第1篇 气体、化学和自由电子激光 3
第1章 二氧化碳激光器 3
1.1 引言 3
1.2 主要参数 3
1.3 CO2激光原理 4
1.4 CO2激光器类型 7
1.4.1 扩散冷却CO2激光器 7
1.4.2 快流CO2激光器 9
1.5 应用 10
参考文献 12
第2章 准分子激光 13
2.1 工作原理 13
2.2 准分子激光器技术及性能 14
2.2.1 设计和技术概述 14
2.3 准分子激光器设计和应用 20
2.3.1 高功率准分子激光器 20
2.3.2 微缩平板印刷术 23
2.3.3 LASIK 23
2.4 高功率准分子激光器的应用 24
2.4.1 高分辨率微加工 25
2.4.2 高亮度显示屏 28
参考文献 29
第3章 化学激光 31
3.1 引言 31
3.2 一般性背景 31
3.3 氟化氢激光和氟化氘激光 33
3.3.1 能级 34
3.3.2 小信号增益 37
3.3.3 激发态粒子的化学产生 38
3.3.4 动力学过程、淬灭和传能 39
3.3.5 流体力学和喷管设计 40
3.3.6 连续波HF和DF激光器的衍生装置 43
3.3.7 HF和DF激光器性能 44
3.4 化学氧碘激光 45
3.4.1 能级 46
3.4.2 小信号增益 46
3.4.3 淬灭过程 48
3.4.4 碘分解 48
3.4.5 单重态氧发生器 49
3.4.6 COIL激光器性能指标 50
3.4.7 COIL激光器性能 50
3.5 其他化学激光 51
3.5.1 DF-CO2传能激光 51
3.5.2 一氧化碳激光 51
参考文献 52
第4章 高功率自由电子激光 53
4.1 简介 53
4.2 FEL物理 53
4.2.1 物理机制 53
4.2.2 共振波长 54
4.2.3 增益和带宽 56
4.2.4 实际因素 57
4.3 硬件设施 58
4.3.1 概要 58
4.3.2 注入器 58
4.3.3 加速器 60
4.3.4 摇摆器 62
4.3.5 光学谐振腔 62
4.3.6 能量回收技术 63
4.4 现状 65
参考文献 67
第2篇 二极管激光 73
第5章 半导体激光器——半导体激光器基础及单管特性 73
5.1 前言 73
5.2 功率提升的历史 74
5.3 高功率半导体激光器的特点 74
5.4 器件结构和晶片制造工艺 75
5.5 垂直腔和边发射半导体结构 76
5.6 半导体激光器的效率 78
5.7 高功率宽发射截面半导体激光器 80
5.8 高功率半导体激光巴条 82
5.9 高功率单模半导体激光器 83
5.10 半导体激光器的老化及可靠性 85
5.11 基座设计与装配 87
5.12 光纤耦合封装设计和工艺流程 88
5.13 性能特性 90
5.14 高亮度泵浦源的空间叠加 91
5.15 质量与可靠性 93
参考文献 93
第6章 高功率半导体激光器阵列 97
6.1 引言 97
6.2 半导体激光器巴条的封装 98
6.3 散热 99
6.3.1 微通道冷却器用水指引 100
6.3.2 热膨胀匹配的微通道冷却器 101
6.4 产品类别 101
6.5 器件性能 102
6.5.1 波长、功率、效率与工作模式 102
6.5.2 光束质量与亮度 103
6.5.3 波长锁定 104
6.5.4 寿命与稳定性 105
6.6 产品性能 106
6.6.1 单个半导体激光器巴条的光纤耦合 107
6.6.2 功率放大 110
6.6.3 高功率半导体激光光纤耦合器件 111
6.7 高功率半导体阵列的直接应用 112
6.7.1 工业应用 113
6.7.2 医学应用 116
6.7.3 国防应用 116
参考文献 117
第3篇 固体激光器 121
第7章 高功率固体激光器 121
7.1 概述 121
7.2 激光增益材料 121
7.2.1 发射截面和能级寿命 122
7.2.2 基质材料 123
7.2.3 高平均功率固体激光材料 124
7.2.4 高脉冲能量和峰值功率固体激光材料 126
7.3 泵浦、冷却和热效应 127
7.3.1 泵浦源 127
7.3.2 激光提取和散热 129
