光子晶体光纤与飞秒激光技术

前言

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啁啾脉冲

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

目录光子晶体光纤与飞秒激光技术第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?4Bragg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光电检测技术与系统

机械工业出版社本书共分四个部分，第一部分为飞秒激光技术概论，包括第1～6章，涉及的内容为飞秒激光的基本知识、锁模技术、放大技术、测量技术及相关的一般性理论。第二部分为光子晶体光纤，包括第7～9章，涉及的内容为光子晶体光纤光理论基础、计算方法及多种光子晶体光纤的结构特性及其理论描述。第三部分为光子晶体光纤飞秒激光技术，包括第10～12章，涉及的内容为光子晶体光纤飞秒激光技术振荡器、放大器，以及飞秒激光技术在光子晶体光纤中的传输特性、频率变换特性等。第四部分(第13章)为光子晶体光纤飞秒激光技术应用，简要介绍了光子晶体光纤飞秒激光技术在高功率紫外飞秒激光、高功率高重复频率快速微纳加工、高功率太赫兹辐射源和高功率超连续谱光源等方面的应用。本书面向光电子、物理电子学、光学、光学工程、电子科学与技术等专业的高年级本科生及相关专业的硕士生、博士生，也可以作为从事相关专业的科研人员、工程技术人员的参考书。