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第1章 概述1

1.1 全固态激光器及非线性光学频率变换技术发展的历史3

1.1.1 萌芽期：20世纪60年代3

1.1.2 缓慢发展时期：20世纪70年代4

1.1.3 蓬勃发展时期：20世纪80年代6

1.1.4 飞速发展时期：20世纪90年代至今11

1.2 全固态激光器及频率变换技术的发展26

1.2.1 高功率DPL26

1.2.2 应用于军事领域的DPL27

1.2.3 大功率三基色DPL27

1.2.4 紫外与深紫外波段的DPL28

1.2.5 可调谐全固态激光器28

参考文献29

第2章 全固态激光器的工作物质及非线性光学材料48

2.1 全固态激光器的工作物质48

2.1.1 掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）48

2.1.2 钕玻璃（Nd:Glass）54

2.1.3 掺钕钒酸钇（Nd:YVO4）58

2.1.4 掺钕氟化钇锂（Nd:YLF）62

2.1.5 掺钕铝酸钇（Nd:YAP）64

2.1.6 掺钕铝酸镁镧（Nd:LMA）68

2.1.7 掺钕钒酸钆（Nd:GdVO4）70

2.1.8 多晶Nd:YAG陶瓷72

2.1.9 Er:YAG77

2.1.10 铒玻璃78

2.1.11 Tm,Ho:YVO479

2.1.12 Ho,Yb:YVO480

2.1.13 Yb:YAG82

2.1.14 以过渡金属离子为激活离子的激光晶体89

2.2 非线性光学晶体材料89

2.2.1 磷酸氧钛钾（KTiOPO4,KTP）晶体90

2.2.2 偏硼酸钡（β-BaB2O4,BBO）晶体99

2.2.3 三硼酸锂（LiB3O5,LBO）晶体105

2.2.4 硼酸铯锂（CsLiB6O10,CLBO）晶体112

2.2.5 三硼酸铋（BiB3O3,BIBO）晶体120

2.2.6 氟硼酸铍钾（KBBF）晶体123

参考文献130

第3章 全固态激光器的光泵浦系统135

3.1 激光二极管的基本原理及器件结构135

3.1.1 激光二极管基本原理136

3.1.2 典型激光二极管器件结构137

3.1.3 高功率激光二极管列阵141

3.2 端面泵浦耦合系统144

3.2.1 光学透镜耦合端面泵浦结构145

3.2.2 光纤耦合端面泵浦结构148

3.2.3 端面泵浦耦合计算和设计151

3.3 高功率激光二极管阵列泵浦耦合系统169

3.3.1 高功率激光二极管阵列泵浦耦合结构169

3.3.2 侧面泵浦耦合计算和设计174

参考文献181

第4章 全固态激光器的热效应185

4.1 侧面泵浦全固态激光器的热效应185

4.1.1 激光晶体中的温度分布及热效应186

4.1.2 Nd:YAG棒的特性与温度的关系及其影响194

4.1.3 Nd:YAG棒中的泵浦光分布及其影响197

4.1.4 热效应的消除及补偿201

4.1.5 Nd:YAG热效应的测量及结果203

4.2 端面泵浦全固态激光器的热效应207

4.2.1 端面泵浦全固态激光器中的热效应207

4.2.2 热透镜效应的测量225

4.2.3 热效应的缓解和补偿228

4.3 高功率全固态激光器中非线性晶体的热效应232

4.3.1 非线性晶体中的自热效应232

4.3.2 KTP倍频晶体中的温度分布233

4.3.3 KTP倍频晶体中的热效应对倍频转换的影响236

4.3.4 高功率内腔倍频激光器241

参考文献246

第5章 全固态激光器的谐振腔技术254

5.1 谐振腔设计的基本原理254

5.2 基模动态稳定腔技术256

5.2.1 基模动态稳定腔的基本原理256

5.2.2 基模动态稳定腔的失调灵敏度262

5.2.3 基模动态稳定腔的设计准则264

5.3 双棒串接腔和热致双折射补偿腔268

5.3.1 双棒串接腔268

5.3.2 热致应力双折射补偿技术276

5.4 像散腔的计算和设计280

5.4.1 像散的产生280

5.4.2 像散补偿281

5.4.3 稳区及腔内光束分布284

5.5 其他典型谐振腔的设计举例289

5.5.1 棒成像非稳腔和近共心非稳腔289

5.5.2 主动振荡-功率放大（MOPA）系统及多程放大、相位共轭技术291

5.6 类高斯分布理论294

5.6.1 混合模的横向分布295

5.6.2 混合模光束的特征300

5.6.3 类高斯光束在均匀介质中的传播及变换301

5.6.4 混合模系数M的测量302

参考文献305

第6章 全固态连续激光器308

6.1 端面泵浦的Nd:YAG晶体准三能级系统连续运转特性分析308

6.1.1 端面泵浦的Nd:YAG激光晶体准三能级系统模型309

6.1.2 反转粒子数密度分布314

6.1.3 归一化输出特性319

6.2 端面泵浦全固态连续激光器329

6.2.1 大功率连续运转946nm Nd:YAG激光器329

6.2.2 大功率连续运转全固态蓝光激光器341

6.2.3 大功率连续运转全固态Nd:YVO4 1342/671nm激光器352

6.3 侧面泵浦高功率全固态连续激光器362

6.3.1 基于Nd:YAG晶体的高功率全固态激光器365

6.3.2 基于陶瓷Nd:YAG晶体的高功率全固态激光器372

6.4 全固态多波长激光器374

6.4.1 全固态激光器多波长同时振荡条件374

6.4.2 全固态Nd:YAG多波长激光器376