7.4 激光光束的产生 130
7.4.1 稳定腔 130
7.4.2 非稳定腔 131
7.4.3 主振荡器加功率放大器 132
7.5 波前校正 132
7.5.1 空间相屏 133
7.5.2 相位共轭 134
7.5.3 主动光学 135
7.6 结论和展望 136
参考文献 136
第8章 “之”字形板条激光器 139
8.1 引言 139
8.2 “之”字形板条的原理和优势 139
8.2.1 “之”字形板条几何结构 139
8.2.2 定标率 140
8.3 传统侧面泵浦的板条 143
8.3.1 结构及技术的问题 143
8.3.2 性能 144
8.4 端泵浦板条 147
8.4.1 结构和技术结果 147
8.4.2 性能 148
8.4.3 功率定标 150
参考文献 152
第9章 Nd：YAG陶瓷ThinZag高功率激光进展 154
9.1 简介及ThinZag概念发展 154
9.1.1 TZ-1模块发展 155
9.1.2 TZ-2模块发展 156
9.1.3 TZ-3模块发展 161
9.1.4 3个TZ-3模块的耦合 162
9.2 小结 164
致谢 165
参考文献 165
第10章 薄片激光器 166
10.1 引言 166
10.2 历史 166
10.3 薄片激光器基本原理 167
10.4 可使用的激光材料 169
10.5 数值模型和定标率 169
10.5.1 平均温度 169
10.5.2 荧光的影响 171
10.5.3 热致应力 172
10.5.4 形变、应力和热透镜 173
10.5.5 高功率薄片激光器的设计 175
10.5.6 增益和提取的数学模型 176
10.5.7 运动方程 177
10.5.8 耦合的准静态数值模型 178
10.5.9 ASE的影响 179
10.5.10 ASE与受激激发的相互作用 179
10.5.11 非稳态数值模型 180
10.5.12 ASE极限 183
10.6 连续波薄片激光器 184
10.6.1 高平均功率 184
10.6.2 基模、单频和二次谐波产生 186
10.7 薄片脉冲激光 187
10.7.1 薄片式调Q激光器 187
10.7.2 薄片式腔倒空激光器 188
10.7.3 纳秒、皮秒和飞秒脉冲放大 189
10.7.4 高脉冲能量薄片激光器 191
10.8 工业实现 191
10.9 小结 192
致谢 192
参考文献 192
第11章 热容激光器 197
11.1 介绍 197
11.2 系统结构 197
11.3 激光性能建模 201
11.3.1 泵浦吸收、增益和提取 201
11.3.2 放大的自发辐射效应 205
11.3.3 波前扰动和退偏 208
11.4 最新研究进展 215
11.4.1 功率提取 215
11.4.2 波前控制 215
11.5 定标方法 217
11.6 应用和相关的实验结果 218
11.6.1 快速材料去除（钻/熔） 218
11.6.2 气流的相互作用导致的空气动力不平衡 219
11.6.3 激光用于人道主义扫雷 219
11.6.4 车载自维护400kW热容激光器 220
11.7 总结 220
参考文献 220
第12章 超快固体激光器 222
12.1 引言 222
12.2 超快激光源和振荡器 223
12.2.1 Kerr效应 223
12.2.2 超快振荡器 223
12.3 超快放大技术 224
12.3.1 啁啾脉冲放大 224
12.3.2 像差 226
12.3.3 放大器方案 227
12.3.4 再生放大 227
12.3.5 多程放大 228
12.3.6 负啁啾脉冲放大 229
12.4 热管理 231
12.4.1 光参量啁啾脉冲放大 232
12.5 脉冲测量 233
12.6 应用 234
12.6.1 成丝 234
12.6.2 无损精加工 235
12.6.3 基于激光的光子和粒子源 236
12.6.4 高次谐波的产生 236
参考文献 238
第13章 薄片超快激光器 241
13.1 引言 241
13.2 泵浦结构 243
13.3 薄片结构的热管理 243
13.4 SESAM锁模 247
