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第1章 免调试固体激光器的物理基础 1

1.1激光的电磁辐射特性 3

1.1.1激光具有波动性 3

1.1.2激光具有粒子性 10

1.2激光产生的基本原理 11

1.2.1原子结构和能级 11

1.2.2爱因斯坦的辐射理论 12

1.2.3粒子数反转分布 15

1.2.4激光增益与增益饱和 20

1.3线型函数与谱线加宽 21

1.3.1线型函数 22

1.3.2谱线均匀加宽 22

1.3.3谱线非均匀加宽 24

1.4速率方程 25

1.4.1激光三能级系统速率方程 25

1.4.2激光四能级系统速率方程组 28

1.5激光振荡与阈值条件 31

1.5.1激光振荡 31

1.5.2谐振腔的损耗 32

1.5.3激光振荡阈值条件 33

1.6光学谐振腔的模式特性 35

1.6.1谐振腔的构成与种类 35

1.6.2光学谐振腔的作用 36

1.6.3腔模概念 36

1.6.4腔内驻波条件与纵模 37

1.6.5横模 38

1.7光学谐振腔的矩阵光学方法 46

1.7.1简单光学元件的光线矩阵 47

1.7.2复杂系统的光线矩阵 48

1.7.3腔内光线往返传播矩阵 49

1.7.4共轴球面镜谐振腔的等效 51

1.7.5光波偏振的琼斯计算方法 52

参考文献 57

第2章 角锥棱镜的光学特性 58

2.1角锥棱镜的反射特性 58

2.1.1角锥棱镜的形状与特性 58

2.1.2角锥棱镜的有效反射面积 62

2.1.3角锥棱镜反射的数值模拟 68

2.2角锥棱镜的偏振特性 78

2.2.1角锥棱镜偏振特性的描述 78

2.2.2角锥棱镜的偏振特性 79

2.2.3角锥棱镜的琼斯矩阵及其本征偏振态 85

2.2.4斜入射至角锥棱镜的光偏振特性 91

2.2.5镀膜角锥棱镜反射光的偏振特性 95

2.3角锥棱镜的衍射特性 98

2.3.1角锥棱镜的远场衍射特性 98

2.3.2偏振态对角锥棱镜远场衍射分布的影响 105

2.4角锥棱镜阵列的光学特性 110

2.4.1角锥棱镜阵列结构与特征 110

2.4.2角锥棱镜阵列的反射特性 111

2.4.3角锥棱镜阵列的衍射特性 114

2.5角锥棱镜及其阵列的准相位共轭特性 118

2.5.1相位共轭波的定义及其性质 118

2.5.2角锥棱镜阵列的准相位共轭特性 120

2.5.3角锥棱镜阵列的保真度分析 121

2.5.4角锥棱镜阵列结构及制造误差对准共轭波波面的影响 124

2.5.5角锥棱镜阵列的波前畸变补偿特性 125

2.6角锥棱镜及其阵列的相干特性 127

参考文献 127

第3章 角锥棱镜谐振腔 130

3.1角锥棱镜谐振腔的构成、种类与基本特性 131

3.1.1角锥棱镜谐振腔的基本结构与种类 131

3.1.2角锥棱镜谐振腔的光学特性 135

3.2角锥棱镜谐振腔的稳定性 135

3.2.1谐振腔稳定性条件 135

3.2.2谐振腔稳定图 137

3.2.3约束稳定腔与非稳定腔 137

3.2.4角锥棱镜谐振腔的约束稳定性分析 139

3.3单角锥棱镜谐振腔的抗失调特性 142

3.3.1谐振腔的失调灵敏度 142

3.3.2抗失调的直角棱镜谐振腔 148

3.3.3自适应光学谐振腔 152

3.3.4单角锥棱镜谐振腔抗失调特性 153

3.3.5腔镜的失调量对输出能量的影响 157

3.3.6单角锥棱镜谐振腔抗失调实验 161

3.4单角锥棱镜谐振腔的热畸变补偿特性 168

3.4.1固体激光器的热效应 168

3.4.2含热透镜角锥棱镜谐振腔的稳定性分析 171

3.4.3单角锥棱镜谐振腔对固体激光器热效应的光学补偿 175

3.5双角锥棱镜谐振腔的光学特性 177

3.5.1双角锥棱镜谐振腔的高抗失调特性 177

3.5.2双角锥棱镜谐振腔减少退偏效应 179

参考文献 179

第4章 角锥棱镜谐振腔的输出特性 182

4.1角锥镜棱谐振腔的输出能量 182

