《激光器件与技术基础》

目录1

第一篇 气体激光器1

概述1

§1.0-1气体激光器的概况1

§1.0-2气体放电的基本知识2

一、气体放电的方式2

二、气体放电的相似定律5

三、气体放电中粒子的碰撞和激发6

第一章 原子激光器8

§1.1-1氦－氖激光器的结构8

§1.1-2氦－氖激光器的工作原理10

一、氦－氖激光器的能级图10

二、氦－氖激光器的激发机理11

三、增益系数12

§1.1-3氦－氖激光器的输出特性15

一、输出功率15

二、激光束的发散角21

三、激光频率特性和稳频22

第二章 分子激光器29

§1.2-1二氧化碳激光器的工作原理29

一、CO2分子能级简图29

二、建立激光能级间粒子数反转过程31

三、量子效率与能量转换效率35

四、输出光谱36

§1.2-2纵向放电激励的封离型CO2激光器37

一、器件结构37

二、输出功率及其影响因素39

一、横向激励的高气压CO2激光器42

§1.2-3其他类型的CO2激光器42

二、波导CO2激光器45

§1.2-4氮分子激光器46

一、工作原理47

二、器件结构与激励方法47

§1.2-5准分子激光器49

第三章 离子激光器51

§1.3-1氩离子激光器51

一、激发机理51

二、器件结构52

三、工作特性53

§1.3-2氦－镉激光器55

二、固体激光器的的工作过程58

一、固体激光器的基本构造58

§2.1-1概述58

第一章 一般固体激光器58

第二篇 固体激光器58

三、固体激光器的能量转换环节59

§2.1-2固体工作物质59

一、红宝石晶体59

二、掺钕钇铝石榴石晶体63

三、钕玻璃65

四、其他固体工作物质66

五、激光棒的几何尺寸和加工要求67

§2.1-3泵浦光源68

一、主要泵浦光源及其结构68

二、泵灯的特性69

三、泵灯的放电回路和触发电路72

一、聚光器的类型77

§2.1-4聚光器77

二、聚光器的材料和反射表面80

§2.1-5冷却和滤光80

一、冷却80

二、滤光82

§2.1-6固体激光器的输出特性83

一、阈值83

二、输出特性85

第二章 调Q脉冲固体激光器88

§2.2-1概述88

一、调Q的意义88

二、调Q的原理88

一、速率方程89

§2.2-2调Q激光器的基本理论89

三、调Q的方法89

二、输出峰值功率90

三、输出能量91

四、巨脉冲的时间特性91

五、多脉冲问题92

§2.2-3机械转镜调Q激光器93

一、工作原理93

二、最佳转速95

三、加速原理98

§2.2-4电光晶体调Q激光器99

一、调Q原理99

二、带起偏器的电光Q开关102

三、双折射偏离法电光Q开关103

四、单块双45°电光Q开关105

一、声光效应107

§2.2-5声光调Q激光器107

二、声光调Q激光器的工作原理108

§2.2-6可饱和吸收染料调Q激光器111

一、基本原理112

二、染料选择113

三、输出特性114

第三篇 液体激光器116

第一章 染料激光器116

§3.1-1染料的激光机理117

一、染料的结构和能级117

二、染料的吸收和发射119

三、染料激光的工作条件120

四、染料的溶剂120

一、连续波染料激光器的结构121

§3.1-2连续波染料激光器121

二、连续波染料激光器的调谐123

§3.1-3脉冲染料激光器127

一、脉冲染料激光器的速率方程127

二、激光泵浦的脉冲染料激光器127

三、闪光灯泵浦的脉冲染料激光器134

第二章 无机液体激光器136

§3.2-1激光机理136

一、Nd3+:POCl3+SnCl4+P2O3C14无机液体激光器136

二、Nd3+:SeOCl2+SnCl4无机液体激光器136

§3.2-2无机液体激光器的结构和优缺点136

第四篇 半导体激光器139

第一章 有关半导体的基本知识139

§4.1-1半导体能带的基本概念139

一、能带概念139

三、杂质能级140

二、价带导带和空穴140

§4.1-2载流子的统计分布141

一、电子和空穴的统计分布141

二、直接跃迁和间接跃迁143

§4.1-3半导体p-n结的能带结构144

