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第1篇 气体、化学和自由电子激光3

第1章 二氧化碳激光器3

1.1 引言3

1.2 主要参数3

1.3 CO2激光原理4

1.4 CO2激光器类型7

1.4.1 扩散冷却CO2激光器7

1.4.2 快流CO2激光器9

1.5 应用10

参考文献12

第2章 准分子激光13

2.1 工作原理13

2.2 准分子激光器技术及性能14

2.2.1 设计和技术概述14

2.3 准分子激光器设计和应用20

2.3.1 高功率准分子激光器20

2.3.2 微缩平板印刷术23

2.3.3 LASIK23

2.4 高功率准分子激光器的应用24

2.4.1 高分辨率微加工25

2.4.2 高亮度显示屏28

参考文献29

第3章 化学激光31

3.1 引言31

3.2 一般性背景31

3.3 氟化氢激光和氟化氘激光33

3.3.1 能级34

3.3.2 小信号增益37

3.3.3 激发态粒子的化学产生38

3.3.4 动力学过程、淬灭和传能39

3.3.5 流体力学和喷管设计40

3.3.6 连续波HF和DF激光器的衍生装置43

3.3.7 HF和DF激光器性能44

3.4 化学氧碘激光45

3.4.1 能级46

3.4.2 小信号增益46

3.4.3 淬灭过程48

3.4.4 碘分解48

3.4.5 单重态氧发生器49

3.4.6 COIL激光器性能指标50

3.4.7 COIL激光器性能50

3.5 其他化学激光51

3.5.1 DF-CO2传能激光51

3.5.2 一氧化碳激光51

参考文献52

第4章 高功率自由电子激光53

4.1 简介53

4.2 FEL物理53

4.2.1 物理机制53

4.2.2 共振波长54

4.2.3 增益和带宽56

4.2.4 实际因素57

4.3 硬件设施58

4.3.1 概要58

4.3.2 注入器58

4.3.3 加速器60

4.3.4 摇摆器62

4.3.5 光学谐振腔62

4.3.6 能量回收技术63

4.4 现状65

参考文献67

第2篇 二极管激光73

第5章 半导体激光器——半导体激光器基础及单管特性73

5.1 前言73

5.2 功率提升的历史74

5.3 高功率半导体激光器的特点74

5.4 器件结构和晶片制造工艺75

5.5 垂直腔和边发射半导体结构76

5.6 半导体激光器的效率78

5.7 高功率宽发射截面半导体激光器80

5.8 高功率半导体激光巴条82

5.9 高功率单模半导体激光器83

5.10 半导体激光器的老化及可靠性85

5.11 基座设计与装配87

5.12 光纤耦合封装设计和工艺流程88

5.13 性能特性90

5.14 高亮度泵浦源的空间叠加91

5.15 质量与可靠性93

参考文献93

第6章 高功率半导体激光器阵列97

6.1 引言97

6.2 半导体激光器巴条的封装98

6.3 散热99

6.3.1 微通道冷却器用水指引100

6.3.2 热膨胀匹配的微通道冷却器101

6.4 产品类别101

6.5 器件性能102

6.5.1 波长、功率、效率与工作模式102

6.5.2 光束质量与亮度103

6.5.3 波长锁定104

6.5.4 寿命与稳定性105

6.6 产品性能106

6.6.1 单个半导体激光器巴条的光纤耦合107

6.6.2 功率放大110

6.6.3 高功率半导体激光光纤耦合器件111

6.7 高功率半导体阵列的直接应用112

6.7.1 工业应用113

6.7.2 医学应用116

6.7.3 国防应用116

参考文献117

第3篇 固体激光器121

第7章 高功率固体激光器121

7.1 概述121

7.2 激光增益材料121

7.2.1 发射截面和能级寿命122

7.2.2 基质材料123

7.2.3 高平均功率固体激光材料124

7.2.4 高脉冲能量和峰值功率固体激光材料126

7.3 泵浦、冷却和热效应127

7.3.1 泵浦源127

7.3.2 激光提取和散热129

7.4 激光光束的产生130

7.4.1 稳定腔130

7.4.2 非稳定腔131

7.4.3 主振荡器加功率放大器132

7.5 波前校正132

7.5.1 空间相屏133

7.5.2 相位共轭134

7.5.3 主动光学135

7.6 结论和展望136

参考文献136

第8章 “之”字形板条激光器139

8.1 引言139

8.2 “之”字形板条的原理和优势139

8.2.1 “之”字形板条几何结构139

8.2.2 定标率140

8.3 传统侧面泵浦的板条143

8.3.1 结构及技术的问题143

8.3.2 性能144

8.4 端泵浦板条147

8.4.1 结构和技术结果147

8.4.2 性能148

8.4.3 功率定标150

参考文献152

第9章 Nd：YAG陶瓷ThinZag高功率激光进展154

9.1 简介及ThinZag概念发展154

9.1.1 TZ-1模块发展155

9.1.2 TZ-2模块发展156

9.1.3 TZ-3模块发展161

9.1.4 3个TZ-3模块的耦合162

9.2 小结164

致谢165

参考文献165

第10章 薄片激光器166

10.1 引言166

10.2 历史166

10.3 薄片激光器基本原理167

10.4 可使用的激光材料169

10.5 数值模型和定标率169

10.5.1 平均温度169

10.5.2 荧光的影响171

10.5.3 热致应力172

10.5.4 形变、应力和热透镜173

10.5.5 高功率薄片激光器的设计175

10.5.6 增益和提取的数学模型176

10.5.7 运动方程177

10.5.8 耦合的准静态数值模型178

10.5.9 ASE的影响179

10.5.10 ASE与受激激发的相互作用179

10.5.11 非稳态数值模型180

10.5.12 ASE极限183

10.6 连续波薄片激光器184

