强光光学及其应用PDF电子书下载

第一章 强光光学概述 1

1-1 强光光学的学科定义和发展历史 1

1-2 强激光与物质相互作用的主要特点 3

1-3 强光光学效应的应用价值和科学意义 5

第二章 非线性电极化过程的基础知识 8

2-1 光学介质的非线性感应电极化效应 8

2-2 光学介质非线性电极化率的基本性质 11

2-3 非线性作用的耦合波方程 15

第三章 光学倍频、混频与参量效应 20

3-1 光学倍频(二次谐波)效应 20

3.1.1 基本物理图象描述 20

3.1.2 光学二次谐波的基本理论 22

3.1.3 产生光学二次谐波的工作物质 25

3.1.4 产生光学二次谐波的实验装置 28

3-2 光学和频与差频效应(三波混频) 30

3-3 光学参量放大与振荡效应 32

3.3.1 光学参量效应的物理解释 32

3.3.2 光学参量放大和振荡条件的推导 33

3.3.3 光学参量放大器实验系统 35

3.3.4 光学参量振荡器实验系统 35

3-4 光学三次谐波和四波混频效应 37

3.4.1 四波混频的物理描述 37

3.4.2 三次谐波效应 39

3.4.3 可调谐四波和频效应 40

3-5 简并和部分简并四光子参量混频 42

3.5.1 部分简并四光子参量混频效应 42

3.5.2 简并四光子参量混频效应 43

3-6 产生光学二次谐波的特殊技术 45

3.6.1 产生二次谐波的特殊实验 45

3.6.2 出自表面或交界面的二次谐波效应 45

3.6.3 光学纤维内的二次谐波效应 46

第四章 强光引起的折射率变化与自聚焦、自调制、自加宽效应 48

4-1 强光引起的介质折射率感应变化 48

4.1.1 强光引起介质折射率变化的物理机制 48

4.1.2 各向同性介质中单光束入射引起的折射率变化 50

4.1.3 各向同性介质中双光束入射引起的折射率变化 52

4.1.4 二阶非线性电极化过程导致的折射率变化(光频普克尔斯效应) 55

4.1.5 光克尔效应和电致伸缩效应导致的折射率变化 58

4.2.1 自聚焦现象概述 61

4-2 强光自聚焦效应(稳态情况) 61

4.2.2 稳态自聚焦理论——光场的波动方程 63

4.2.3 场方程的近似解析求解(无像差近似) 64

4.2.4 场方程的数值求解 67

4-3 动态自聚焦与自调制、自加宽效应 68

4.3.1 动态情况下的场方程 68

4.3.2 运动焦点特征 69

4.3.3 运动焦点引起的自调制和频谱加宽效应 70

第五章 光的受激散射效应 75

5-1 光的散射现象概述 75

5.1.1 光的散射现象的起因 75

5.1.2 光的散射现象的分类 76

5.1.3 光的受激散射与普通(自发)散射间的区别 77

5.2.1 拉曼散射过程的量子理论描述 78

5-2 受激拉曼散射理论 78

5.2.2 自发和受激拉曼散射几率表示式 81

5.2.3 受激拉曼散射增益因子和阈值条件 83

5-3 受激拉曼散射实验规律性 85

5.3.1 实验装置和散射介质 85

5.3.2 受激拉曼散射的方向性 87

5.3.3 产生高阶相干拉曼辐射的两种不同机制 87

5.3.4 拉曼共振增强的自聚焦效应 90

5-4 自旋反转、电子跃迁和纯转动跃迁受激拉曼散射 93

5.4.1 自旋反转受激拉曼散射 93

5.4.2 电子跃迁和纯转动跃迁受激拉曼散射 97

5-5 受激布里渊散射效应 99

5.5.1 布里渊散射过程的物理描述 99

5.5.2 受激布里渊散射的增益因子 101

5.5.3 受激布里渊散射的实验研究 103

5-6 受激克尔散射效应 105

5.6.1 有关光频克尔效应的背景知识 105

5.6.2 受激瑞利翼散射 105

5.6.3 超宽带受激散射现象的发现 106

5.6.4 受激克尔散射的理论模型 109

5.6.5 实验结果与理论的比较 112

第六章 瞬态相干光学效应 115

6-1 瞬态相干作用的定义和特点 115

6-2 自感透明效应 116

6-3 光子回波效应 121

6-4 光学章动效应 125

6.4.1 布劳赫(Bloch)方程的建立 126

6.4.2 瞬态相干辐射场方程 128

6.4.3 光学章动效应的求解 129

6-5 光学自由感应衰减效应 131

第七章 光学相位共轭效应 135

7-1 相位共轭波的定义和功用 135

7-2 四波混频产生相位共轭波的理论描述 138

7.2.1 简并四波混频产生相位共轭波 138

7.2.2 四波混频产生相位共轭波的全息光栅解释 140

7.2.3 四波混频产生相位共轭波的共振增强效应 143

7-3 四波混频产生相位共轭波的实验研究 144

7.3.1 非共振介质产生相位共轭波的研究 144

7.3.2 共振介质产生相位共轭波的研究 146

7.4.1 技术发展的背景考虑 149

7-4 反向受激散射产生相位共轭波 149

7.4.2 反向受激散射产生相位共轭波的物理解释 151

7.4.3 非聚焦入射情况下的理论描述 152

7.4.4 聚焦入射情况下的理论描述 155

7.4.5 机理解释的判断实验 160

7-5 产生相位共轭波的其他方法 162

第八章 光学双稳态效应 164

8-1 效应研究发展概述 164

8-2 光学双稳态过程的基本理论描述 166

8-3 光学双稳态装置的要求和分类 170

8-4 光学双稳态效应实验研究简介 171

8.4.1 纯光学控制法-珀干涉仪型双稳态装置的运转特性 171

