本书是一本介绍飞秒激光原理、技术和应用的读物。全书共分为14章,靠前章和第2章是飞秒光学的基本内容;第3~6章介绍飞秒固体激光器和光纤激光器的原理和设计;第7章介绍飞秒激光脉冲放大技术;第8章介绍飞秒激光脉冲特性测量技术;第9章和靠前0章介绍飞秒激光脉冲频率变换和腔外脉冲压缩与整形技术;靠前1章介绍飞秒激光脉冲的相干控制和频率合成技术。靠前2章介绍高次谐波和阿秒产生技术,靠前3章介绍飞秒激光产生太赫兹波技术;靠前4章介绍飞秒激光脉冲微加工技术。
第1章超快光学基础1
1.1光与物质相互作用1
1.1.1Maxwell方程组1
1.1.2平面波的波动方程2
1.1.3缓变包络近似3
1.2超短光脉冲在各向同性介质中的线性传播6
1.2.1平面波啁啾脉冲的传播6
1.2.2波形的变化9
1.3二阶非线性效应16
1.3.1三波相互作用——倍频16
1.3.2三波相互作用——和频和差频17
1.4三阶非线性效应17
1.4.1克尔透镜效应19
1.4.2自相位调制20
1.4.3光谱压缩效应23
1.4.4互相位调制24
1.4.5自陡峭效应25
1.4.6拉曼效应26
1.4.7可饱和吸收28
1.5非线性薛定谔方程29
1.5.1非线性薛定谔方程的解法29
1.5.2孤子传输过程30
参考文献32
第2章色散元器件的原理与计算33
2.1透明介质33
2.1.1极化强度矢量:阻尼振子模型33
2.1.2Kramers-Kronig关系34
2.1.3临界脉宽和脉冲展宽36
2.2多层膜结构37
2.2.1多层介质反射膜37
2.2.2啁啾反射镜41
2.2.3超宽带配对啁啾镜48
2.2.4Gires-Tournois反射镜50
2.2.5多腔和优化Gires-Tournois反射镜51
2.2.6啁啾光纤光栅53
2.2.7啁啾体光栅53
2.3基于角色散的色散元件54
2.3.1棱镜对55
2.3.2光栅对60
2.3.3光栅对与棱镜对的组合67
2.3.4与光栅对压缩器配对的光纤展宽器68
2.4可编程相位补偿系统68
2.4.1液晶相位调制器69
2.4.2声光可编程色散滤波器71
2.4.3可变形反射镜73
2.5矢量色散图与矢量色散补偿法74
2.6白光干涉与色散测量76
2.6.1时域法76
2.6.2频域法79
2.6.3频域小波变换法81
参考文献84
第3章固体激光器锁模启动及脉冲形成机制88
3.1克尔透镜锁模原理88
3.2谐振腔与稳定区91
3.2.1像散补偿谐振腔91
3.2.2无增益介质时的ABCD矩阵94
3.2.3含克尔透镜的ABCD矩阵96
3.3脉冲形成阶段的分析103
3.4主方程和微扰算符方程105
3.4.1主方程的导出106
3.4.2主方程的解109
3.4.3微扰算符理论110
3.5周期性和高阶色散的微扰112
3.5.1稳态脉冲参数113
3.5.2色散波及稳定性考虑116
附录A克尔介质的q参数变换120
参考文献122
第4章可饱和吸收体锁模技术124
4.1半导体可饱和吸收体125
4.1.1半导体可饱和吸收体的能带125
4.1.2半导体的能带与晶格常数125
4.1.3半导体的能带与量子阱127
4.1.4半导体可饱和吸收体的时间特性127
4.2激光器参数与半导体可饱和吸收镜宏观特性的关系128
4.2.1半导体可饱和吸收镜的宏观特性128
4.2.2自调Q的抑制135
4.3半导体可饱和吸收镜的类型137
4.3.1高精细度法布里-珀罗可饱和吸收镜137
4.3.2低精细度法布里-珀罗可饱和吸收镜137
4.3.3无谐振型可饱和吸收镜137
4.3.4可饱和布拉格反射镜138
4.3.5宽带可饱和吸收镜138
4.4低损耗宽带可饱和吸收镜139
4.4.1金属膜与介质膜混合反射镜139
4.4.2氧化AlAs布拉格反射镜141
4.4.3氟化物与半导体混合反射镜142
4.5半导体可饱和吸收镜中吸收层的设计143
4.6低饱和通量半导体可饱和吸收镜144
4.7高破坏阈值半导体可饱和吸收镜145
4.8量子点可饱和吸收镜149
4.8.1量子点的能级结构149
4.8.2量子点半导体可饱和吸收镜的结构149
4.9碳纳米管锁模器件150
4.9.1单壁碳纳米管作为可饱和吸收体150
4.9.2单壁碳纳米管可饱和吸收镜的制备152
4.10石墨烯锁模器件154
4.10.1石墨烯的能带结构155
4.10.2石墨烯的吸收特性155
4.10.3石墨烯锁模器件的制备156
参考文献157
第5章飞秒固体激光技术160
5.1泵浦激光160
5.1.1固体激光器160
5.1.2半导体激光器160
5.1.3光纤激光器161
5.2腔内色散补偿161
5.2.1棱镜对色散补偿161
5.2.2啁啾镜色散补偿163
5.3钛宝石
张志刚,1955年出生于北京市。北京大学教授,教育部首批“长江学者奖励计划”特聘教授。2016年被选为美国光学学会会士(OSA Fellow)。1992年于澳大利亚Monash大学获理学博士学位,1992年至1999年先后在日本产业创造研究所、株式会社Luminex、通产省工业技术研究院电子技术综合研"究所、天津大学工作,并先后在日本北海道大学、电气通信大学、法国傅里叶大学、美国麻省理工学院做访问教授。长期从事固体和光纤飞秒激光技术及应用研究。在宽带半导体饱和吸收镜技术、脉冲展宽压缩理论、高重复频率飞秒光纤激光器和频率梳等领域有性成果。在国外学术期刊发表论文100余篇,在靠前发表论文数十篇。