第1章 导论 1
1.1 光放大 1
1.2 辐射与物质的相互作用 2
1.2.1 黑体辐射 2
1.2.2 波尔兹曼统计 2
1.2.3 爱因斯坦系数 3
1.2.4 受激发射的相位相干 6
1.3 吸收与光学增益 6
1.3.1 原子线形 6
1.3.2 受激跃迁的吸收 10
1.3.3 粒子数反转 12
1.4 粒子数反转的建立 14
1.4.1 三能级系统 15
1.4.2 四能级系统 16
1.4.3 亚稳态能级 16
1.5 激光速率方程 18
第2章 固体激光材料的特性 23
2.1 综述 23
2.1.1 基质材料 24
2.1.2 激活离子 28
2.2 红宝石 33
2.3.1 Nd:YAG 39
2.3 钕离子激光器 39
2.3.2 钕玻璃 45
2.3.3 Nd:Cr:GSGG 49
2.3.4 Nd:YLF 52
2.3.5 Nd:YVO4 54
2.4 铒激光器 56
2.4.1 Er:YAG 56
2.4.2 铒玻璃 57
2.5 可调谐激光器 59
2.5.1 绿宝石激光器 63
2.5.2 钛蓝宝石 67
2.5.3 Cr:LiSAF 70
2.5.4 Tm:YAG 72
2.6 Yb:YAG 74
第3章 激光振荡器 78
3.1 工作阈值 78
3.2 增益饱和 82
3.3 循环功率 84
3.4 振荡器的运行模型 85
3.4.1 能量传输机制 85
3.4.2 激光输出 90
3.5.1 弛豫振荡的原理 98
3.5 弛豫振荡 98
3.5.2 固体激光器中的尖峰抑制 100
3.5.3 增益开关 101
3.6 再生振荡器的实例 102
3.6.1 红宝石 103
3.6.2 钕玻璃 107
3.6.3 Nd:YAG 110
3.6.4 绿宝石 115
3.6.5 激光二极管泵浦的系统 117
3.7 行波振荡器 129
第4章 激光放大器 132
4.1 脉冲放大 133
4.1.1 红宝石放大器 138
4.1.2 钕玻璃放大器 143
4.1.3 Nd:YAG放大器 148
4.2 稳定态放大 155
4.2.1 红宝石放大器 157
4.2.2 钕玻璃放大器 158
4.3 信号畸变 158
4.3.1 空间畸变 159
4.3.2 时间畸变 164
4.4.1 放大的自发发射 165
4.4 增益极限和放大器的稳定性 165
4.4.2 前激射和寄生模 169
第5章 光学谐振腔 171
5.1 横模 171
5.1.1 横模的强度分布 171
5.1.2 高斯光束的特征 174
5.1.3 谐振腔的结构 176
5.1.4 激光谐振腔的稳定性 180
5.1.5 衍射损耗 181
5.1.6 高阶模 182
5.1.7 有源谐振腔 184
5.1.8 谐振腔的灵敏度 186
5.1.9 选模技术 189
5.1.10 新型稳定腔设计的示例 196
5.2 纵模 207
5.2.1 法布里－珀罗谐振腔 207
5.2.2 激光输出的光谱特性 214
5.2.3 对轴向模的控制 218
5.3 时间和光谱的稳定性 228
5.3.1 幅度起伏 228
5.3.2 频率控制 231
5.4 硬件设计 233
5.5 非稳定谐振腔 237
5.5.1 正分支共焦非稳腔 239
5.5.2 负分支非稳腔 242
5.5.3 反射率可变的耦合输出器 243
5.5.4 增益、模尺寸和对准灵敏度 248
5.6 波长选择 250
第6章 光泵浦系统 253
6.1 泵浦源 253
6.1.1 闪光灯 257
6.1.2 连续弧光灯 268
6.1.3 激光二极管 273
6.2.1 激光二极管阵列的工作 292
6.2 电源 292
6.2.2 弧光灯的工作 295
6.3 泵浦腔和耦合光器件 313
6.3.1 弧光灯和激光二极管的泵浦结构 313
6.3.2 泵浦腔的能量转换特性 332
6.3.3 机械设计 343
第7章 热光效应与散热 356
7.1 圆柱腔结构 357
7.1.1 连续运转 357
7.1.2 单脉冲运转 374
7.1.3 重复脉冲激光器 377
7.2.1 液冷 385
7.2 冷却技术 385
7.2.2 空冷或其他气冷方式 388
7.2.3 传导冷却 390
7.3 板条结构和叠片结构 391
7.4 端面泵浦结构 405
第8章 Q开关 410
8.1 Q开关原理 411
8.2 机械Q开关 419
8.3 电光Q开关 421
8.4 声光Q开关 438
8.5 被动Q开关 442
8.6 腔倒空技术 448
第9章 锁模 454
9.1 脉冲的形成 455
9.2 被动锁模 459
9.2.1 被动脉冲锁模 459
9.2.2 连续波被动锁模 466
9.3 主动锁模 475
9.3.1 连续锁模 475
9.3.2 瞬态主动锁模 479
9.4 皮秒激光器 483
9.4.1 振荡器 483
9.4.2 再生放大器 489
9.5 飞秒激光器 496
9.5.1 振荡器 496
9.5.2 频率“啁啾”放大器 505
第10章 非线性器件 508
10.1 谐波的产生 510
10.1.1 二次谐波产生的基本方程 510
10.1.2 影响倍频效率的参量 516
10.1.3 非线性晶体的特性 521
10.1.4 腔内倍频 527
10.1.5 三次谐波的产生 534
10.1.6 产生谐波的实例 536
10.2 参量振荡器 540
10.2.1 性能模型 544
10.2.2 材料 554
10.2.3 光参量振荡器的设计及性能 559
10.3 拉曼激光器 564
10.3.1 原理 564
10.3.2 器件的运行 566
10.3.3 拉曼频移激光器的实例 568
10.4 光学相位共轭 572
10.4.1 基本考虑因素 572
10.4.2 材料特性 574
10.4.4 泵浦光束的特性 576
10.4.3 聚焦结构 576
10.4.5 系统的设计 578
第11章 光学元件的损伤 582
11.1 表面损伤 583
11.2 包裹物引起的损伤 585
11.3 自聚焦损伤 585
11.3.1 全部光束的自聚焦 586
11.3.2 少量光束的自聚焦 588
11.3.3 Nd:YAG激光器中的自聚焦实例 590
11.4 光学材料的损伤阈值 593
11.4.1 标度律 593
11.4.2 激光基质材料 596
11.4.3 激光玻璃 597
11.4.4 非线性材料的损伤值 597
11.4.5 介质薄膜 601
11.5 系统设计的考虑因素 605
11.5.1 选材 605
11.5.2 系统的设计 605
11.5.3 系统的运转 606
附录A 激光安全 608
附录B 换算系数及常量 613
参考文献 616