飞秒激光在前沿技术中的应用PDF电子书下载

第1章 飞秒激光的基本概念和基本知识 1

1.1 飞秒激光的特点 1

1.2 飞秒激光脉冲是如何形成的 2

1.3 各种物理机制对脉冲宽度的影响 5

1.3.1 增益的滤波作用 5

1.3.2 谐振腔的选模作用 5

1.3.3 自相位调制效应的加宽光谱作用 6

1.3.4 色散对脉冲的影响 7

1.4 超短脉冲激光测量技术 8

1.4.1 强度相关函数 9

1.4.2 双光子荧光法 12

1.4.3 二阶强度光学相关器 13

1.4.4 相干光学相关器 14

1.4.5 单次脉冲光学相关器 18

参考文献 19

第2章 典型飞秒激光源 20

2.1 钛宝石飞秒激光源 20

2.1.1 钛宝石飞秒激光器 20

2.1.2 钛宝石飞秒激光放大器 31

2.2 光纤飞秒激光源 34

2.2.1 非线性偏振旋转锁模光纤激光器 34

2.2.2 孤子锁模光纤激光器 35

2.2.3 自相似锁模光纤激光器 38

2.3 光子晶体光纤飞秒激光源 40

2.3.1 光子晶体光纤飞秒激光器 40

2.3.2 光子晶体光纤飞秒激光放大系统 75

2.4 其他飞秒激光源 86

2.4.1 超连续谱飞秒激光源 86

2.4.2 光学参量飞秒激光源 89

2.4.3 紫外飞秒激光源 98

参考文献 101

第3章 光子晶体光纤飞秒激光频率变换技术 104

3.1 光子晶体光纤的典型结构及其特性 104

3.1.1 无截止单模特性 105

3.1.2 可控的色散特性 106

3.1.3 可设计的非线性特性 107

3.1.4 高双折射率特性 108

3.1.5 带隙特性 109

3.2 光子晶体光纤的种类和制作方法 110

3.2.1 全内反射型光子晶体光纤 111

3.2.2 带隙型光子晶体光纤 112

3.2.3 光子晶体光纤的拉制方法 113

3.3 高非线性光子晶体光纤及频率上转换 114

3.3.1 偏振控制的频率上转换 114

3.3.2 模式控制的频率上转换 117

3.3.3 多芯光子晶体光纤中的频率上转换 125

3.3.4 光子带隙型光子晶体光纤中的频率变换 128

参考文献 132

第4章 超快太赫兹辐射脉冲的产生与太赫兹时域频谱学 133

4.1 泵浦－探测技术及太赫兹时域频谱技术 133

4.1.1 泵浦－探测技术 133

4.1.2 太赫兹时域频谱技术 134

4.2 超快太赫兹辐射脉冲的产生及探测 135

4.2.1 电磁辐射方程 135

4.2.2 基于光电导天线的超短太赫兹辐射脉冲的产生及探测 137

4.2.3 光学整流产生超短脉冲太赫兹辐射及其探测 141

4.3 高功率超快太赫兹辐射脉冲 159

4.3.1 大口径光电导天线太赫兹辐射源 160

4.3.2 高效、高功率超快太赫兹辐射脉冲源 161

4.3.3 电子加速器产生超快太赫兹辐射 171

4.3.4 基于气体等离子体的超快太赫兹辐射源 172

4.3.5 物质与强太赫兹辐射的相互作用 174

4.4 超快太赫兹辐射脉冲操控技术 174

4.4.1 太赫兹辐射脉冲的中心频谱调谐技术 175

4.4.2 脉冲整形及编码 178

4.4.3 标准的太赫兹时域频谱实验系统 180

4.4.4 小波域太赫兹时域频谱技术 182

4.4.5 光学泵浦－太赫兹探测太赫兹时域频谱技术 184

4.4.6 太赫兹泵浦－太赫兹探测太赫兹时域频谱技术 187

4.4.7 太赫兹泵浦－光学探测太赫兹时域频谱技术 188

参考文献 189

第5章 飞秒激光微纳加工技术 196

5.1 飞秒激光与金属相互作用 196

