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第1篇 气体、化学和自由电子激光 3

第1章 二氧化碳激光器 3

1.1 引言 3

1.2 主要参数 3

1.3 CO2激光原理 4

1.4 CO2激光器类型 7

1.4.1 扩散冷却CO2激光器 7

1.4.2 快流CO2激光器 9

1.5 应用 10

参考文献 12

第2章 准分子激光 13

2.1 工作原理 13

2.2 准分子激光器技术及性能 14

2.2.1 设计和技术概述 14

2.3 准分子激光器设计和应用 20

2.3.1 高功率准分子激光器 20

2.3.2 微缩平板印刷术 23

2.3.3 LASIK 23

2.4 高功率准分子激光器的应用 24

2.4.1 高分辨率微加工 25

2.4.2 高亮度显示屏 28

参考文献 29

第3章 化学激光 31

3.1 引言 31

3.2 一般性背景 31

3.3 氟化氢激光和氟化氘激光 33

3.3.1 能级 34

3.3.2 小信号增益 37

3.3.3 激发态粒子的化学产生 38

3.3.4 动力学过程、淬灭和传能 39

3.3.5 流体力学和喷管设计 40

3.3.6 连续波HF和DF激光器的衍生装置 43

3.3.7 HF和DF激光器性能 44

3.4 化学氧碘激光 45

3.4.1 能级 46

3.4.2 小信号增益 46

3.4.3 淬灭过程 48

3.4.4 碘分解 48

3.4.5 单重态氧发生器 49

3.4.6 COIL激光器性能指标 50

3.4.7 COIL激光器性能 50

3.5 其他化学激光 51

3.5.1 DF-CO2传能激光 51

3.5.2 一氧化碳激光 51

参考文献 52

第4章 高功率自由电子激光 53

4.1 简介 53

4.2 FEL物理 53

4.2.1 物理机制 53

4.2.2 共振波长 54

4.2.3 增益和带宽 56

4.2.4 实际因素 57

4.3 硬件设施 58

4.3.1 概要 58

4.3.2 注入器 58

4.3.3 加速器 60

4.3.4 摇摆器 62

4.3.5 光学谐振腔 62

4.3.6 能量回收技术 63

4.4 现状 65

参考文献 67

第2篇 二极管激光 73

第5章 半导体激光器——半导体激光器基础及单管特性 73

5.1 前言 73

5.2 功率提升的历史 74

5.3 高功率半导体激光器的特点 74

5.4 器件结构和晶片制造工艺 75

5.5 垂直腔和边发射半导体结构 76

5.6 半导体激光器的效率 78

5.7 高功率宽发射截面半导体激光器 80

5.8 高功率半导体激光巴条 82

5.9 高功率单模半导体激光器 83

5.10 半导体激光器的老化及可靠性 85

5.11 基座设计与装配 87

5.12 光纤耦合封装设计和工艺流程 88

5.13 性能特性 90

5.14 高亮度泵浦源的空间叠加 91

5.15 质量与可靠性 93

参考文献 93

第6章 高功率半导体激光器阵列 97

6.1 引言 97

6.2 半导体激光器巴条的封装 98

6.3 散热 99

6.3.1 微通道冷却器用水指引 100

6.3.2 热膨胀匹配的微通道冷却器 101

6.4 产品类别 101

6.5 器件性能 102

6.5.1 波长、功率、效率与工作模式 102

6.5.2 光束质量与亮度 103

6.5.3 波长锁定 104

6.5.4 寿命与稳定性 105

6.6 产品性能 106

6.6.1 单个半导体激光器巴条的光纤耦合 107

6.6.2 功率放大 110

6.6.3 高功率半导体激光光纤耦合器件 111

6.7 高功率半导体阵列的直接应用 112

6.7.1 工业应用 113

6.7.2 医学应用 116

6.7.3 国防应用 116

参考文献 117

第3篇 固体激光器 121

第7章 高功率固体激光器 121

7.1 概述 121

7.2 激光增益材料 121

7.2.1 发射截面和能级寿命 122

7.2.2 基质材料 123

7.2.3 高平均功率固体激光材料 124

7.2.4 高脉冲能量和峰值功率固体激光材料 126

7.3 泵浦、冷却和热效应 127