一、平衡态P-n结的能带结构144

二、加正向电压P-n结的能带结构145

第二章 注入式同质结半导体激光器147

§4.2-1注入式同质结半导体激光器的基本结构147

一、注入式同质结半导体激光器147

二、同质结半导体GaAs激光器的结构147

§4.2-2注入式同质结半导体激光器的原理148

一、半导体的粒子数反转分布条件148

二、半导体激光器的阈值条件151

第三章 异质结半导体激光器154

§4.3-1异质结半导体激光器的一般介绍154

一、异质结的结构154

二、异质结的能带155

§4.3-2单异质结（SH）激光器155

一、单异质结（SH）的工作机理155

二、单异质结（SH）器件的阈值条件及特点156

§4.3-3双异质结（DH）激光器156

一、双异质结（DH）器件的结构157

二、双异质结（DH）器件的能带158

三、双异质结（DH）激光器的粒子数反转和阈值条件158

四、双异质结（DH）的阈值电流密度159

一、输出功率160

二、转换效率160

第四章 半导体激光器的输出特性160

§4.4-1半导体激光器的输出功率和转换效率160

§4.4-2半导体激光器的激光模式162

一、谐振频率162

二、纵模特性163

三、横模特性165

§4.4-3半导体激光束的发散角167

一、发散角的特点167

二、发散角的估算167

§4.4-4半导体激光器的时间响应特性168

一、时间响应的概念168

二、响应时间的估算168

第一章 自由电子激光器170

§5.1-1自由电子激光器的工作原理170

第五篇 自由电子激光器与化学激光器170

§5.1-2自由电子激光器的调频方式172

第二章 化学激光器174

§5.2-1氟化氢（HF）化学激光器174

一、HF建立粒子数反转和受激发光原理174

二、引发方式175

§5.2-2碘原子激光器176

第六篇 激光技术基础178

第一章 激光的调制技术178

§6.1-1概述178

一、调制的基本概念178

二、调制的形式179

§6.1-2电光调制182

一、纵向电光调制183

二、横向电光调制187

一、声光效应189

§6.1-3声光调制189

二、声光衍射191

三、声光调制的工作原理196

第二章 激光的锁模技术199

§6.2-1概述199

§6.2-2多模激光器的输出特性199

一、激光器的纵模及其特性199

二、多模激光器的输出光强特性200

§6.2-3多模激光器的模式锁定特性201

一、锁模脉冲特性的产生201

二、多纵模位相锁定的数学分析203

§6.2-4锁模原理及其方法207

一、内调制锁模207

二、饱和吸收染料锁模210

三、对撞锁模213

第三章 激光的放大技术215

§6.3-1概述215

一、激光放大的意义215

二、激光的行波放大215

三、其他类型激光放大216

四、脉冲放大的分类217

§6.3-2脉冲激光放大器的基本理论217

一、脉冲放大器的速率方程217

二、矩形脉冲的放大219

三、激光放大的特性221

§6.3-3激光放大的技术问题221

一、工作物质参数的选择221

§6.4-1概述221

三、级间去耦222

二、光束截面匹配222

四、光泵点燃时间的匹配223

第四章 激光的模式选择技术224

一、模式选择的类型224

二、模式的选择及其意义224

§6.4-2横模选择技术225

一、基本理论225

二、腔参数g、N选择法226

三、腔内插入小孔光栏法227

四、腔内插入望远镜法227

§6.4-3纵模选择技术228

一、短腔法228

二、法布里－珀罗标准具法229

三、复合腔选纵模231

第五章 激光的倍频技术233

§6.5-1概述233

一、线性光学与非线性光学233

二、非线性光学的发展233

三、激光的倍频技术及其应用233

§6.5-2光学介质的非线性极化234

一、介质的极化与极化波234

二、光学二次非线性效应236

三、二次非线性极化系数237

§6.5-3倍频技术239

一、倍频效率239

二、位相匹配（PM条件）240

三、几种性能优良的新倍频晶体243

四、倍频激光器244