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1.1光子学及其技术的发展 1

1.1.1光子学的内涵 1

第一章 概论 1

1.1.2光子学与电子学 3

1.1.3光子学技术的发展及其意义 5

1.2.1基础光子学 6

1.2光子学的重要分支学科及其研究内容 6

1.2.2信息光子学及技术 8

1.2.3生物医学光子学及技术 11

1.2.4光子学器件 12

1.2.5集成光子学及技术 13

参考文献 16

2.1.1光纤通信 17

2.1光通信 17

第二章 信息光子技术 17

2.1.2光发射 25

2.1.3光接收 29

2.1.4 光纤通信系统 32

2.1.5光放大器 41

2.1.6光纤数字传输网 46

2.1.7光复用 53

2.1.8光纤用户网 56

2.1.9光交换 60

2.1.10空间光通信 61

2.1.11大气光通信 67

2.1.12水下激光通信 68

2.2.1光耦合器的一般技术参数 69

2.2无源光耦合器件 69

2.2.2熔融拉锥型光纤耦合器 71

2.2.3波导型光耦合器 77

2.2.4耦合器的应用及前景展望 79

2.3.1光纤放大器基本理论 81

2.3光纤放大器 81

2.3.2光纤放大器的类型及设计考虑 86

2.3.3光纤放大器增益谱形及其对光纤传输系统的影响 91

2.3.4 DWDM系统中光纤放大器增益均衡的实现 95

2.3.5掺铒光纤放大器在光纤传输系统中的噪声考虑 102

2.3.6光纤放大器干线传输系统中若干问题分析 106

2.3.7光纤放大器在光纤宽带模拟传输系统应用中的考虑 111

2.3.8小结 113

2.4光纤光栅 114

2.4.2光纤布拉格光栅 115

2.4.1光纤光栅滤波器 115

2.4.3光纤光栅的研究分析方法 117

2.4.4光纤光栅调谐技术 126

2.4.5光纤光栅的研制 127

2.4.6光纤光栅的应用 133

2.5.1全息图分类 136

2.5激光全息技术 136

2.5.3像面全息图 138

2.5.2菲涅耳全息图 138

2.5.5位相全息图 139

2.5.4傅里叶变换全息图 139

2.5.7偏振全息 140

2.5.6体积全息图 140

2.5.9全息光学元件 141

2.5.8计算全息 141

2.5.11体视全息、合成全息与印刷全息 142

2.5.10彩虹全息 142

2.5.14全息干涉计量 143

2.5.13全息显微术 143

2.5.12彩色全息 143

2.6.1模拟光计算 144

2.6光计算 144

2.6.2矩阵处理器 145

2.6.4光学编码与逻辑 146

2.6.3数字光计算 146

2.6.5二进制光逻辑器件 147

2.6.6光存储器 149

2.6.7光学互联 150

2.6.9量子光计算 151

2.6.8光学神经网络 151

2.7.2图像噪声抑制 152

2.7.1图像处理的基本步骤 152

2.7光学图像处理 152

2.7.4非相干光信息处理 162

2.7.3相干光学信息处理 162

2.7.6空间光调制 163

2.7.5阿贝－波特实验和频率域处理 163

2.7.8图像特征识别 164

2.7.7图像相减 164

2.7.9综合孔径雷达 165

2.7.11光学假彩色编码 166

2.7.10白光信息处理 166

2.8光存储 167

2.7.12光学小波变换 167

2.8.1只读存储光盘 168

2.8.2磁光盘（MO） 169

2.8.3相变光盘 170

2.8.5双光子光学存储 171

2.8.4持续光谱烧孔存储（PSHB） 171

2.8.6光全息存储 172

2.8.8近场光存储 175

2.8.7关联存储 175

2.9.1遥感技术应用 176

2.9遥感技术 176

2.9.2遥感技术系统的结构、功能及应用波段 177

2.9.3遥感平台 178

2.9.4遥感传感器 179

2.9.5摄影型传感器 180

2.9.6扫描方式的传感器 181

2.9.7侧视雷达成像 182

2.9.9遥感信息增强技术 183

2.9.8遥感图像目视判读方法 183

2.9.10全球定位系统（GPS） 184

参考文献 185

3.1.1生物体的超弱发光 187

3.1光对生物组织的作用 187