4.1.1角锥棱镜谐振腔的输出能量 182

4.1.2角锥棱镜谐振腔输出能量和脉宽的稳定性 183

4.2单角锥棱镜谐振腔输出的模场特性 188

4.2.1角锥棱谐振腔输出的本征模式 188

4.2.2角锥棱镜谐振腔输出的本征偏振态 198

4.2.3角锥棱镜谐振腔输出的退偏特性与相位补偿 203

4.3角锥棱镜谐振腔特有的输出特性 203

4.3.1角锥棱镜谐振腔输出的零漂移特性 203

4.3.2角锥棱镜谐振腔单脉冲坪区电压展宽特性 205

4.3.3角锥棱镜谐振腔脉宽压缩现象 208

4.3.4角锥棱谐振腔消除子脉冲现象 210

4.4角锥棱镜谐振腔的输出光场特性 211

4.4.1角锥棱镜谐振腔的输出光场特性实验 211

4.4.2激光的相干平顶高斯激光束输出 215

4.4.3热稳定角锥棱镜谐振腔的基模输出 220

4.5角锥棱镜阵列谐振腔的输出特性 221

4.5.1角锥棱镜阵列谐振腔输出特性模拟 222

4.5.2角锥棱镜阵列谐振腔输出特性实验研究 224

4.6双角锥棱镜谐振腔的输出特性 227

4.6.1双角锥棱镜谐振腔输出的模式结构 227

4.6.2双角锥棱镜谐振腔的偏振特性 235

参考文献 238

第5章 角锥棱镜谐振腔固体激光器 241

5.1固体激光器概述 241

5.2免调试固体激光器 247

5.2.1免调试固体激光器的基本结构与特性 247

5.2.2激光工作物质 249

5.2.3激光泵浦系统 258

5.2.4免调试固体激光器冷却技术 263

5.3免调试重复频率固体激光器 271

5.3.1免调试免冷却重复频率固体激光器概述 271

5.3.2免调试小型重复频率固体激光器 271

5.3.3免调试DPL激光器的输出特性 274

5.3.4角锥棱镜非平面环形腔单频固体激光器 275

5.4角锥棱镜折叠腔激光器 277

5.4.1角锥棱镜折叠腔的典型腔型结构 277

5.4.2角锥棱镜折叠腔的理论分析与实验研究 278

5.5角锥棱镜阵列后腔镜钕玻璃激光器 284

5.6角锥棱镜谐振腔Nd：Cr：GSGG激光器 285

参考文献 286

第6章 免调试固体激光器调Q与锁模技术 288

6.1调Q基本原理与方法 288

6.1.1调Q的基本原理及调Q对激光器的基本要求 289

6.1.2调Q方法 291

6.2 LD泵浦免调试谐振腔被动调Q的固体激光器 294

6.2.1被动调Q的方法与特点 294

6.2.2免调试谐振腔被动调Q固体激光器的输出特性 298

6.2.3角锥棱镜谐振腔Cr4+：YAG被动调Q实验 303

6.3免调试角锥棱镜谐振腔电光调Q固体激光器 308

6.3.1电光调Q的基本原理及结构 308

6.3.2角锥棱镜谐振腔电光调Q固体激光器 313

6.4免调试声光调Q固体激光器 324

6.4.1声光调Q原理 324

6.4.2声光调Q器件的设计特点 326

6.4.3声光调Q动态实验及输出特性 327

6.4.4声光腔倒空激光器 328

6.5免调试锁模固体激光器 329

6.5.1锁模基本原理 330

6.5.2角锥棱镜谐振腔Nd：YAG/Cr4+：YAG被动锁模激光器 335

6.5.3角锥棱镜谐振腔被动锁模的实验 339

参考文献 343

第7章 免调试固体激光非线性器件 345

7.1免调试固体激光倍频技术 345

7.1.1非线性极化 345

7.1.2激光倍频技术 352

7.1.3免调试倍频固体激光器 353

7.2免调试固体激光参量振荡器 354

7.2.1光参量振荡 355

7.2.2免调试光参量振荡器中的相位匹配 358

7.2.3光参量振荡器的结构形式 360

7.2.4环形腔光参量振荡器的理论分析 361

7.2.5小型高效人眼安全免调试OPO固体激光器 367

7.2.6新型免调试OPO固体激光器 375

参考文献 381

第8章 角锥棱镜谐振腔激光相干合成技术 383

8.1激光的相干合成技术 384

8.1.1激光相干合成的发展历程 385

