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第1章 概述 1

1.1 引言 1

1.2 减少进入工作介质的无用热的方法 3

1.3 对工作介质进行有效散热的方法 8

1.4 减小、补偿不良热影响 9

1.5 全固态激光器的特点 11

1.6 全固态激光器的工作介质 12

参考文献 15

第2章 激光产生机理及其物理特性 17

2.1 原子发光机理 17

2.1.1 α粒子散射和原子的核式结构 17

2.1.2 氢原子光谱和玻尔原子模型 18

2.1.3 量子力学和原子发光 21

2.1.4 光谱线的展宽 29

2.2 自发辐射和普通光源 33

2.3 光波的叠加与干涉 34

2.3.1 光波的独立传播性 34

2.3.2 光波叠加原理 34

2.3.3 光波的相干条件 35

2.4 相干性的进一步讨论 36

2.4.1 场的复表示 36

2.4.2 空间和时间相干度 37

2.4.3 空间和时间相关性的测量 39

2.5 激光产生机理 41

2.5.1 激光器的腔模概念 42

2.5.2 激光产生的必要条件 42

2.5.3 激光产生的充分条件 47

2.6 激光的物理特性 49

2.6.1 单色性与时间相干性 49

2.6.2 方向性和空间相干性 50

2.6.3 高阶相关 51

2.6.4 高亮度 51

参考文献 51

第3章 激光工作模式及其输出特性 53

3.1 激光器速率方程的建立 53

3.1.1 速率方程的建立 53

3.1.2 固体三能级系统速率方程组 54

3.1.3 固体四能级系统速率方程组 55

3.2 速率方程的稳态解及增益饱和 56

3.2.1 速率方程的稳态解 56

3.2.2 反转粒子数及增益的饱和 57

3.3 连续与脉冲工作 62

3.3.1 速率方程的解 62

3.3.2 激光器的工作状态 63

3.4 激光放大的阈值条件 65

3.4.1 粒子数反转分布条件 65

3.4.2 阈值增益系数和阈值反转粒子数密度 67

3.4.3 连续/长脉冲阈值光泵功率 68

3.4.4 短脉冲工作阈值光泵能量 68

3.5 激光器的振荡模式 69

3.5.1 起振纵模数目的估算 69

3.5.2 激光器稳定工作状态的建立 70

3.5.3 均匀加宽激光器的模竞争 71

3.5.4 非均匀加宽激光器的多模振荡 72

3.5.5 频率牵引 73

3.6 激光器的输出特性 74

3.6.1 连续激光器的输出功率 74

3.6.2 脉冲激光器的输出能量 77

3.7 激光器的单模线宽极限和驰豫振荡 78

3.7.1 激光器的单模线宽极限 78

3.7.2 弛豫振荡 79

3.8 激光器的泵浦技术 81

3.8.1 直接泵浦 81

3.8.2 间接泵浦 82

参考文献 85

第4章 光学谐振腔 86

4.1 光学谐振腔的分类 86

4.2 光学谐振腔的特性参数 88

4.2.1 光学谐振腔的菲涅尔数 88

4.2.2 光学谐振腔的g参数和G参数 90

4.2.3 光学谐振腔的损耗 90

4.2.4 谐振腔内光子的平均寿命 92

4.2.5 无源腔的Q值 92

4.2.6 无源腔的本征振荡模式带宽 92

4.3 光学谐振腔的稳定性 93

4.3.1 传输矩阵 93

4.3.2 谐振腔稳定条件 95

4.3.3 g参数稳区图 98

4.3.4 谐振腔的本征值和本征态 102

4.3.5 一维失调灵敏度 105

4.3.6 二维失调灵敏度 106

4.4 稳定球面腔的等价 110

4.4.1 对称共焦腔 110

4.4.2 任何一个共焦腔均与无穷多个稳定球面腔等价 110

4.4.3 任意一个稳定球面腔只有一个等价的共焦腔 111

4.5 光学谐振腔的偏振特性 112

4.6 热透镜效应对光学谐振腔的影响 115

