第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 双包层光纤激光器、放大器概述 2
1.2.1 普通光纤和双包层光纤的比较 2
1.2.2 包层泵浦技术 2
1.2.3 双包层光纤激光器、放大器的结构 3
1.2.4 双包层光纤激光器、放大器的突出优点 4
1.3 激光组束的概念和分类 5
1.4 双包层光纤激光器、放大器研究的最新进展 6
1.5 光纤激光组束的进展 8
1.5.1 相干组束 8
1.5.2 非相干组束 11
1.6 光纤激光技术发展前景分析 12
1.6.1 国内光纤激光技术发展的主要瓶颈 12
1.6.2 光纤激光技术发展前景分析 12
参考文献 14
第2章 光在光纤中的传输 19
2.1 光在普通光纤中的传输 19
2.1.1 普通光纤的基本结构 19
2.1.2 光线传播的方法 20
2.1.3 光纤的弯曲 22
2.1.4 光纤端面的倾斜效应 23
2.2 光波导的一般理论 24
2.2.1 麦克斯韦方程组 24
2.2.2 波动方程 25
2.2.3 模式 27
2.2.4 模式场的纵、横向分量 29
2.3 光在光纤中传播的波动理论 31
2.3.1 矢量模 31
2.3.2 线偏振模与标量法 34
2.3.3 阶跃光纤 35
2.3.4 均匀折射率单模光纤的分析 44
2.3.5 光纤的损耗 51
2.4 光在双包层光纤中的传播 54
2.4.1 双包层光纤的基本特性 54
2.4.2 双包层光纤中泵浦光的传输 55
2.4.3 双包层光纤的吸收效率及其特性 56
参考文献 62
第3章 光纤激光的基本理论 63
3.1 光的受激辐射基本概念 63
3.1.1 黑体辐射的普朗克公式 63
3.1.2 光的发射和吸收 64
3.2 激光产生的条件 68
3.2.1 粒子数反转和光放大 68
3.2.2 光的自激振荡和阈值条件 70
3.3 原子的能级结构 71
3.3.1 三能级系统 71
3.3.2 四能级系统 72
3.4 速率方程 73
3.4.1 四能级系统速率方程 73
3.4.2 三能级系统速率方程 75
3.5 激光的特性 76
3.5.1 激光的空间相干性和方向性 78
3.5.2 时间相干性和单色性 79
3.5.3 激光的高亮度 80
参考文献 81
第4章 光纤激光器的谐振腔理论 82
4.1 光纤激光腔理论的一般问题 82
4.1.1 谐振腔的分类 82
4.1.2 模的概念、腔与模的一般联系 84
4.1.3 光腔的损耗 86
4.2 共轴球面腔的稳定性条件 91
4.2.1 腔内光线往返传播的矩阵表示 91
4.2.2 共轴球面腔的稳定性条件 94
4.3 开腔模式的物理概念和衍射理论分析方法 97
4.3.1 横模的一般物理概念 98
4.3.2 孔阑传输线 99
4.3.3 菲涅尔-基尔霍夫衍射积分 100
4.3.4 自再现模所应满足的积分方程式 102
4.3.5 复常数γ的意义 103
4.3.6 分离变量法 104
4.4 平行平面腔模的迭代解法 107
4.5 圆形镜共焦腔 110
4.6 一般稳定球面腔的模式特征 114
参考文献 120
第5章 光纤激光器结构及组成 121
5.1 泵浦源 121
5.1.1 泵浦源的选择 121
5.1.2 泵浦方式 123
5.2 谐振腔结构 125
5.2.1 线形腔 126
5.2.2 环形腔 129
5.2.3 其他腔型结构 132
5.3 增益介质 139
5.3.1 增益介质的类型以及掺杂浓度 140
5.3.2 增益介质的长度 141
5.4 掺杂光纤特性 145
5.4.1 掺铒光纤 145
5.4.2 铒／镱共掺光纤 147
5.4.3 其他掺稀土元素光纤 150
5.5 双包层光纤激光器 152
5.5.1 双包层光纤的结构与特点 153
5.5.2 双包层光纤激光器的原理与特点 155
5.6 双包层光纤激光器的分类 157
5.6.1 线形腔单端泵浦双包层光纤激光器 158
5.6.2 线形腔双端泵浦双包层光纤激光器 159
5.6.3 全光纤环形腔双包层光纤激光器 160
5.6.4 包层泵浦调Q光纤激光器 161
5.7 双包层光纤激光器的泵浦耦合技术 161
5.7.1 端面泵浦 162
5.7.2 侧面泵浦 163
5.7.3 各种侧面泵浦耦合技术讨论 168
5.7.4 其他泵浦方式 169
5.8 影响光纤激光器性能的因素 170
参考文献 176
第6章 稀土掺杂双包层光纤激光器的特性 179