第三章 生物医学光子技术 187

3.1.2非相干光子的生物作用 189

3.1.3激光光子的生物作用 194

3.2.1激光辐照诱变育种 201

3.2光子生物技术 201

3.2.3激光导入外源基因 202

3.2.2激光细胞融合技术 202

3.2.5激光流式细胞计 203

3.2.4激光切割染色体 203

3.2.6激光荧光漂白恢复技术 204

3.2.7激光扫描共焦显微镜 205

3.2.8激光多普勒显微镜 206

3.2.9光学近场扫描显微镜 207

3.2.10医用红外热像技术 209

3.2.11光镊技术 210

3.3.1生物组织结构特点 214

3.3生物组织的光学模型 214

3.3.3生物组织离散散射液体模型 215

3.3.2生物组织的均匀性与非均匀性 215

3.3.4光学性质基本参数 217

3.3.5光学性质参数的其他描述 218

3.3.6组织散射特性的夫琅和费衍射描述 219

3.3.7组织光学 221

3.3.8皮肤光学 222

3.4光在生物组织中的传输理论 230

3.4.1光辐射量 231

3.4.2激光辐射疗法剂量学 232

3.4.3玻耳兹曼传输方程 237

3.4.4漫射理论 241

3.5光在生物组织中传输的蒙特卡罗模拟 246

3.5.2 MC方法的必要性 247

3.5.1蒙特卡罗模拟 247

3.5.3光的随机传输过程与跟踪步骤 248

3.5.4汪和杰克斯（Wang Jacques）的MC解决方案 252

3.6.1光学功能成像 254

3.6生物组织的光学成像技术 254

3.6.2光学层析成像 256

3.6.3光学显微功能成像 258

3.6.4频域技术成像 259

3.6.5时间分辨成像 260

3.6.7超声调制光学成像 262

3.6.6激光散斑成像 262

3.7.1激光医学 263

3.7激光医学技术 263

3.7.2光动力诊断和治疗 264

3.7.3光活检 266

3.7.5激光外科 268

3.7.4低强度激光照射疗法 268

3.7.6激光美容与光子嫩肤 269

3.7.7激光治疗胸心血管病 271

3.7.8激光眼屈光矫正术 273

3.7.10激光牙科 275

3.7.9激光生物组织焊接 275

3.7.11医用YAG激光器与医用激光器辅助装置 276

参考文献 277

4.1.1Q开关激光器的输出功率和能量 279

4.1 Q开关技术 279

第四章 激光单元技术 279

4.1.3 Q开关的参数 280

4.1.2 Q开关激光器输出的光脉冲宽度 280

4.1.4转镜Q开关 281

4.1.5泡克耳斯盒Q开关 283

4.1.6克尔盒Q开关 284

4.1.8染料Q开关 285

4.1.7声光Q开关 285

4.1.10受激布里渊散射Q开关 286

4.1.9色心晶体Q开关 286

4.1.13脉冲传输（PTM）Q开关 287

4.1.12自聚焦被动Q开关 287

4.1.11薄膜Q开关 287

4.2锁模 288

4.1.14各种Q开关的性能对比 288

4.2.2锁模的失谐 289

4.2.1能获得的极限脉冲宽度 289

4.2.4主动锁模 290

4.2.3自锁模 290

4.2.5被动锁模 293

4.2.6碰撞锁模 297

4.2.7同步抽运锁模 298

4.3脉冲压缩 299

4.2.9相干叠加脉冲锁模 299

4.2.8注入锁模 299

4.3.3利用受激布里渊散射压缩脉冲宽度 300

4.3.2用光纤压缩光脉冲宽度 300

4.3.1在腔内放棱镜压缩脉冲宽度 300

4.3.5用切割脉冲方法产生窄宽度激光脉冲 301

4.3.4用电子学方法压缩脉冲宽度 301

4.3.6光脉冲整形技术 302

4.3.7激光焦斑光强均匀化技术 307

4.3.8阿秒相干光脉冲产生 309

4.4.1用条纹照相机测量 310

4.4激光脉冲宽度测量 310

4.4.2自相关测量法 311

4.4.4二次谐波测量法 312

4.4.3 双光子荧光测量法 312

4.4.6双光子吸收自相关测量 313

4.4.5利用半导体表面二次谐波测量 313

4.4.8用快速扫描自相关器测量 314

4.4.7三阶自相关函数测量法 314

4.5.1激光频率稳定性参数 315

4.5激光频率稳定技术 315

4.5.3频率稳定度的测量 316

