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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