7.3.1 泵浦源 127

7.3.2 激光提取和散热 129

7.4 激光光束的产生 130

7.4.1 稳定腔 130

7.4.2 非稳定腔 131

7.4.3 主振荡器加功率放大器 132

7.5 波前校正 132

7.5.1 空间相屏 133

7.5.2 相位共轭 134

7.5.3 主动光学 135

7.6 结论和展望 136

参考文献 136

第8章 “之”字形板条激光器 139

8.1 引言 139

8.2 “之”字形板条的原理和优势 139

8.2.1 “之”字形板条几何结构 139

8.2.2 定标率 140

8.3 传统侧面泵浦的板条 143

8.3.1 结构及技术的问题 143

8.3.2 性能 144

8.4 端泵浦板条 147

8.4.1 结构和技术结果 147

8.4.2 性能 148

8.4.3 功率定标 150

参考文献 152

第9章 Nd：YAG陶瓷ThinZag高功率激光进展 154

9.1 简介及ThinZag概念发展 154

9.1.1 TZ-1模块发展 155

9.1.2 TZ-2模块发展 156

9.1.3 TZ-3模块发展 161

9.1.4 3个TZ-3模块的耦合 162

9.2 小结 164

致谢 165

参考文献 165

第10章 薄片激光器 166

10.1 引言 166

10.2 历史 166

10.3 薄片激光器基本原理 167

10.4 可使用的激光材料 169

10.5 数值模型和定标率 169

10.5.1 平均温度 169

10.5.2 荧光的影响 171

10.5.3 热致应力 172

10.5.4 形变、应力和热透镜 173

10.5.5 高功率薄片激光器的设计 175

10.5.6 增益和提取的数学模型 176

10.5.7 运动方程 177

10.5.8 耦合的准静态数值模型 178

10.5.9 ASE的影响 179

10.5.10 ASE与受激激发的相互作用 179

10.5.11 非稳态数值模型 180

10.5.12 ASE极限 183

10.6 连续波薄片激光器 184

10.6.1 高平均功率 184

10.6.2 基模、单频和二次谐波产生 186

10.7 薄片脉冲激光 187

10.7.1 薄片式调Q激光器 187

10.7.2 薄片式腔倒空激光器 188

10.7.3 纳秒、皮秒和飞秒脉冲放大 189

10.7.4 高脉冲能量薄片激光器 191

10.8 工业实现 191

10.9 小结 192

致谢 192

参考文献 192

第11章 热容激光器 197

11.1 介绍 197

11.2 系统结构 197

11.3 激光性能建模 201

11.3.1 泵浦吸收、增益和提取 201

11.3.2 放大的自发辐射效应 205

11.3.3 波前扰动和退偏 208

11.4 最新研究进展 215

11.4.1 功率提取 215

11.4.2 波前控制 215

11.5 定标方法 217

11.6 应用和相关的实验结果 218

11.6.1 快速材料去除（钻/熔） 218

11.6.2 气流的相互作用导致的空气动力不平衡 219

11.6.3 激光用于人道主义扫雷 219

11.6.4 车载自维护400kW热容激光器 220

11.7 总结 220

参考文献 220

第12章 超快固体激光器 222

12.1 引言 222

12.2 超快激光源和振荡器 223

12.2.1 Kerr效应 223

12.2.2 超快振荡器 223

12.3 超快放大技术 224

12.3.1 啁啾脉冲放大 224

12.3.2 像差 226

12.3.3 放大器方案 227

12.3.4 再生放大 227

12.3.5 多程放大 228

12.3.6 负啁啾脉冲放大 229

12.4 热管理 231

12.4.1 光参量啁啾脉冲放大 232

12.5 脉冲测量 233

12.6 应用 234

12.6.1 成丝 234

12.6.2 无损精加工 235

12.6.3 基于激光的光子和粒子源 236

12.6.4 高次谐波的产生 236

参考文献 238

第13章 薄片超快激光器 241

13.1 引言 241

13.2 泵浦结构 243