8.4.2 准共振增强瞬态光学双稳特性研究实例 173

8.4.3 光电反馈控制法-珀干涉仪型双稳态装置 177

8.4.4 内全反射型光学双稳态装置 178

第九章 强光光谱学效应 180

9-1 背景知识(谱线加宽因素) 180

9-2 饱和吸收光谱学效应 184

9.2.1 效应概述 184

9.2.2 有关理论的结果 186

9.2.3 实验研究简述 188

9-3 双光子吸收光谱学效应 191

9.3.1 效应概述 191

9.3.2 有关理论的结果 192

9.3.3 双光子吸收光谱术实验研究简述 193

9.4.1 效应概述 195

9-4 相干拉曼和四波混频光谱学效应 195

9.4.2 相干反斯托克斯拉曼(CARS)光谱学效应 196

9.4.3 拉曼感应克尔效应(RIKE)光谱术 200

9.4.4 相干布里渊光谱(CBS)分析术 201

9.4.5 拉曼增益(RGS)光谱术与反拉曼(IRS)光谱术 203

9-5 激光偏振光谱学效应 204

9.5.1 消多卜勒加宽饱和吸收偏振光谱学效应 205

9.5.2 CARS偏振光谱学效应 207

9.5.3 双光子吸收偏振光谱学效应 208

9.5.4 分子吸收偏振标定光谱术 209

9-6 激光光声光谱学技术 210

9.6.1 原理概述 210

9.6.2 光声光谱学实验技术 212

9-7 激光光电流光谱学效应 214

9.7.1 效应概述 214

9.7.2 实验研究简述 215

9.7.3 光电流光谱术的特点和应用范围 217

9-8 激光光谱学技术的应用和发展 218

9.8.1 对可调谐单色激光源的要求 219

9.8.2 激光光谱分析中的特种技术 221

9.8.3 激光光谱学技术的主要应用领域 224

9-9 激光分离同位素 228

9.9.1 激光分离同位素的基础知识 228

9.9.2 激光分离同位素的方案分类 230

9.9.3 原子系统同位素分离实验 231

9.9.4 分子系统同位素分离实验 233

第十章 高时间分辨光谱学 237

10-1 电子态基态恢复时间测量——泵浦-探测法 237

10-2 电子态相位弛豫过程测量——四波混频(脉冲回波)法 242

10-3 分子振动态弛豫时间测量——拉曼光谱法 246

10-4 非辐射弛豫过程测量——皮秒瞬态光栅法 249

10-5 非相干光高时间分辨光谱学研究 253

第十一章 光学孤子 255

11-1 孤子研究的早期历史 255

11.1.1 罗素(J.S.Russell)的发现 255

11.1.2 FPU数值模拟实验 256

11.1.3 孤子的发现 257

11-2 光学孤子的基本理论 259

11.2.1 光学孤子的提出 259

11.1.4 孤子的定义 259

11.2.2 数学工具 260

11.2.3 非线性薛定谔方程 263

11.2.4 光学孤子的性质 265

11.2.5 光学孤子形成的物理机理 270

11.2.6 光学孤子的实现 272

11-3 光纤孤子通信 274

11.3.1 光纤线性通信系统的缺陷 274

11.3.2 光纤孤子通信系统的基本原理 276

11.3.3 拉曼增益对损耗的补偿 277

11.3.4 最佳系统设计准则 281

11.3.5 光学孤子的长距离传输实验 284

11.3.6 掺铒光纤放大器 286

11.3.7 孤子系统与线性系统的比较 287

11-4 实现光纤孤子通信的若干问题 287

11.4.1 孤子脉冲的产生 288

11.4.2 孤子脉冲的相互作用 290

11.4.3 高阶项对孤子传输的影响 295

11-5 孤子激光器 303

11.5.1 通论 303

11.5.2 色心孤子激光器 304

11.5.3 光纤拉曼孤子激光器(FRASL) 308

11.5.4 孤子激光器的稳定性 311

11.5.5 其他类型的孤子激光器 314

11.5.6 孤子激光器的应用 315

11.6.1 背景描述 316

11-6 非中心对称介质中的孤子传输 316

11.6.2 摄动方程及其解 317

11.6.3 一些有趣的结论 320

第十二章 非线性电极化率的理论 324

12-1 密度矩阵和相互作用能 324

12.1.1 密度矩阵的基本方程 324

12.1.2 相互作用能的多极矩展开 325

12-2 各阶电极化率密度矩阵方法求解 328

12.2.1 密度矩阵方程的逐次求解 328

12.2.2 各阶电极化率张量元的解析表示式 330

12-3 非线性电极化率的主要性质 333

12.3.1 局部场修正 333

12.3.2 空间对称性要求 335

12.3.3 互换对称性和时间反演对称性 337

12.3.4 共振增强效应 339

12-4 分子介质非线性电极化率B-O近似理论 342

12.4.1 背景知识 342

12.4.2 B-O近似下的哈密顿算符和电偶极矩算符 345

12.4.3 一阶和二阶电极化率 346

12.4.4 三阶电极化率 348

12.4.5 B-O近似下三阶电极化率张量的附加对称性 350

附录1 线性电极化率张量元x？(ω)分布 352

附录2 二阶电极化率张量元x？(ω1，ω2)分布 352

附录3 二次谐波过程电极化率张量元d？分布 354

附录4 三阶电极化率张量元x？(ω1，ω2，ω3)分布 356

附录5 B-O近似下核三阶电极化率张量元x(3)？(ω1，ω2，ω3)分布 358

附录6 数值估算、量纲和单位制转换 361

参考文献 363