8.1.2激光相干合成的发展现状 387

8.1.3激光相干合成的基本理论 389

8.2角锥腔固体激光器相干合成技术 391

8.2.1角锥腔激光器相干特性 391

8.2.2角锥腔激光器偏振锁相相干合成技术 396

8.2.3角锥腔6路固体激光器相干合成技术 398

8.2.4角锥阵列腔激光器相干合成技术 399

8.3基于角锥的光纤激光器互注入相干合成研究 400

8.3.1互注入锁相多光束相干合成基本原理 401

8.3.2角锥腔两路光纤激光器互注入相干合成实验研究 405

8.3.3改进型的相干合成方案 409

8.3.4单角锥多路光纤激光相干合成技术进展 412

参考文献 414

第9章 免调试固体激光器的光束质量 418

9.1激光光束质量的评价标准 418

9.1.1激光光束质量的评价方法 419

9.1.2激光光束质量M2因子的测量方法 423

9.1.3对光束质量评价的思考 425

9.2激光相干合成光束质量的评价和测量 426

9.2.1传统评价方法对相干合成型光束质量评价的局限性 427

9.2.2 PIBm方法及其测量 433

9.2.3光束传输因子方法及其测量 439

9.3免调试固体激光器的光束质量 441

9.3.1免调试固体激光器的光束质量的实验研究 443

9.3.2侧向泵浦免调试DPL激光光束质量 451

9.3.3角锥棱镜谐振腔被动调Q内腔式光参量振荡器（OPO）的光束质量 454

9.3.4角锥阵列腔固体激光器相干合成的光束质量特性 454

9.3.5球面角锥棱镜非稳腔激光器的光束质量 458

9.4提高角锥棱镜谐振腔光束质量的方法与实验 460

9.4.1提高免调试角锥棱镜谐振腔光束质量的方法 460

9.4.2角锥棱镜谐振腔对发散角的压缩 461

参考文献 463

第10章 免调试固体激光器的设计 465

10.1免调试固体激光器的设计思想与原则 465

10.1.1设计思想 465

10.1.2设计原则 466

10.2免调试固体激光器研制平台 468

10.3免调试固体激光器研制步骤 470

10.3.1用户需求与指标分析 470

10.3.2方案设计与论证 470

10.3.3草台实验 473

10.3.4初样机设计与加工 474

10.3.5性能试验 474

10.3.6用户试用 474

10.3.7正样机设计 475

10.3.8环境试验 475

10.3.9用户使用 475

10.4免调试固体激光器研制举例 475

10.4.1角锥棱镜谐振腔被动调Q-DPL激光器设计 475

10.4.2折叠腔电光调Q固体激光器 482

10.4.3双波长自由切换二极管泵浦激光器的设计 489

10.5角锥棱镜的设计、加工与检验 499

10.5.1角锥棱镜的设计依据与步骤 499

10.5.2实心角锥棱镜的设计 500

10.5.3空心角锥棱镜的设计 505

10.5.4角锥棱镜阵列的设计 506

10.5.5具有曲率的角锥棱镜的设计 507

参考文献 507

第11章 免调试固体激光器的应用与展望 510

11.1免调试固体激光器的应用 510

11.1.1免调试固体激光器在测距中的应用 510

11.1.2免调试OPO固体激光器在人眼安全中的应用 511

11.1.3新型半导体泵浦固体激光器 512

11.1.4免调试固体激光器输出相干合成的应用 512

11.2免调试固体激光器的未来发展趋势 513

11.2.1发展阵列反射镜大功率激光器 514

11.2.2发展多路多波长固体激光器 514

11.2.3发展大功率薄片激光器 514

11.2.4发展大功率角锥相干合成光纤激光器 515

11.2.5发展被动调Q角锥星载激光器 515

11.3其他类型的角锥棱镜谐振腔激光器 517

11.3.1免调试气体激光器 517

11.3.2免调试自由电子激光器 521

11.3.3免调试染料激光器 522

11.3.4角锥棱镜谐振腔半导体量子阱激光器 523

11.3.5角锥棱镜谐振腔染料薄膜波导激光器 525

参考文献 527