4.6.1 热透镜的计算 116

4.6.2 热透镜焦距的测量 118

4.7 新型光学谐振腔 121

4.7.1 棱镜腔 121

4.7.2 非轴对称像散腔 123

4.7.3 含变反射率镜腔 123

4.7.4 含梯度相位镜腔 127

4.7.5 含相位一致耦合器腔 129

4.7.6 含相位共轭镜腔 131

4.7.7 多通模谐振腔 132

4.7.8 光束旋转非稳环行腔 132

4.7.9 自成像非稳腔 134

4.7.10 自滤波非稳腔（SF U R） 136

4.7.11 非稳腔 136

4.7.12 放大器用谐振腔 137

4.8 谐振腔设计软件介绍 144

参考文献 150

第5章 高斯光束 153

5.1 均匀平面波 153

5.2 均匀球面波 153

5.3 自由空间中的高斯光束 154

5.4 共焦腔中的高斯光束 159

5.5 高斯光束的基本性质 163

5.6 利用q参数讨论高斯光束的传输 166

参考文献 171

第6章 光束合成 172

6.1 概述 172

6.1.1 非相干合束 172

6.1.2 相干合束 173

6.2 偏振合成 176

6.3 波长合束 177

6.3.1 简介 177

6.3.2 WBC合成阵列元数估计 179

6.4 二极管激光合束 179

6.4.1 二极管激光非相干合束 180

6.4.2 二极管激光相干合束 181

6.5 板条激光器光束相干合成 181

6.6 WBC与CBC的比较 188

参考文献 193

第7章 波前校正技术 196

7.1 引言 196

7.2 夏克-哈特曼波前传感技术 197

7.2.1 夏克-哈特曼波前传感器 197

7.2.2 用于激光波前检测 199

7.2.3 误差分析 200

7.3 点衍射干涉仪 201

7.3.1 点衍射干涉仪工作原理 202

7.3.2 激光波前的PDI检测 203

7.3.3 偏振移相点衍射干涉仪简介 203

7.4 分立制动器 204

7.4.1 压电陶瓷制动器 204

7.4.2 电致伸缩陶瓷制动器 204

7.4.3 磁致伸缩合金制动器 205

7.5 变形反射镜及其在固体激光器中的应用 205

7.5.1 引言 205

7.5.2 MMDM及其在固体激光器中的应用 206

7.5.3 Bimorph反射镜及其在固体激光器中的应用 208

7.6 校正式相位共轭自适应光学系统 210

7.6.1 相位共轭原理 210

7.6.2 校正式相位共轭自适应光学系统原理 210

7.6.3 校正式相位共轭自适应光学系统例子 212

7.6.4 短波长自适应技术 213

7.7 基于无波前传感自适应光学系统的光束净化 216

7.7.1 无波前传感自适应光学系统的基本原理 216

7.7.2 板条激光器光束净化 218

7.7.3 单高阶模光束净化 220

7.7.4 腔内自适应光学 221

7.8 非线性光学基础 224

7.8.1 非线性波方程 224

7.8.2 方程的慢变化包络近似（SVEA）形式 225

7.8.3 材料的非线性及其与光波的耦合 226

7.9 光学相位共轭 227

7.9.1 相位共轭波的定义 227

7.9.2 PCM与CPM的比较 227

7.10 透明介质弹性光子散射的NOPC 230

7.10.1 三波混频产生相位共轭 230

7.10.2 四波混频产生相位共轭：简并情形 232

7.10.3 近简并四波混频 238

7.10.4 谐振DFWM相位共轭 241

7.10.5 光子回波相位共轭 249

7.11 受激散射NOPC 256

7.11.1 受激拉曼散射 256

7.11.2 受激布里渊散射 257

7.12 光折变材料和自泵浦相位共轭 259

7.12.1 光折变效应 260

7.12.2 自泵浦相位共轭 265

