全固态激光及非线性光学频率变换技术PDF电子书下载

第1章 概述 1

1.1 全固态激光器及非线性光学频率变换技术发展的历史 3

1.1.1 萌芽期：20世纪60年代 3

1.1.2 缓慢发展时期：20世纪70年代 4

1.1.3 蓬勃发展时期：20世纪80年代 6

1.1.4 飞速发展时期：20世纪90年代至今 11

1.2 全固态激光器及频率变换技术的发展 26

1.2.1 高功率DPL 26

1.2.2 应用于军事领域的DPL 27

1.2.3 大功率三基色DPL 27

1.2.4 紫外与深紫外波段的DPL 28

1.2.5 可调谐全固态激光器 28

参考文献 29

第2章 全固态激光器的工作物质及非线性光学材料 48

2.1 全固态激光器的工作物质 48

2.1.1 掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG） 48

2.1.2 钕玻璃（Nd:Glass） 54

2.1.3 掺钕钒酸钇（Nd:YVO4） 58

2.1.4 掺钕氟化钇锂（Nd:YLF） 62

2.1.5 掺钕铝酸钇（Nd:YAP） 64

2.1.6 掺钕铝酸镁镧（Nd:LMA） 68

2.1.7 掺钕钒酸钆（Nd:GdVO4） 70

2.1.8 多晶Nd:YAG陶瓷 72

2.1.9 Er:YAG 77

2.1.10 铒玻璃 78

2.1.11 Tm,Ho:YVO4 79

2.1.12 Ho,Yb:YVO4 80

2.1.13 Yb:YAG 82

2.1.14 以过渡金属离子为激活离子的激光晶体 89

2.2 非线性光学晶体材料 89

2.2.1 磷酸氧钛钾（KTiOPO4,KTP）晶体 90

2.2.2 偏硼酸钡（β-BaB2O4,BBO）晶体 99

2.2.3 三硼酸锂（LiB3O5,LBO）晶体 105

2.2.4 硼酸铯锂（CsLiB6O10,CLBO）晶体 112

2.2.5 三硼酸铋（BiB3O3,BIBO）晶体 120

2.2.6 氟硼酸铍钾（KBBF）晶体 123

参考文献 130

第3章 全固态激光器的光泵浦系统 135

3.1 激光二极管的基本原理及器件结构 135

3.1.1 激光二极管基本原理 136

3.1.2 典型激光二极管器件结构 137

3.1.3 高功率激光二极管列阵 141

3.2 端面泵浦耦合系统 144

3.2.1 光学透镜耦合端面泵浦结构 145

3.2.2 光纤耦合端面泵浦结构 148

3.2.3 端面泵浦耦合计算和设计 151

3.3 高功率激光二极管阵列泵浦耦合系统 169

3.3.1 高功率激光二极管阵列泵浦耦合结构 169

3.3.2 侧面泵浦耦合计算和设计 174

参考文献 181

第4章 全固态激光器的热效应 185

4.1 侧面泵浦全固态激光器的热效应 185

4.1.1 激光晶体中的温度分布及热效应 186

4.1.2 Nd:YAG棒的特性与温度的关系及其影响 194

4.1.3 Nd:YAG棒中的泵浦光分布及其影响 197

4.1.4 热效应的消除及补偿 201

4.1.5 Nd:YAG热效应的测量及结果 203

4.2 端面泵浦全固态激光器的热效应 207

4.2.1 端面泵浦全固态激光器中的热效应 207

4.2.2 热透镜效应的测量 225

4.2.3 热效应的缓解和补偿 228

4.3 高功率全固态激光器中非线性晶体的热效应 232

4.3.1 非线性晶体中的自热效应 232

4.3.2 KTP倍频晶体中的温度分布 233

4.3.3 KTP倍频晶体中的热效应对倍频转换的影响 236

4.3.4 高功率内腔倍频激光器 241

参考文献 246

第5章 全固态激光器的谐振腔技术 254

5.1 谐振腔设计的基本原理 254

5.2 基模动态稳定腔技术 256

