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第一章 激光原理基础 1

1.1 激光产生的基本原理 1

1.1.1 跃迁 1

1.1.2 爱因斯坦系数之间的关系 2

1.1.3 激光产生的增益原理 4

1.2 光学谐振腔和高斯光束 7

1.2.1 腔的损耗 8

1.2.2 共轴球面腔的稳定条件 10

1.2.3 腔模的物理概念和腔内行波 10

1.2.4 对称共焦腔基模高斯光束的特征 11

1.3 光学中的矩阵性质 13

1.3.1 变换矩阵ABCD定律 13

1.3.2 变换矩阵示例 17

1.3.3 共轴球面腔的约束稳定性 20

1.4 光纤激光器的基本知识和系统设计 22

1.4.1 光纤激光器的工作物质 22

1.4.2 光纤激光器的谐振腔 23

1.4.3 光纤激光器的泵浦结构 23

1.4.4 环形腔光纤激光器的设计 24

习题与思考 28

第二章 激光调制技术 29

2.1 调制的分类及特点 29

2.1.1 振幅调制 29

2.1.2 频率和相位调制 30

2.1.3 强度调制 31

2.1.4 脉冲调制 32

2.1.5 脉冲编码调制 32

2.2 电光调制 33

2.2.1 电光调制的物理基础 33

2.2.2 电光强度调制 38

2.2.3 电光相位调制 42

2.2.4 电光调制器的电学性能 43

2.3 声光调制 46

2.3.1 声光调制的物理基础 46

2.3.2 声光互作用的两种类型 47

2.3.3 声光调制器 54

2.4 磁光调制 58

2.4.1 磁光效应 58

2.4.2 磁光调制器 59

2.5 直接调制 60

2.5.1 半导体激光器直接调制的原理 60

2.5.2 半导体发光二极管的调制特性 61

2.5.3 半导体光源的模拟调制 62

2.6 间接调制 62

习题与思考 64

第三章 光波在光纤中的传输及放大技术 65

3.1 光波在光纤波导中的传播 65

3.1.1 光纤波导的结构 65

3.1.2 光波在光纤波导中的传播特性 66

3.1.3 光波在光纤波导中的衰减和色散特性 72

3.2 光放大器概述 74

3.2.1 基本原理 74

3.2.2 光放大器的种类 74

3.2.3 光放大器的基本性能 75

3.3 半导体激光放大器 78

3.3.1 放大器的结构 78

3.3.2 放大器的性能 79

3.4 掺铒光纤放大器 81

3.4.1 增益特性 83

3.4.2 放大器的噪声系数 86

3.5 光纤拉曼放大器 87

3.5.1 光纤拉曼放大器的概述 87

3.5.2 光纤拉曼放大器的基本原理 88

3.5.3 宽带混合光纤放大器 90

习题与思考 91

第四章 光电探测技术 92

4.1 光电探测器的物理效应 92

4.2 辐射度量与光度量的基础知识 93

4.2.1 光的本质 93

4.2.2 辐射度的基本物理量 94

4.2.3 光度的基本物理量 96

4.2.4 热辐射的基本物理量 98

4.2.5 辐射度与光度中的基本定律 99

4.3 光电探测器件的特性参量 102

4.3.1 积分灵敏度 102

4.3.2 光谱灵敏度 103

4.3.3 频率灵敏度 104

4.3.4 量子效率 104

4.3.5 通量阈和噪声等效功率（NEP） 105

4.3.6 归一化探测度 105

4.3.7 其他参数 106

4.4 直接探测系统的性能分析 106

4.4.1 光电探测器的平方律特性 106

4.4.2 信噪比性能分析 107

4.4.3 直接探测系统的NEP分析 107

4.5 光频外差探测的基本原理 109

4.5.1 光外差探测的原理 109

4.5.2 基本特性 112

习题与思考 113

第五章 光谱分析技术 114

5.1 光谱分析仪的分类 115

5.2 基于衍射光栅的光谱分析仪 117

5.2.1 光谱分析仪的基础 117

5.2.2 输入端 118

5.2.3 准直光学系统 118

5.2.4 衍射光栅 119

5.2.5 聚焦光学元件 121

5.2.6 输出端口 121

5.2.7 探测器 121

5.3 基于衍射光栅光谱仪的主要技术指标 121

5.3.1 波长精度 121

5.3.2 波长校准技术 122

5.3.3 波长分辨率和动态范围 123

5.3.4 灵敏度和扫描时间 124

5.4 调制信号的测量 125

5.4.1 信号处理 125

5.4.2 零跨度模式 126

5.4.3 触发扫描模式 126

5.4.4 模数转换触发模式 126

5.4.5 模数转换交流触发模式 127

5.4.6 门控扫描模式 127

习题与思考 128

第六章 频谱分析技术 129

6.1 频谱分析的基本概念 129

6.1.1 测量的设定 129

6.1.2 激光的线宽和啁啾 130

6.1.3 两个光场之间的干涉 132

6.2 激光线宽特性 134

6.2.1 使用本振激光器的外差方法 134

6.2.2 延迟自外差 137

6.2.3 延迟自零差 138

6.2.4 光电流谱：相干效应 139

6.2.5 相干鉴别器的方法 142

6.2.6 几种方法的比较 143

6.3 调制激光器的频谱测量 144

6.3.1 差频方法 144

6.3.2 门控延迟的自零差技术 145

6.4 激光啁啾测量 146

6.5 频率调制测量 148

习题与思考 150

第七章 分布式光纤传感技术 151

7.1 光纤传感技术的概述 151

7.1.1 光纤传感器的工作原理 151

7.1.2 分布式光纤传感技术的特点 157

7.1.3 分布式光纤传感技术的主要参数 158

7.2 基于布里渊散射的分布式光纤传感技术 159

7.2.1 光纤中的布里渊散射 160

7.2.2 光纤中布里渊散射的特性 163

7.2.3 基于布里渊散射的分布式光纤传感器系统 167

7.3 基于布里渊激光器本振光源的BOTDR系统设计与性能 171

7.3.1 实验系统 171

7.3.2 实验结果与分析 171

习题与思考 175

参考文献 176