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绪论1

第1章 激光器基础3

1.1 光波基础4

1.1.1 电磁波模式4

1.1.2 光强与光功率6

1.1.3 光波在时域与频域中的观察7

1.1.4 介质的色散与吸收9

1.2 光子基础13

1.2.1 普朗克黑体辐射规律14

1.2.2 光子的概念15

1.2.3 玻尔理论的基本假设16

1.2.4 两种描述的统一17

1.2.5 光子的相干性17

1.3 激光器基本思想20

1.3.1 激光器基本结构20

1.3.2 自发辐射、受激吸收与受激辐射21

1.3.3 激光器基本思想22

1.3.4 增益系数24

1.3.5 激光器工作机理25

1.4 激光特性27

第2章 激光谐振腔理论31

2.1 激光谐振腔的几何光学理论32

2.1.1 光线传播的矩阵表示32

2.1.2 激光谐振腔及其稳定条件37

2.1.3 谐振腔的损耗与Q值42

2.1.4 腔衰荡光谱46

2.1.5 高斯光束及其变换46

2.1.6 M2参数51

2.1.7 谐振腔设计51

2.2 激光谐振腔的波动光学理论54

2.2.1 谐振腔的本征模式54

2.2.2 谐振腔的谐振频率55

2.2.3 谐振腔的衍射积分理论简介＊57

2.3 Fabry-Perot腔（标准具）59

2.3.1 Fabry-Perot（FP）腔的理论模型59

2.3.2 连续波入射时单模光纤FP腔的输出特性62

2.3.3 脉冲激光入射时单模光纤FP腔的衰荡输出特性62

第3章 电磁场与物质相互作用的经典理论与速率方程理论67

3.1 铒—镱共掺光纤的自发辐射现象68

3.1.1 铒—镱共掺光纤自发辐射测量实验装置68

3.1.2 铒—镱共掺光纤自发辐射谱68

3.2 光与物质相互作用的经典理论69

3.2.1 双光子与物质的相互作用69

3.2.2 光与物质相互作用的经典理论70

3.3 谱线加宽对辐射的影响72

3.4 谱线加宽线型函数75

3.4.1 均匀加宽线型函数75

3.4.2 非均匀加宽（多普勒加宽）78

3.4.3 综合加宽＊78

3.5 泵浦79

3.5.1 泵浦过程79

3.5.2 泵浦过程分类80

3.5.3 光泵浦系统81

3.5.4 Er-Yb共掺系统的泵浦82

3.5.5 电泵浦系统82

3.6 激光器的速率方程理论83

第4章 连续波激光器工作特性87

4.1 连续波Er-Yb共掺光纤光栅激光器88

4.1.1 Er-Yb共掺光纤光栅激光器实验装置88

4.1.2 Er-Yb共掺光纤光栅激光器实验结果88

4.2 连续波激光器稳定输出机理91

4.2.1 小信号稳态增益91

4.2.2 增益饱和93

4.2.3 激光器的振荡阈值条件97

4.3 连续波单波长与多波长激光形成机理98

4.4 连续波激光器的稳态工作特性101

4.4.1 均匀加宽单纵横激光器的输出功率、最佳透过率101

4.4.2 非均匀加宽连续激光器的稳态工作特性103

4.5 激光的线宽极限106

4.6 频率牵引效应107

第5章 激光调制器110

5.1 光纤通信系统中的激光信号调制实例111

5.2 电光效应112

5.2.1 光在晶体中的传播——折射率椭球112

5.2.2 电光效应115

5.3 电光调制器117

5.3.1 电光效应对光偏振态的影响117

5.3.2 电光强度调制器工作机理118

5.3.3 电光相位调制器工作机理121

5.3.4 电光调制器的电学性能121

5.3.5 电光调制器设计要素122

5.4 声光调制器122

5.4.1 声光调制器的工作原理122

5.4.2 声光体调制器127

5.4.3 声光调制器设计应考虑的问题128

5.5 其他调制器130

5.5.1 磁光调制器130

5.5.2 直接调制器131

第6章 脉冲激光器工作特性133

6.1 泵浦变化脉冲激光器工作特性133

6.1.1 脉冲激光器输出特性133

6.1.2 泵浦变化脉冲激光器工作机理135

6.2 调Q激光器工作特性136

6.2.1 基于SESAM被动调Q光纤激光器实验137

6.2.2 调Q激光器的理论基础141

6.2.3 常见调Q方法145

6.3 锁模激光器工作特性147

6.3.1 被动锁模光纤激光器实验147

6.3.2 主动锁模光纤激光器实验150

6.3.3 锁模激光器理论基础151

6.3.4 常见锁模方法156

6.3.5 超短脉冲光信号处理162

第7章 激光放大器170

7.1 引言171

7.1.1 光放大器的种类171

7.1.2 光放大器的基本原理172

7.2 光纤放大器的增益174

7.3 Er3＋的三能级系统速率方程177

7.3.1 归一化的稳态粒子数差178

7.3.2 放大器增益179

7.3.3 1.4 8μm和0.9 8μm波长泵浦181

7.3.4 与时间相关的速率方程的近似解184

7.4 泵浦结构186

7.4.1 前向泵浦与后向泵浦186

7.4.2 双包层光纤泵浦187

7.5 光纤的最佳长度188

7.6 当掺铒光纤作为前置放大器时的电噪声188

7.7 放大器的噪声指数191

7.8 掺铒磷酸盐玻璃光波导放大器简介192

第8章 模式选择、稳频与倍频技术194

8.1 模式选择技术194

8.1.1 横模选择技术195

8.1.2 纵模选择技术195

8.2 激光器调谐198

8.3 稳频技术199

8.3.1 频率抖动199

8.3.2 稳频技术199

8.4 倍频技术202

8.4.1 介质的非线性极化202

8.4.2 激光倍频技术203

第9章 常见激光器205

9.1 激光器系统的量子效率205

9.2 固体激光器206

9.3 气体激光器211

9.4 半导体激光器214

9.4.1 商用980nm泵浦源214

9.4.2 半导体激光器工作原理215

9.5 光纤光栅F-P腔双波长掺铒光纤激光器224

9.5.1 基于非对称光纤光栅双波长激光器225

9.5.2 基于FBG的被动调Q双波长光纤激光器228

参考文献236