5.2.1 基模动态稳定腔的基本原理 256

5.2.2 基模动态稳定腔的失调灵敏度 262

5.2.3 基模动态稳定腔的设计准则 264

5.3 双棒串接腔和热致双折射补偿腔 268

5.3.1 双棒串接腔 268

5.3.2 热致应力双折射补偿技术 276

5.4 像散腔的计算和设计 280

5.4.1 像散的产生 280

5.4.2 像散补偿 281

5.4.3 稳区及腔内光束分布 284

5.5 其他典型谐振腔的设计举例 289

5.5.1 棒成像非稳腔和近共心非稳腔 289

5.5.2 主动振荡-功率放大（MOPA）系统及多程放大、相位共轭技术 291

5.6 类高斯分布理论 294

5.6.1 混合模的横向分布 295

5.6.2 混合模光束的特征 300

5.6.3 类高斯光束在均匀介质中的传播及变换 301

5.6.4 混合模系数M的测量 302

参考文献 305

第6章 全固态连续激光器 308

6.1 端面泵浦的Nd:YAG晶体准三能级系统连续运转特性分析 308

6.1.1 端面泵浦的Nd:YAG激光晶体准三能级系统模型 309

6.1.2 反转粒子数密度分布 314

6.1.3 归一化输出特性 319

6.2 端面泵浦全固态连续激光器 329

6.2.1 大功率连续运转946nm Nd:YAG激光器 329

6.2.2 大功率连续运转全固态蓝光激光器 341

6.2.3 大功率连续运转全固态Nd:YVO4 1342/671nm激光器 352

6.3 侧面泵浦高功率全固态连续激光器 362

6.3.1 基于Nd:YAG晶体的高功率全固态激光器 365

6.3.2 基于陶瓷Nd:YAG晶体的高功率全固态激光器 372

6.4 全固态多波长激光器 374

6.4.1 全固态激光器多波长同时振荡条件 374

6.4.2 全固态Nd:YAG多波长激光器 376

6.4.3 全固态Nd:YVO4多波长激光器 401

参考文献 413

第7章 全固态脉冲激光器 424

7.1 内腔倍频调Q激光器理论分析 424

7.1.1 内腔倍频调Q激光器速率方程 424

7.1.2 速率方程的求解及结果分析 427

7.1.3 适合高功率激光器的声光Q开关 429

7.2 高功率全固态调Q内腔倍频绿光激光器 431

7.2.1 采用双端倍频输出方案 432

7.2.2 采用双调Q和强冷却倍频晶体方案 433

7.2.3 采用单调Q器件和热稳腔方案 436

7.2.4 采用LBO倍频晶体方案 438

7.2.5 采用高温KTP倍频晶体方案 440

7.3 高功率全固态准连续红光激光器 442

7.3.1 基于侧面泵浦直腔结构的全固态红光激光器 442

7.3.2 基于侧面泵浦折叠腔结构的全固态红光激光器 445

7.4 准连续运转掺钛蓝宝石激光器 447

7.4.1 准连续钛宝石激光器结构设计 447

7.4.2 实验结果分析 452

7.5 全固态锁模激光器 456

7.5.1 SESAM被动锁模激光器的发展现状 457

7.5.2 激光谐振腔设计程序 463

7.5.3 SESAM皮秒锁模激光器 471

参考文献 485

第8章 光纤激光器及放大器 491

8.1 光纤激光器简介 491

8.1.1 光纤激光器 491

8.1.2 光纤激光器的主要特点 493

8.2 掺稀土光纤制作及光纤特性 495

8.2.1 掺稀土离子光纤的制作技术简介 495

8.2.2 光纤特性 499

8.3 光纤激光器的基本理论 506

8.3.1 光纤波导中的模式理论 506

8.3.2 光纤激光器输出特性理论 512

8.3.3 双包层光纤激光器的吸收特性 515

8.3.4 内包层形状对吸收效率的影响 518

8.3.5 光纤激光器的耦合技术 522

8.4 各种类型光纤激光器 528

