普通高等教育“十三五”规划教材 激光原理和技术PDF电子书下载

绪论 1

第1章 激光器基础 3

1.1 光波基础 4

1.1.1 电磁波模式 4

1.1.2 光强与光功率 6

1.1.3 光波在时域与频域中的观察 7

1.1.4 介质的色散与吸收 9

1.2 光子基础 13

1.2.1 普朗克黑体辐射规律 14

1.2.2 光子的概念 15

1.2.3 玻尔理论的基本假设 16

1.2.4 两种描述的统一 17

1.2.5 光子的相干性 17

1.3 激光器基本思想 20

1.3.1 激光器基本结构 20

1.3.2 自发辐射、受激吸收与受激辐射 21

1.3.3 激光器基本思想 22

1.3.4 增益系数 24

1.3.5 激光器工作机理 25

1.4 激光特性 27

第2章 激光谐振腔理论 31

2.1 激光谐振腔的几何光学理论 32

2.1.1 光线传播的矩阵表示 32

2.1.2 激光谐振腔及其稳定条件 37

2.1.3 谐振腔的损耗与Q值 42

2.1.4 腔衰荡光谱 46

2.1.5 高斯光束及其变换 46

2.1.6 M2参数 51

2.1.7 谐振腔设计 51

2.2 激光谐振腔的波动光学理论 54

2.2.1 谐振腔的本征模式 54

2.2.2 谐振腔的谐振频率 55

2.2.3 谐振腔的衍射积分理论简介＊ 57

2.3 Fabry-Perot腔（标准具） 59

2.3.1 Fabry-Perot（FP）腔的理论模型 59

2.3.2 连续波入射时单模光纤FP腔的输出特性 62

2.3.3 脉冲激光入射时单模光纤FP腔的衰荡输出特性 62

第3章 电磁场与物质相互作用的经典理论与速率方程理论 67

3.1 铒—镱共掺光纤的自发辐射现象 68

3.1.1 铒—镱共掺光纤自发辐射测量实验装置 68

3.1.2 铒—镱共掺光纤自发辐射谱 68

3.2 光与物质相互作用的经典理论 69

3.2.1 双光子与物质的相互作用 69

3.2.2 光与物质相互作用的经典理论 70

3.3 谱线加宽对辐射的影响 72

3.4 谱线加宽线型函数 75

3.4.1 均匀加宽线型函数 75

3.4.2 非均匀加宽（多普勒加宽） 78

3.4.3 综合加宽＊ 78

3.5 泵浦 79

3.5.1 泵浦过程 79

3.5.2 泵浦过程分类 80

3.5.3 光泵浦系统 81

3.5.4 Er-Yb共掺系统的泵浦 82

3.5.5 电泵浦系统 82

3.6 激光器的速率方程理论 83

第4章 连续波激光器工作特性 87

4.1 连续波Er-Yb共掺光纤光栅激光器 88

4.1.1 Er-Yb共掺光纤光栅激光器实验装置 88

4.1.2 Er-Yb共掺光纤光栅激光器实验结果 88

4.2 连续波激光器稳定输出机理 91

4.2.1 小信号稳态增益 91

4.2.2 增益饱和 93

4.2.3 激光器的振荡阈值条件 97

4.3 连续波单波长与多波长激光形成机理 98

4.4 连续波激光器的稳态工作特性 101

4.4.1 均匀加宽单纵横激光器的输出功率、最佳透过率 101

4.4.2 非均匀加宽连续激光器的稳态工作特性 103

4.5 激光的线宽极限 106

4.6 频率牵引效应 107

第5章 激光调制器 110

5.1 光纤通信系统中的激光信号调制实例 111

5.2 电光效应 112

5.2.1 光在晶体中的传播——折射率椭球 112

5.2.2 电光效应 115

5.3 电光调制器 117

5.3.1 电光效应对光偏振态的影响 117

5.3.2 电光强度调制器工作机理 118

5.3.3 电光相位调制器工作机理 121

5.3.4 电光调制器的电学性能 121

5.3.5 电光调制器设计要素 122

5.4 声光调制器 122

5.4.1 声光调制器的工作原理 122

5.4.2 声光体调制器 127

5.4.3 声光调制器设计应考虑的问题 128

5.5 其他调制器 130

5.5.1 磁光调制器 130

5.5.2 直接调制器 131

第6章 脉冲激光器工作特性 133

6.1 泵浦变化脉冲激光器工作特性 133

6.1.1 脉冲激光器输出特性 133

6.1.2 泵浦变化脉冲激光器工作机理 135

6.2 调Q激光器工作特性 136

6.2.1 基于SESAM被动调Q光纤激光器实验 137

6.2.2 调Q激光器的理论基础 141

6.2.3 常见调Q方法 145

6.3 锁模激光器工作特性 147

6.3.1 被动锁模光纤激光器实验 147

6.3.2 主动锁模光纤激光器实验 150

6.3.3 锁模激光器理论基础 151

6.3.4 常见锁模方法 156

6.3.5 超短脉冲光信号处理 162

第7章 激光放大器 170

7.1 引言 171

7.1.1 光放大器的种类 171

7.1.2 光放大器的基本原理 172

7.2 光纤放大器的增益 174

7.3 Er3＋的三能级系统速率方程 177

7.3.1 归一化的稳态粒子数差 178

7.3.2 放大器增益 179

7.3.3 1.4 8μm和0.9 8μm波长泵浦 181

7.3.4 与时间相关的速率方程的近似解 184

7.4 泵浦结构 186

7.4.1 前向泵浦与后向泵浦 186

7.4.2 双包层光纤泵浦 187

7.5 光纤的最佳长度 188

7.6 当掺铒光纤作为前置放大器时的电噪声 188

7.7 放大器的噪声指数 191

7.8 掺铒磷酸盐玻璃光波导放大器简介 192

第8章 模式选择、稳频与倍频技术 194

8.1 模式选择技术 194

8.1.1 横模选择技术 195

8.1.2 纵模选择技术 195

8.2 激光器调谐 198

8.3 稳频技术 199

8.3.1 频率抖动 199

8.3.2 稳频技术 199

8.4 倍频技术 202

8.4.1 介质的非线性极化 202

8.4.2 激光倍频技术 203

第9章 常见激光器 205

9.1 激光器系统的量子效率 205

9.2 固体激光器 206

9.3 气体激光器 211

9.4 半导体激光器 214

9.4.1 商用980nm泵浦源 214

9.4.2 半导体激光器工作原理 215

9.5 光纤光栅F-P腔双波长掺铒光纤激光器 224

9.5.1 基于非对称光纤光栅双波长激光器 225

9.5.2 基于FBG的被动调Q双波长光纤激光器 228

参考文献 236