7.12.3 光折变材料的新进展 270

7.13 单程NOPC 277

7.13.1 单程NOPC （OWNOPC）的基本原理 278

7.13.2 基本单程NOPC的局限性 281

7.13.3 推广的单程NOPC系统 282

参考文献 283

第8章 块状固体激光器 287

8.1 引言 287

8.2 LD泵浦固体激光器 288

8.2.1 与闪光灯泵浦的比较 288

8.2.2 阈值功率和高于阈值的工作 290

8.2.3 LD泵浦固体激光器的结构 293

8.3 薄片激光器 295

8.3.1 薄片介质及泵浦 295

8.3.2 薄片激光器工作原理 296

8.3.3 可能的激光材料 297

8.3.4 数值模拟 299

8.3.5 “液体”激光器 301

8.4 板条激光器 302

8.5 固体的热容 305

8.5.1 固体热容的经典理论 305

8.5.2 固体热容的量子理论 306

8.6 薄片激光器的热容工作 309

8.6.1 储热与升温 309

8.6.2 温度分布与热应力 313

8.6.3 光束畸变 315

8.7 热容激光器 316

参考文献 323

第9章 光纤激光器 325

9.1 引言 325

9.2 几种稀土离子的能级和谱 326

9.2.1 概述 326

9.2.2 硅光纤中几种稀土离子的激光能级和谱 328

9.2.3 氟光纤中几种稀土离子的激光能级和谱 331

9.3 模及单模运转条件 335

9.3.1 块状工作介质 335

9.3.2 光纤工作物质 337

9.3.3 模特性与截止频率 337

9.3.4 光纤激光器的基本结构 343

9.4 双包层光纤激光器 343

9.4.1 单包层光纤的限制 343

9.4.2 双包层光纤激光器 344

9.4.3 光子晶体光纤激光器 348

9.5 受激散射光纤激光器 350

9.5.1 拉曼散射 350

9.5.2 拉曼散射光纤激光器 351

9.5.3 受激布里渊散射光纤激光器 352

参考文献 354

第10章 光纤耦合输出半导体激光器 357

10.1 半导体激光器光束特性 357

10.1.1 单模半导体激光器光束特性 357

10.1.2 多模半导体激光器光束特性 360

10.2 半导体激光器的波长调谐和波长稳定技术 361

10.2.1 半导体激光器的波长调谐 361

10.2.2 半导体激光器的波长稳定技术 362

10.3 光纤及其传光特性 363

10.3.1 光纤的分类 363

10.3.2 光纤的传光原理 364

10.3.3 数值孔径 365

10.3.4 锥形光纤与圆柱形光纤性能的比较 366

10.4 体（三维）光栅特性 368

10.4.1 衍射光栅 368

10.4.2 布拉格衍射光栅基础 371

10.4.3 布拉格光栅特性研究 372

10.4.4 体光栅的耦合波理论 373

10.4.5 透射式体光栅的理论分析 376

10.4.6 反射式体光栅的理论分析 379

10.4.7 体光栅调谐对角度和波长选择性 380

10.4.8 体光栅调谐对纵模的选择性 382

10.5 外腔半导体激光输出特性 383

10.5.1 外腔调谐半导体激光器工作原理简述 383

10.5.2 外腔半导体激光器的阈值条件 384

10.5.3 ECLD的调谐范围分析 388

10.6 半导体激光与光纤耦合特性理论 389

10.6.1 光纤与半导体激光器的耦合条件 390

10.6.2 半锥形光纤耦合的产生 390

10.6.3 半锥形光纤参数的选取 391

10.6.4 用光线追迹法对耦合效率的分析计算 394

10.6.5 半锥宽度、锥角、相对平移、相对倾斜对耦合效率的影响 396

10.6.6 耦合调整容忍度分析 399

10.7 耦合系统实例 401

参考文献 406