13.3 薄片结构的热管理 243

13.4 SESAM锁模 247

13.4.1 脉冲形成机制 247

13.4.2 不同运行区域 249

13.5 结论和展望 255

参考文献 256

第14章 国家点火装置激光器——高脉冲能量聚变激光器 263

14.1 引言 263

14.2 历史背景 264

14.3 NIF装置及激光器概况 267

14.4 NIF束组性能和基频、三倍频的运行统计 270

14.4.1 能量和激光性能运行模型校准结果 270

14.4.2 NIF功率和能量的运行统计 271

14.5 点火靶脉冲形状的性能认证发次 273

14.5.1 主振荡器和脉冲整形系统 273

14.5.2 预放大器模块及其性能 275

14.5.3 主激光的基频性能 277

14.5.4 倍频转换性能 280

14.6 点火实验的焦斑控制盒和精确脉冲整形 284

14.6.1 用相位板进行光束空间调节 286

14.6.2 一维SSD的光束时间调节 288

14.6.3 空间和时间调节脉冲的频率转换 290

14.6.4 时间脉冲整形 290

14.7 2010年NIF现状和实验 291

14.8 结论 299

致谢 299

参考文献 299

第4篇 光纤激光器 307

第15章 光纤激光器简介 307

15.1 背景 307

15.1.1 历史 307

15.1.2 光纤激光器的优势 308

15.2 稀土离子掺杂的光纤激光器 309

15.2.1 光纤激光器基础 309

15.2.2 掺稀土离子光纤的特性 311

15.2.3 光纤激光器的功率定标 315

15.2.4 高功率光纤激光器的光纤 322

15.3 光纤激光器 329

15.3.1 连续波光纤激光器 329

15.3.2 调Q激光器 334

15.3.3 锁模光纤激光器 335

参考文献 337

第16章 脉冲光纤激光器 341

16.1 引言 341

16.2 脉冲功率扩展面临的挑战 342

16.2.1 非线性效应 342

16.2.2 放大的自发辐射 345

16.2.3 光损伤 346

16.3 高功率脉冲光纤激光器 347

16.3.1 光纤类型 348

16.3.2 放大的自发辐射管理 349

16.3.3 MOPA结构和振荡器结构 350

16.4 高脉冲能量、高峰值功率的光纤放大器：结果 351

16.4.1 单级光纤放大器 351

16.4.2 增益分段的MOPA 353

16.4.3 保偏MOPA以及波长转换 356

16.4.4 人眼安全的脉冲光纤激光源 358

16.5 总结与展望 359

致谢 360

参考文献 360

第17章 高功率超快光纤激光系统 364

17.1 引言与动机 364

17.2 限制稀土掺杂光纤超短脉冲放大最基本的因素——非线性效应 365

17.3 高重复频率吉瓦峰值功率的光纤激光系统 368

17.4 峰值功率与脉冲能量定标中的注意事项 370

17.5 超短脉冲光纤系统的平均功率定标 373

17.6 总结与展望 374

参考文献 374

第18章 高功率光纤激光在工业与国防领域的应用 377

18.1 引言 377

18.2 光纤激光工程 377

18.3 宽带多模光纤激光的功率定标 379

18.4 宽带单模光纤激光的功率定标 381

18.5 工业应用中的高功率光纤激光 383

18.6 国防应用中的高功率光纤激光 385

18.6.1 用于战略与战术定向能量应用的光纤激光器 385

参考文献 385

第5篇 光束合成 389

第19章 光束合成 389

19.1 引言 389

19.1.1 光束合成的动因 389

19.1.2 光束合成性能指标 390

19.2 光束合成技术和理论 391

19.2.1 非相干合成 392

19.2.2 相干合成 392

19.2.3 相干合成性能退化 397

19.2.4 光谱合成 399

19.2.5 光谱合成性能的降低 401

19.2.6 混合合成 402

19.3 特殊激光系统的光束合成 403

19.3.1 光纤激光光束合成 404

19.3.2 半导体激光光束合成 408

19.3.3 固体激光光束合成 410

19.4 小结 411

致谢 411

参考文献 412