4.5.2频率稳定度的统计处理 316

4.5.5分子吸收线稳频法 317

4.5.4原子谱线中心稳频法 317

4.5.6利用塞曼分裂稳频法 318

4.5.9色散稳频法 319

4.5.8被动腔稳频法 319

4.5.7利用纵向塞曼拍频曲线稳频法 319

4.5.13双频锁相稳频 320

4.5.12偏频锁定稳频 320

4.5.10双光束干涉稳频法 320

4.5.11偏振稳频法 320

4.6.1选横模方法 321

4.6选模 321

4.5.14 Pund-Drever稳频技术 321

4.6.2 选纵模方法 323

4.6.3 选单频方法 325

4.7.1激光放大器速率方程 326

4.7激光放大技术 326

4.7.2矩形脉冲激光放大器的功率增益 327

4.7.3矩形脉冲激光放大器的能量增益 328

4.7.5再生放大 329

4.7.4洛伦兹形脉冲激光放大器的功率增益 329

4.7.7自注入再生放大 330

4.7.6多通路光放大 330

4.7.8啁啾脉冲放大 331

4.7.10 光再生脉冲放大器 332

4.7.9光放大器 332

4.7.12脉冲光纤放大器 333

4.7.11超短光脉冲放大器 333

4.7.14引起飞秒激光放大脉冲展宽因素 334

4.7.13光抽运固体激光放大器噪声因数 334

4.7.15光栅对脉冲展宽器和压缩器 335

4.8.2激光荧光光谱 337

4.8.1激光发射光谱 337

4.8激光光谱技术 337

4.8.3激光吸收光谱 338

4.8.4激光偏振光谱 339

4.8.5激光分子双共振光谱 340

4.8.7激光感生荧光光谱 341

4.8.6光热偏转光谱 341

4.8.9激光声光光谱 342

4.8.8激光光电流光谱 342

4.8.11激光皮秒光谱 343

4.8.10相干反斯托克斯拉曼光谱 343

4.8.12量子拍光谱 344

4.8.14利用光电流效应测定分子激光器的选支激光波长 345

4.8.13激光波长的测量 345

4.9激光调制技术 346

4.8.15激光大气衰减 346

4.9.2激光调频 347

4.9.1激光调幅 347

4.9.5电光调制 348

4.9.4直接调制 348

4.9.3激光调相 348

4.9.6声光调制 349

4.9.7磁光调制 350

4.10.1调制器 351

4.10光电子元件 351

4.9.8吸收调制 351

4.10.2扫描器 356

4.10.4激光束聚焦透镜 358

4.10.3波长变换器 358

4.10.5光开关 359

4.10.6移相器 361

4.10.8软边光阑 363

4.10.7空间滤波器 363

4.10.10磁光隔离器 364

4.10.9光学隔离器 364

4.10.11全息光学元件 365

4.10.13光纤光栅 366

4.10.12编码光栅 366

4.10.14光强度衰减器 372

4.10.15光电探测器 373

4.10.16激光雷达 379

4.10.18频率鉴别器 383

4.10.17时间滤波器 383

4.10.19电光偏转器 384

4.11.1光电探测材料 385

4.11光电材料 385

4.10.20光束堆积器 385

4.11.2光电存储材料 388

4.11.3光电显示材料 390

4.11.4光电转换材料 394

4.11.5光学功能材料 396

4.12.1直接量热法测量能量 408

4.12激光能量测量 408

4.12.3光电法测量能量 409

4.12.2热电法测量能量 409

4.12.4光化学法测量能量 410

4.12.6其他方法 411

4.12.5光压法测量能量 411

4.13.1摄谱法测量波长 412

4.13激光波长的测量 412

4.12.7几种常用测量仪器 412

4.13.4迈克耳孙干涉仪测量波长 413

4.13.3压力扫描F-P干涉仪测量波长 413

4.13.2 F-P标准具测量波长 413

4.13.6激光谱线宽度测量 414

4.13.5多波长激光波长的测量 414

4.13.7软X波段谱仪定标 415

4.14.1光束质量因子M2测量 416

4.14其他参数测量 416

4.14.2介质非线性折射率测量 417

参考文献 418

5.1.1工作物质 419

5.1固体激光器 419

第五章 激光器 419