8.4.1 连续运转光纤激光器 528

8.4.2 脉冲运转光纤激光器 534

8.5 光纤放大器 544

8.5.1 光纤放大器的分类 544

8.5.2 光纤放大器的研究进展和发展趋势 547

8.5.3 宽带光纤放大器 551

参考文献 568

第9章 全固态可调谐激光器 578

9.1 可调谐激光晶体材料 578

9.1.1 过渡金属离子掺杂的激光材料 578

9.1.2 稀土离子掺杂的固体激光材料 587

9.1.3 掺钛蓝宝石晶体（Ti3+:Al2O3） 597

9.2 全固态可调谐激光器的波长调谐和线宽压窄技术 603

9.2.1 棱镜调谐与线宽压窄 603

9.2.2 光栅调谐与线宽压窄 608

9.2.3 双折射滤波器的调谐与线宽压窄 610

9.2.4 标准具调谐和线宽压窄 620

9.2.5 种子注入技术 623

9.3 宽带可调谐钛宝石激光器 633

9.3.1 准连续运转掺钛蓝宝石激光器的时间特性 633

9.3.2 输出脉冲宽度及延迟时间随各参数的变化关系 636

9.3.3 准连续运转钛宝石激光器的输出功率 641

参考文献 644

第10章 非线性光学频率变换技术 652

10.1 三波互作用的耦合波方程 652

10.1.1 三波互作用的稳态耦合波方程 652

10.1.2 三波互作用的瞬态耦合波方程 653

10.1.3 曼莱-罗威关系 655

10.1.4 光倍频及光混频的稳态小信号解 655

10.1.5 高斯光束倍频效率的计算 657

10.1.6 高斯光束的内腔倍频 658

10.2 非线性光学晶体性质及单轴晶体相位匹配技术与有效非线性系数的计算 659

10.2.1 非线性光学晶体的性质 659

10.2.2 单轴晶体的相位匹配及非线性系数的计算 665

10.3 双轴晶体的相位匹配及非线性系数的计算 674

10.3.1 双轴晶体的相位匹配的计算 674

10.3.2 双轴晶体中三波互作用的有效非线性系数deff计算 677

10.3.3 双轴晶体中温度对三波互作用相位匹配及有效非线性系数的影响 684

10.4 非线性光学晶体中三波互作用允许参量的计算 687

10.4.1 单轴晶体中三波互作用的允许参量计算 687

10.4.2 双轴晶体中三波互作用的允许参量计算 693

10.5 双轴晶体中光波走离角及其对三波互作用的影响 704

10.5.1 双轴晶体中光波的走离角计算 704

10.5.2 双轴晶体中光波走离角对三波互作用的影响 706

参考文献 710

第11章 全固态准相位匹配技术 712

11.1 周期极化晶体 712

11.1.1 几种获得周期极化晶体的方法 713

11.1.2 周期极化晶体制作的发展过程 714

11.1.3 几种极化晶体的比较 715

11.1.4 国内外研究现状 720

11.2 准相位匹配技术和光学参量振荡器的基本原理 721

11.2.1 准相位匹配技术的基本原理 721

11.2.2 准相位匹配技术的优点 725

11.2.3 光学参量振荡器的基本原理 726

11.3 周期极化铌酸锂晶体的光学参量振荡器理论 732

11.3.1 准连续OPO角度调谐理论曲线计算 732

11.3.2 准连续OPO其他调谐方式理论曲线计算 736

11.4 温度调谐PPLN光学参量振荡器 739

11.4.1 共焦腔结构 741

11.4.2 平凹腔结构 742

11.4.3 多种非线性效应 746

11.5 角度调谐PPLN光学参量振荡器 748

11.5.1 角度调谐PPLN-OPO泵浦源 748

11.5.2 角度调谐OPO和OPG 752

参考文献 759

附录Ⅰ 天津大学激光与光电子研究所发表的有关DPL及NOFC的论文 765

附录Ⅱ 有关非线性频率变换和谐振腔计算的Matlab源程序 784