10.6.1 高平均功率184

10.6.2 基模、单频和二次谐波产生186

10.7 薄片脉冲激光187

10.7.1 薄片式调Q激光器187

10.7.2 薄片式腔倒空激光器188

10.7.3 纳秒、皮秒和飞秒脉冲放大189

10.7.4 高脉冲能量薄片激光器191

10.8 工业实现191

10.9 小结192

致谢192

参考文献192

第11章 热容激光器197

11.1 介绍197

11.2 系统结构197

11.3 激光性能建模201

11.3.1 泵浦吸收、增益和提取201

11.3.2 放大的自发辐射效应205

11.3.3 波前扰动和退偏208

11.4 最新研究进展215

11.4.1 功率提取215

11.4.2 波前控制215

11.5 定标方法217

11.6 应用和相关的实验结果218

11.6.1 快速材料去除（钻/熔）218

11.6.2 气流的相互作用导致的空气动力不平衡219

11.6.3 激光用于人道主义扫雷219

11.6.4 车载自维护400kW热容激光器220

11.7 总结220

参考文献220

第12章 超快固体激光器222

12.1 引言222

12.2 超快激光源和振荡器223

12.2.1 Kerr效应223

12.2.2 超快振荡器223

12.3 超快放大技术224

12.3.1 啁啾脉冲放大224

12.3.2 像差226

12.3.3 放大器方案227

12.3.4 再生放大227

12.3.5 多程放大228

12.3.6 负啁啾脉冲放大229

12.4 热管理231

12.4.1 光参量啁啾脉冲放大232

12.5 脉冲测量233

12.6 应用234

12.6.1 成丝234

12.6.2 无损精加工235

12.6.3 基于激光的光子和粒子源236

12.6.4 高次谐波的产生236

参考文献238

第13章 薄片超快激光器241

13.1 引言241

13.2 泵浦结构243

13.3 薄片结构的热管理243

13.4 SESAM锁模247

13.4.1 脉冲形成机制247

13.4.2 不同运行区域249

13.5 结论和展望255

参考文献256

第14章 国家点火装置激光器——高脉冲能量聚变激光器263

14.1 引言263

14.2 历史背景264

14.3 NIF装置及激光器概况267

14.4 NIF束组性能和基频、三倍频的运行统计270

14.4.1 能量和激光性能运行模型校准结果270

14.4.2 NIF功率和能量的运行统计271

14.5 点火靶脉冲形状的性能认证发次273

14.5.1 主振荡器和脉冲整形系统273

14.5.2 预放大器模块及其性能275

14.5.3 主激光的基频性能277

14.5.4 倍频转换性能280

14.6 点火实验的焦斑控制盒和精确脉冲整形284

14.6.1 用相位板进行光束空间调节286

14.6.2 一维SSD的光束时间调节288

14.6.3 空间和时间调节脉冲的频率转换290

14.6.4 时间脉冲整形290

14.7 2010年NIF现状和实验291

14.8 结论299

致谢299

参考文献299

第4篇 光纤激光器307

第15章 光纤激光器简介307

15.1 背景307

15.1.1 历史307

15.1.2 光纤激光器的优势308

15.2 稀土离子掺杂的光纤激光器309

15.2.1 光纤激光器基础309

15.2.2 掺稀土离子光纤的特性311

15.2.3 光纤激光器的功率定标315

15.2.4 高功率光纤激光器的光纤322

15.3 光纤激光器329

15.3.1 连续波光纤激光器329

15.3.2 调Q激光器334

15.3.3 锁模光纤激光器335

参考文献337

第16章 脉冲光纤激光器341

16.1 引言341

16.2 脉冲功率扩展面临的挑战342

16.2.1 非线性效应342

16.2.2 放大的自发辐射345

16.2.3 光损伤346

16.3 高功率脉冲光纤激光器347

16.3.1 光纤类型348

16.3.2 放大的自发辐射管理349

16.3.3 MOPA结构和振荡器结构350

16.4 高脉冲能量、高峰值功率的光纤放大器：结果351

16.4.1 单级光纤放大器351

16.4.2 增益分段的MOPA353

16.4.3 保偏MOPA以及波长转换356

16.4.4 人眼安全的脉冲光纤激光源358

16.5 总结与展望359

致谢360

参考文献360

第17章 高功率超快光纤激光系统364

17.1 引言与动机364

17.2 限制稀土掺杂光纤超短脉冲放大最基本的因素——非线性效应365

17.3 高重复频率吉瓦峰值功率的光纤激光系统368

17.4 峰值功率与脉冲能量定标中的注意事项370

17.5 超短脉冲光纤系统的平均功率定标373

17.6 总结与展望374

参考文献374

第18章 高功率光纤激光在工业与国防领域的应用377

18.1 引言377

18.2 光纤激光工程377

18.3 宽带多模光纤激光的功率定标379

18.4 宽带单模光纤激光的功率定标381

18.5 工业应用中的高功率光纤激光383

18.6 国防应用中的高功率光纤激光385

18.6.1 用于战略与战术定向能量应用的光纤激光器385

参考文献385

第5篇 光束合成389

第19章 光束合成389

19.1 引言389

19.1.1 光束合成的动因389

19.1.2 光束合成性能指标390

19.2 光束合成技术和理论391

19.2.1 非相干合成392

19.2.2 相干合成392

19.2.3 相干合成性能退化397

19.2.4 光谱合成399

19.2.5 光谱合成性能的降低401

19.2.6 混合合成402

19.3 特殊激光系统的光束合成403

19.3.1 光纤激光光束合成404

19.3.2 半导体激光光束合成408

19.3.3 固体激光光束合成410

19.4 小结411

致谢411

参考文献412