5.1.2固体工作物质的热透镜 426

5.1.4闪光灯抽运固体激光器 427

5.1.3固体激光器工作物质热负载 427

5.1.5二极管抽运固体激光器 436

5.1.8蓝绿光固体激光器 444

5.1.7流动固体激光器 444

5.1.6太阳光抽运固体激光器 444

5.1.10可调谐固体激光器 445

5.1.9腔内倍频固体激光器 445

5.1.11 Nd:YAG激光器 453

5.1.12钕玻璃激光器 462

5.1.13红宝石激光器 479

5.1.14色心激光器 486

5.1.15其他玻璃激光器 491

5.1.16其他晶体激光器 493

5.1.17光参量振荡器（OPO） 501

5.1.18薄片激光器 514

5.1.19上转换激光器 515

5.2气体激光器 516

5.2.1亚稳态 517

5.2.3氦氖激光器 518

5.2.2气体放电中亚稳态的激发机理 518

5.2.4二氧化碳（CO2）分子激光器 529

5.2.5准分子激光器 563

5.2.6一氧化碳（CO）分子气体激光器 580

5.2.7氮分子激光器 584

5.2.8 水蒸气激光器 587

5.2.9氩离子激光器 588

5.2.10金属蒸气激光器 593

5.2.11毛细管放电抽运软X射线激光器 600

5.3.1相对论电子束产生辐射的基本效应 611

5.3自由电子激光器 611

5.3.4电子束 612

5.3.3单摆方程 612

5.3.2自由电子产生辐射的条件 612

5.3.5摆动器 613

5.3.7电子在圆极化摆动器内的运动 614

5.3.6自由电子在线极化摆动器中的运动 614

5.3.10康普顿自由电子激光器 615

5.3.9激光器输出波长 615

5.3.8粒子数反转 615

5.3.12 Smith-purcell自由电子激光器 616

5.3.11切伦科夫自由电子激光器 616

5.3.13拉曼自由电子激光器 617

5.3.15沟道自由电子激光器 618

5.3.14非线性自由电子激光器 618

5.4.1工作物质 619

5.4半导体激光器 619

5.4.3阈值振荡电流 620

5.4.2半导体激光器的粒子数反转 620

5.4.4抽运方式 621

5.4.6激光器致冷方法 622

5.4.5共振腔 622

5.4.8增益系数 623

5.4.7欧姆接触 623

5.4.9激光器效率 624

5.4.12极大波长调谐范围 625

5.4.11激光频谱 625

5.4.10输出功率 625

5.4.14输出噪声 626

5.4.13激光频率稳定性 626

5.4.16振荡模 627

5.4.15光束强度空间分布 627

5.4.18使用寿命 628

5.4.17退化 628

5.4.19半导体激光调制 629

5.4.20蓝绿光半导体激光器 630

5.4.23半导体激光器列阵 632

5.4.22垂直腔面发射激光器 632

5.4.21中红外半导体激光器 632

5.4.25异质结半导体激光器 633

5.4.24可调谐半导体激光器 633

5.4.27 C3激光器 634

5.4.26分布反馈半导体激光器 634

5.4.29增益导引半导体激光器 635

5.4.28折射率导引半导体激光器 635

5.4.31超晶格激光器 636

5.4.30量子阱半导体激光器 636

5.4.33量子级联半导体激光器 637

5.4.32量子点激光器 637

5.4.35超短脉冲半导体激光器 638

5.4.34砷化镓半导体激光器 638

5.5染料激光器 639

5.4.37半导体激光放大器 639

5.4.36自聚焦半导体激光器 639

5.5.1工作物质 640

5.5.2激光染料分子能级图 643

5.5.3荧光量子效率 644

5.5.4抽运 645

5.5.5阈值振荡粒子数反射密度 646

5.5.7输出功率 647

5.5.6激光器增益系数 647

5.5.8能量转换效率 648

5.5.9输出激光波长 649

5.5.10激光谱线宽度 651

5.5.12使用寿命 652

5.5.11激光波长稳定性 652

5.5.13光束扩束器 653

5.5.14染料蒸气激光器 656

5.5.16混合染料激光器 657

5.5.15薄膜染料激光器 657

5.5.17固态染料激光器 658