6.1 F-P腔双包层铒／镱共掺光纤激光器 179
6.1.1 铒／镱共掺石英晶系的能级跃迁 179
6.1.2 双包层铒／镱共掺光纤激光器的理论模型 180
6.1.3 双包层铒／镱共掺光纤激光器的稳态特性 186
6.1.4 双包层铒／镱共掺光纤激光器的动态特性 193
6.1.5 双包层铒／镱共掺光纤激光器上能级粒子数的空间分布 195
6.2 铒／镱共掺抑制能量上转换 199
6.2.1 掺铒光纤激光器的能量上转换 199
6.2.2 铒／镱共掺抑制能量上转换 201
6.3 掺铒光纤激光器的自脉动及抑制 204
6.3.1 自脉动的成因分析 204
6.3.2 抑制自脉动模型 204
6.3.3 抑制自脉动的效果 206
6.4 铒／镱共掺抑制自脉动的分析 207
6.4.1 理论模型 207
6.4.2 抑制自脉动的效果 209
6.5 双包层铒／镱共掺光纤激光器实验 209
6.5.1 实验器材及装置 210
6.5.2 实验装置 211
6.5.3 实验结果及分析 212
6.6 环形腔双包层掺铥光纤激光器的理论模型 216
6.6.1 Tm3＋的能级跃迁及速率方程 216
6.6.2 改进的环形腔结构 217
6.7 再吸收对激光功率影响 217
6.8 对掺铥光纤激光器模型的改进 220
6.9 环形腔双包层掺铥光纤激光器的特性 222
6.9.1 光纤参数 222
6.9.2 双包层掺铥光纤激光器的稳态特性 222
6.9.3 双包层掺铥光纤激光器的动态特性 225
参考文献 228
第7章 稀土掺杂光纤放大器的放大特性 232
7.1 双包层铒／镱共掺光纤放大器的放大特性 232
7.1.1 相关参数 232
7.1.2 功率输运方程 234
7.1.3 大信号的放大特性 235
7.1.4 小信号的放大特性 237
7.1.5 放大的自发辐射特性 241
7.2 双包层铒／镱共掺光纤放大器粒子数特性 245
7.2.1 关于重叠因子模型Г的讨论 245
7.2.2 速率方程和光传输方程 246
7.2.3 上能级粒子数的分布特性 248
7.3 双包层铒／镱共掺光纤放大器的动态响应 251
7.3.1 信号源故障引起的瞬态响应 251
7.3.2 泵浦源故障引起的瞬态响应 258
7.4 铒／铥共掺光纤放大器 261
7.4.1 铒／铥共掺介质的宽带辐射机理 261
7.4.2 理论模型 262
7.4.3 理论分析 264
参考文献 267
第8章 光纤激光的空间传输特性 269
8.1 高斯光束的基本性质及其特征参数 269
8.1.1 基模高斯光束 269
8.1.2 基模高斯光束在自由空间的传输规律 270
8.1.3 基模高斯光束的特征参数 271
8.1.4 高阶高斯光束 272
8.2 高斯光束q参数的变换规律 274
8.2.1 普通球面波的传播规律 274
8.2.2 高斯光束q参数的变换规律——ABCD公式 275
8.2.3 用q参数分析高斯光束的传输问题 277
8.3 高斯光束的聚焦和准直 280
8.3.1 高斯光束的聚焦 280
8.3.2 高斯光束的准直 283
8.4 分区变折射率空间高斯光束的传播 286
8.4.1 光学哈密顿公式 286
8.4.2 傍轴近似光学 289
8.4.3 实例 296
8.5 光线跟踪方法 298
参考文献 300
第9章 光纤激光的非相干组束 302
9.1 多模光纤受激布里渊散射的非相干组束 302
9.1.1 多模光纤SBS的理论模型 302
9.1.2 多模光纤SBS的效果 304
9.1.3 多模光纤SBS的非相干组束 308
9.1.4 多模光纤SBS非相干组束的机理 309
9.1.5 组束模型 311
9.2 体Bragg光栅的频谱组束 314
9.2.1 体Bragg光栅 314
9.2.2 透射体Bragg光栅频谱组束的设计 317
9.2.3 透射体Bragg光栅频谱组束的理论分析 319
9.2.4 反射体Bragg光栅的频谱组束 322
9.2.5 反射体Bragg光栅的衍射潜力分析 323
9.3 透射体Bragg光栅频谱组束的实验 328
9.3.1 实验器材及装置 328
9.3.2 实验 329
9.3.3 实验结果分析 332
9.4 外腔光纤激光器阵列频谱的组束 332
9.4.1 组束原理 333
9.4.2 理论模型 333
9.4.3 理论分析 339
9.5 外腔两束光纤激光频谱组束的实验 341
9.5.1 实验系统 341
9.5.2 实验结果与分析 342
参考文献 346