ類匹配 287
9.2.2 Ⅱ類匹配 294
9.3 三倍頻 294
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