6.4.3 全固态Nd:YVO4多波长激光器401

参考文献413

第7章 全固态脉冲激光器424

7.1 内腔倍频调Q激光器理论分析424

7.1.1 内腔倍频调Q激光器速率方程424

7.1.2 速率方程的求解及结果分析427

7.1.3 适合高功率激光器的声光Q开关429

7.2 高功率全固态调Q内腔倍频绿光激光器431

7.2.1 采用双端倍频输出方案432

7.2.2 采用双调Q和强冷却倍频晶体方案433

7.2.3 采用单调Q器件和热稳腔方案436

7.2.4 采用LBO倍频晶体方案438

7.2.5 采用高温KTP倍频晶体方案440

7.3 高功率全固态准连续红光激光器442

7.3.1 基于侧面泵浦直腔结构的全固态红光激光器442

7.3.2 基于侧面泵浦折叠腔结构的全固态红光激光器445

7.4 准连续运转掺钛蓝宝石激光器447

7.4.1 准连续钛宝石激光器结构设计447

7.4.2 实验结果分析452

7.5 全固态锁模激光器456

7.5.1 SESAM被动锁模激光器的发展现状457

7.5.2 激光谐振腔设计程序463

7.5.3 SESAM皮秒锁模激光器471

参考文献485

第8章 光纤激光器及放大器491

8.1 光纤激光器简介491

8.1.1 光纤激光器491

8.1.2 光纤激光器的主要特点493

8.2 掺稀土光纤制作及光纤特性495

8.2.1 掺稀土离子光纤的制作技术简介495

8.2.2 光纤特性499

8.3 光纤激光器的基本理论506

8.3.1 光纤波导中的模式理论506

8.3.2 光纤激光器输出特性理论512

8.3.3 双包层光纤激光器的吸收特性515

8.3.4 内包层形状对吸收效率的影响518

8.3.5 光纤激光器的耦合技术522

8.4 各种类型光纤激光器528

8.4.1 连续运转光纤激光器528

8.4.2 脉冲运转光纤激光器534

8.5 光纤放大器544

8.5.1 光纤放大器的分类544

8.5.2 光纤放大器的研究进展和发展趋势547

8.5.3 宽带光纤放大器551

参考文献568

第9章 全固态可调谐激光器578

9.1 可调谐激光晶体材料578

9.1.1 过渡金属离子掺杂的激光材料578

9.1.2 稀土离子掺杂的固体激光材料587

9.1.3 掺钛蓝宝石晶体（Ti3+:Al2O3）597

9.2 全固态可调谐激光器的波长调谐和线宽压窄技术603

9.2.1 棱镜调谐与线宽压窄603

9.2.2 光栅调谐与线宽压窄608

9.2.3 双折射滤波器的调谐与线宽压窄610

9.2.4 标准具调谐和线宽压窄620

9.2.5 种子注入技术623

9.3 宽带可调谐钛宝石激光器633

9.3.1 准连续运转掺钛蓝宝石激光器的时间特性633

9.3.2 输出脉冲宽度及延迟时间随各参数的变化关系636

9.3.3 准连续运转钛宝石激光器的输出功率641

参考文献644

第10章 非线性光学频率变换技术652

10.1 三波互作用的耦合波方程652

10.1.1 三波互作用的稳态耦合波方程652

10.1.2 三波互作用的瞬态耦合波方程653

10.1.3 曼莱-罗威关系655

10.1.4 光倍频及光混频的稳态小信号解655

10.1.5 高斯光束倍频效率的计算657

10.1.6 高斯光束的内腔倍频658

10.2 非线性光学晶体性质及单轴晶体相位匹配技术与有效非线性系数的计算659

10.2.1 非线性光学晶体的性质659

10.2.2 单轴晶体的相位匹配及非线性系数的计算665

10.3 双轴晶体的相位匹配及非线性系数的计算674

10.3.1 双轴晶体的相位匹配的计算674

10.3.2 双轴晶体中三波互作用的有效非线性系数deff计算677

10.3.3 双轴晶体中温度对三波互作用相位匹配及有效非线性系数的影响684

10.4 非线性光学晶体中三波互作用允许参量的计算687

10.4.1 单轴晶体中三波互作用的允许参量计算687

10.4.2 双轴晶体中三波互作用的允许参量计算693

10.5 双轴晶体中光波走离角及其对三波互作用的影响704

10.5.1 双轴晶体中光波的走离角计算704

10.5.2 双轴晶体中光波走离角对三波互作用的影响706

参考文献710

第11章 全固态准相位匹配技术712

11.1 周期极化晶体712

11.1.1 几种获得周期极化晶体的方法713

11.1.2 周期极化晶体制作的发展过程714

11.1.3 几种极化晶体的比较715

11.1.4 国内外研究现状720

11.2 准相位匹配技术和光学参量振荡器的基本原理721

11.2.1 准相位匹配技术的基本原理721

11.2.2 准相位匹配技术的优点725

11.2.3 光学参量振荡器的基本原理726

11.3 周期极化铌酸锂晶体的光学参量振荡器理论732

11.3.1 准连续OPO角度调谐理论曲线计算732

11.3.2 准连续OPO其他调谐方式理论曲线计算736

11.4 温度调谐PPLN光学参量振荡器739

11.4.1 共焦腔结构741

11.4.2 平凹腔结构742

11.4.3 多种非线性效应746

11.5 角度调谐PPLN光学参量振荡器748

11.5.1 角度调谐PPLN-OPO泵浦源748

11.5.2 角度调谐OPO和OPG752

参考文献759

附录Ⅰ 天津大学激光与光电子研究所发表的有关DPL及NOFC的论文765

附录Ⅱ 有关非线性频率变换和谐振腔计算的Matlab源程序784