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第1章 飞秒激光的基本概念和基本知识 1

1.1飞秒激光的特点 1

1.2飞秒激光脉冲是如何形成的 2

1.3各种物理机制对脉冲宽度的影响 4

1.3.1增益的滤波作用 4

1.3.2谐振腔的选模作用 4

1.3.3自相位调制效应的加宽光谱作用 5

1.3.4色散对脉冲的影响 6

第2章 超短脉冲激光在介质中传输的一般理论性描述 7

2.1非线性薛定谔方程 7

2.2色散引起的脉冲宽度的变化 8

2.3自相位调制效应及其对光谱结构的影响 12

2.4自相位调制及色散共同作用对超短脉冲的时域特性和频域特性的影响 14

2.5光学孤子的成形及传输 17

2.6超短光脉冲的互相位调制 20

2.7超短光脉冲压缩技术 22

2.7.1光栅对压缩器 23

2.7.2光纤-光栅压缩器 24

2.7.3孤子效应压缩器 26

2.8超连续光谱的产生 27

2.8.1自相位调制 27

2.8.2受激拉曼散射 28

2.8.3四波混频 28

2.8.4孤子分裂及其拉曼自频移 28

2.8.5非孤子辐射 29

参考文献 29

第3章 激光锁模技术 31

3.1主动锁模激光技术 32

3.2同步抽运锁模激光技术 34

3.3被动锁模激光技术 37

3.4碰撞脉冲锁模激光技术 41

3.5光孤子锁模激光技术 44

3.6掺钛蓝宝石锁模激光技术 45

3.6.1克尔透镜锁模 46

3.6.2基于克尔透镜锁模的谐振腔设计 47

3.6.3锁模的动力学过程 49

3.6.4色散补偿技术 50

3.6.5基于半导体可饱和吸收镜的自启动锁模 52

3.7光纤锁模激光技术 54

3.7.1非线性偏振旋转锁模 55

3.7.2孤子锁模 55

3.7.3自相似锁模 57

参考文献 59

第4章 超短光脉冲放大技术 61

4.1超短光脉冲放大的一般数学描述 62

4.1.1速率方程 62

4.1.2放大的自发辐射 63

4.1.3信号放大 64

4.2超短光脉冲掺钛蓝宝石调啾脉冲放大器 65

4.3超短脉冲光纤放大器 67

参考文献 69

第5章 超短脉冲激光测量技术 70

5.1强度相关函数 70

5.2双光子荧光法 73

5.3二阶强度光学相关器 74

5.4相干光学相关器 75

5.5单次脉冲光学相关器 79

参考文献 80

第6章 飞秒激光技术与光子晶体光纤 81

6.1光子晶体光纤用于飞秒激光技术 81

6.2光子晶体光纤的典型结构及其特性 82

6.2.1无截止单模特性 83

6.2.2可控的色散特性 83

6.2.3可设计的非线性特性 84

6.2.4高双折射率特性 85

6.2.5带隙特性 86

参考文献 87

第7章 光子晶体光纤的理论基础 88

7.1光子晶体理论 88

7.1.1光子晶体和光子带隙的基本概念 88

7.1.2光子晶体和光子带隙的基本理论 89

7.2光子晶体光纤的基本原理和分类 97

7.2.1光子晶体光纤的典型结构和能带图 97

7.2.2传统光纤的基本理论 99

7.2.3光子晶体光纤的工作原理和分类 100

参考文献 103

第8章 光子晶体光纤的基本特性 106

8.1模式特性 106

8.1.1模式对称性 106

8.1.2折射率引导型光子晶体光纤的无限单模特性 107

8.1.3折射率引导型光子晶体光纤的高阶模式特性 108

8.1.4空芯光子带隙光纤的表面模式 113

8.2色散特性 115

8.2.1传统光纤的色散 115

8.2.2折射率引导型光子晶体光纤的色散 116

8.2.3光子带隙光纤的色散特性 119

8.3折射率引导型光子晶体光纤的非线性特性 120

8.4双折射特性 121

8.5全固型光子带隙光纤的弯曲损耗特性 122

参考文献 124

第9章 光子晶体光纤的计算方法 127