5.1.1 双温度方程 196

5.1.2 改进的双温度方程 197

5.1.3 双温度方程与流体力学方程组 198

5.1.4 飞秒激光加工金属孔 201

5.1.5 飞秒激光金属表面改性 202

5.2 飞秒激光与透明介质相互作用 204

5.2.1 飞秒激光与透明介质相互作用的理论模型 204

5.2.2 飞秒激光直写波导 207

5.2.3 飞秒激光直写微流体管道 208

5.2.4 飞秒激光全息法制造三维微纳结构 211

5.2.5 飞秒激光表面织构技术 213

5.2.6 飞秒激光与半导体相互作用中的非热熔化 216

5.3 飞秒激光与有机物相互作用 218

5.3.1 紫外激光烧蚀有机物的原理 218

5.3.2 真空紫外激光烧蚀有机物的原理 221

5.3.3 近红外激光烧蚀有机物面临的困难 223

5.3.4 中红外激光共振烧蚀有机物的理论和实验研究 224

5.3.5 激光推进轻型飞行器 228

5.4 多脉冲效应 229

5.4.1 多脉冲的理论 229

5.4.2 高重复频率飞秒脉冲在直写波导领域中的应用 230

5.4.3 高重复频率飞秒脉冲在激光微焊接领域中的应用 231

5.5 氛围的影响 232

5.5.1 水的击穿与超临界水的产生 232

5.5.2 冲击波法纳米化 233

5.5.3 超临界状态的产生及其应用 234

参考文献 236

第6章 基于飞秒激光的精密测距技术 239

6.1 激光测距概述 239

6.1.1 脉冲飞行时间距离测量 240

6.1.2 基于光波干涉的距离测量 240

6.1.3 激光测距的定标问题 241

6.1.4 现有的高精度、大量程的激光绝对距离测量方案比较 241

6.2 飞秒激光测距原理 242

6.2.1 飞秒激光的时间－频率特性 242

6.2.2 飞秒激光的飞行时间测距理论 245

6.2.3 飞秒激光的飞行时间与光波干涉相结合的测距理论 248

6.2.4 基于飞秒激光的啁啾脉冲激光雷达 253

6.3 基于飞秒激光的任意长度绝对距离测量技术 255

6.3.1 基于飞秒激光的微尺度、高精度位移测量 257

6.3.2 千米尺度、纳米分辨率的飞秒激光飞行时间绝对距离测量 260

6.3.3 基于双飞秒激光频率梳的高速、高分辨率绝对距离测量 264

6.4 飞秒激光任意长度绝对距离测量在卫星编队飞行中的应用 266

6.4.1 基于卫星编队飞行的合成孔径空间探测器 267

6.4.2 基于光学干涉仪的引力波探测器 268

参考文献 270

第7章 基于飞秒激光的生物光子学 273

7.1 基于飞秒激光技术的生物成像 273

7.1.1 非线性成像理论 273

7.1.2 多光子荧光成像 280

7.1.3 谐波成像 284

7.1.4 相干反斯托克斯拉曼散射成像 286

7.1.5 受激辐射耗尽超分辨率显微成像 290

7.2 飞秒激光光镊及转基因技术 293

7.2.1 飞秒激光光镊 294

7.2.2 飞秒激光转基因 298

7.2.3 飞秒激光转基因在基因工程上的应用 303

7.3 飞秒激光细胞手术及分子调控 305

7.3.1 飞秒激光对细胞的精确手术 305

7.3.2 飞秒激光对于神经的精确手术以及神经再生 308

7.3.3 飞秒激光对细胞内钙离子的调控 309

7.3.4 飞秒激光对于细胞内活性氧自由基簇的调控 318

7.4 飞秒激光细胞融合及组织修复 322

7.4.1 飞秒激光对细胞的融合 322

7.4.2 飞秒激光外科手术 324

7.4.3 基于飞秒激光的光动力治疗 329

参考文献 330