5.5.18氙灯抽运染料激光器 660

5.5.21 Nd3+:YAG倍频激光抽运染料激光器 661

5.5.20准分子激光抽运染料激光器 661

5.5.19铜蒸气激光抽运染料激光器 661

5.5.24使用各种抽运源染料激光器的性能比较 662

5.5.23腔倒空染料激光器 662

5.5.22喷流染料激光器 662

5.5.26猝灭式分布反馈染料激光器 664

5.5.25分布反馈染料激光器 664

5.5.27单频连续输出染料激光器 665

5.5.28锁模染料激光器 666

5.5.30波导染料激光器 667

5.5.29腔内倍频紫外染料激光器 667

5.6光纤激光器 668

5.6.5双包层型光纤激光器 669

5.6.4塑料光纤激光器 669

5.6.1激光振荡频率 669

5.6.2稀土类掺杂玻璃光纤激光器 669

5.6.3单晶光纤激光器 669

5.6.6 Q开关光纤激光器 670

5.6.8上转换光纤激光器 671

5.6.7光纤拉曼激光器 671

5.6.10光纤放大器 672

5.6.9可调谐光纤激光器 672

5.7.2引发化学反应方法 673

5.7.1化学反应速率 673

5.7化学激光器 673

5.7.3粒子之间的能量转移速率 674

5.7.4氟化氢化学激光器 675

5.7.5氟化氘化学激光器 677

5.7.6氧碘化学激光器 679

5.7.7使用的非稳定腔 681

5.8.1共振腔参数 683

5.8激光器共振腔 683

5.8.3共振腔的模 685

5.8.2共振腔的等价性 685

5.8.4共振腔几何光学近似 688

5.8.6共振腔稳定区图 689

5.8.5共振腔的衍射理论 689

5.8.8偏振倒空腔 692

5.8.7像散光束共振腔 692

5.8.12热不灵敏腔 693

5.8.11注入再生放大腔 693

5.8.9偏振抽取腔 693

5.8.10相位耦合腔 693

5.8.15环形腔 694

5.8.14折叠腔 694

5.8.13圆锥腔 694

5.8.20屋脊共振腔 695

5.8.19不均匀反射率共振腔 695

5.8.16相位共轭腔 695

5.8.17色散腔 695

5.8.18分布反馈腔 695

参考文献 696

5.8.21衍射光栅共振腔 696

6.1.1受激拉曼散射 698

6.1受激散射 698

第六章 非线性光子技术 698

6.1.2受激布里渊散射及受激热布里渊散射 705

6.1.3受激瑞利散射 708

6.2气体光学谐波发生 709

6.1.4其他受激光散射 709

6.2.3相位匹配条件 710

6.2.2实验装置 710

6.2.1基本原理 710

6.3光学相位共轭 711

6.3.3光子回波相位共轭 712

6.3.2受激散射相位共轭 712

6.3.1四波混频相位共轭 712

6.3.4光学相位共轭的应用 713

6.4.2光参量振荡器的调谐性能 714

6.4.1 光参量振荡和放大基本原理 714

6.4光参量振荡 714

6.4.4单共振光参量振荡器的阈值 715

6.4.3光参量振荡器的增益 715

6.4.5单共振光参量振荡器能量转换效率 716

6.4.7准相位匹配光参量振荡器 717

6.4.6接受角和接受带宽 717

6.4.9窄线宽光参量振荡器 718

6.4.8同步抽运参量振荡器 718

6.5.3自聚焦阈值功率 719

6.5.2稳态自聚焦 719

6.5光学自聚焦和自散焦 719

6.5.1自聚焦和自散焦的生成机理 719

6.5.5发散球面波产生的自聚焦焦距 720

6.5.4会聚球面波入射的自聚焦焦距 720

6.5.8瞬态自聚焦 721

6.5.7准稳态自聚焦 721

6.5.6平面波光束的自聚焦焦距 721

6.5.10等离子体内的自聚焦 722

6.5.9小尺度自聚焦 722

6.6.1光子晶体简介 723

6.6光子晶体 723

6.5.11影响自聚焦的因素 723

6.5.12激光热自散焦 723

6.6.3 光子晶体的基本特性 724

6.6.2 光子晶体的基本架构 724

6.6.4 光子晶体的理论分析方法 725

6.6.5 光子晶体的制作 726

6.6.6光子晶体光纤 727

6.6.8 光子晶体的前景 729

6.6.7光子晶体的应用 729

参考文献 730

第七章 光子技术基本术语 731