9.1数值计算方法 127

9.1.1平面波方法 127

9.1.2基于Yee网格的频域有限差分法 132

9.2解析计算方法 137

9.2.1折射率引导型光子晶体光纤的有效折射率模型 137

9.2.2全固型光子带隙光纤带隙结构的解析求解——双边界模型 145

参考文献 148

第10章 飞秒激光在高非线性光子晶体光纤中的传输及频率变换特性 151

10.1非线性光子晶体光纤 151

10.1.1大空气比光子晶体光纤 152

10.1.2保偏型光子晶体光纤 152

10.1.3无截止单模型光子晶体光纤 152

10.1.4孔助结构光子晶体光纤 153

10.2飞秒激光在光子晶体光纤中非线性传输过程的数值模拟 154

10.2.1分步傅里叶方法 154

10.2.2脉冲中心波长的影响 155

10.2.3脉冲宽度的影响 158

10.2.4脉冲峰值功率的影响 158

10.2.5脉冲啁啾的影响 159

10.2.6脉冲形状的影响 160

10.2.7获得特定中心波长的自频移孤子脉冲 163

10.3光子晶体光纤中的频率变换与超连续光谱的产生 164

10.3.1单模传输下偏振控制的频率变换 164

10.3.2模式控制的频率变换过程 165

10.3.3特殊传输模式下的频率变换 169

10.3.4不同色散曲线的光子晶体光纤 170

10.3.5异型纤芯的光子晶体光纤 172

10.3.6非均匀多芯结构的光子晶体光纤 173

10.3.7孔助光子晶体光纤 176

10.3.8六次对称的多芯光子晶体光纤 178

参考文献 180

第11章 飞秒激光在带隙型光子晶体光纤中的传输 182

11.1带隙型光子晶体光纤 182

11.2空气纤芯带隙型光子晶体光纤 183

11.3全固带隙型光子晶体光纤 186

11.4 Bragg型光纤的弯曲损耗特性 188

11.5可调带通光纤滤波器 189

参考文献 192

第12章 光子晶体光纤飞秒激光振荡器和放大器 193

12.1掺杂光子晶体光纤 193

12.2孤子锁模光子晶体光纤飞秒激光器 194

12.2.1偏振型大模场面积光子晶体光纤 195

12.2.2光子晶体光纤的端面封装技术 196

12.2.3光栅对 196

12.2.4激光器的输出特性 197

12.2.5激光器的稳定性分析 200

12.3呼吸孤子锁模的光子晶体光纤激光器 202

12.3.1呼吸孤子锁模原理 202

12.3.2激光器的输出特性 203

12.4全正色散锁模的光子晶体光纤激光器 212

12.4.1全正色散锁模的光子晶体光纤激光器的输出状态 213

12.4.2多通长腔全正色散锁模光子晶体光纤激光器 215

12.5耗散孤子锁模光子晶体光纤激光器 219

12.5.1耗散孤子锁模机理 219

12.5.2数值模拟 220

12.5.3耗散孤子锁模激光器 223

12.6基于非线性偏转旋转的光子晶体光纤锁模激光器 225

12.7多芯光子晶体光纤锁模激光器 227

12.7.1混合型多芯光子晶体光纤实现锁相 227

12.7.2多芯光子晶体光纤锁模激光器 230

12.8光子晶体光纤飞秒激光放大系统 233

12.8.1全光子晶体光纤飞秒激光放大系统的结构 233

12.8.2振荡级 234

12.8.3放大级 234

12.8.4放大系统的输出特性 236

12.8.5低重复频率光子晶体光纤飞秒激光放大系统 237

12.8.6高峰值功率多芯光子晶体光纤飞秒激光放大器 239

参考文献 243

第13章 光子晶体光纤飞秒激光技术应用 245

13.1高功率紫外飞秒激光 245

13.2高功率高重复率快速微纳加工 248

13.3高功率超快太赫兹辐射源 251

13.4高功率宽带超连续谱光源 252

13.5高平均功率高峰值功率光子晶体光纤飞秒激光技术新概念 255

参考文献 256

致谢 257