13.4.1 脉冲形成机制 247
13.4.2 不同运行区域 249
13.5 结论和展望 255
参考文献 256
第14章 国家点火装置激光器——高脉冲能量聚变激光器 263
14.1 引言 263
14.2 历史背景 264
14.3 NIF装置及激光器概况 267
14.4 NIF束组性能和基频、三倍频的运行统计 270
14.4.1 能量和激光性能运行模型校准结果 270
14.4.2 NIF功率和能量的运行统计 271
14.5 点火靶脉冲形状的性能认证发次 273
14.5.1 主振荡器和脉冲整形系统 273
14.5.2 预放大器模块及其性能 275
14.5.3 主激光的基频性能 277
14.5.4 倍频转换性能 280
14.6 点火实验的焦斑控制盒和精确脉冲整形 284
14.6.1 用相位板进行光束空间调节 286
14.6.2 一维SSD的光束时间调节 288
14.6.3 空间和时间调节脉冲的频率转换 290
14.6.4 时间脉冲整形 290
14.7 2010年NIF现状和实验 291
14.8 结论 299
致谢 299
参考文献 299
第4篇 光纤激光器 307
第15章 光纤激光器简介 307
15.1 背景 307
15.1.1 历史 307
15.1.2 光纤激光器的优势 308
15.2 稀土离子掺杂的光纤激光器 309
15.2.1 光纤激光器基础 309
15.2.2 掺稀土离子光纤的特性 311
15.2.3 光纤激光器的功率定标 315
15.2.4 高功率光纤激光器的光纤 322
15.3 光纤激光器 329
15.3.1 连续波光纤激光器 329
15.3.2 调Q激光器 334
15.3.3 锁模光纤激光器 335
参考文献 337
第16章 脉冲光纤激光器 341
16.1 引言 341
16.2 脉冲功率扩展面临的挑战 342
16.2.1 非线性效应 342
16.2.2 放大的自发辐射 345
16.2.3 光损伤 346
16.3 高功率脉冲光纤激光器 347
16.3.1 光纤类型 348
16.3.2 放大的自发辐射管理 349
16.3.3 MOPA结构和振荡器结构 350
16.4 高脉冲能量、高峰值功率的光纤放大器：结果 351
16.4.1 单级光纤放大器 351
16.4.2 增益分段的MOPA 353
16.4.3 保偏MOPA以及波长转换 356
16.4.4 人眼安全的脉冲光纤激光源 358
16.5 总结与展望 359
致谢 360
参考文献 360
第17章 高功率超快光纤激光系统 364
17.1 引言与动机 364
17.2 限制稀土掺杂光纤超短脉冲放大最基本的因素——非线性效应 365
17.3 高重复频率吉瓦峰值功率的光纤激光系统 368
17.4 峰值功率与脉冲能量定标中的注意事项 370
17.5 超短脉冲光纤系统的平均功率定标 373
17.6 总结与展望 374
参考文献 374
第18章 高功率光纤激光在工业与国防领域的应用 377
18.1 引言 377
18.2 光纤激光工程 377
18.3 宽带多模光纤激光的功率定标 379
18.4 宽带单模光纤激光的功率定标 381
18.5 工业应用中的高功率光纤激光 383
18.6 国防应用中的高功率光纤激光 385
18.6.1 用于战略与战术定向能量应用的光纤激光器 385
参考文献 385
第5篇 光束合成 389
第19章 光束合成 389
19.1 引言 389
19.1.1 光束合成的动因 389
19.1.2 光束合成性能指标 390
19.2 光束合成技术和理论 391
19.2.1 非相干合成 392
19.2.2 相干合成 392
19.2.3 相干合成性能退化 397
19.2.4 光谱合成 399
19.2.5 光谱合成性能的降低 401
19.2.6 混合合成 402
19.3 特殊激光系统的光束合成 403
19.3.1 光纤激光光束合成 404
19.3.2 半导体激光光束合成 408
19.3.3 固体激光光束合成 410
19.4 小结 411
致谢 411
参考文献 412