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第1章 免调试固体激光器的物理基础1

1.1激光的电磁辐射特性3

1.1.1激光具有波动性3

1.1.2激光具有粒子性10

1.2激光产生的基本原理11

1.2.1原子结构和能级11

1.2.2爱因斯坦的辐射理论12

1.2.3粒子数反转分布15

1.2.4激光增益与增益饱和20

1.3线型函数与谱线加宽21

1.3.1线型函数22

1.3.2谱线均匀加宽22

1.3.3谱线非均匀加宽24

1.4速率方程25

1.4.1激光三能级系统速率方程25

1.4.2激光四能级系统速率方程组28

1.5激光振荡与阈值条件31

1.5.1激光振荡31

1.5.2谐振腔的损耗32

1.5.3激光振荡阈值条件33

1.6光学谐振腔的模式特性35

1.6.1谐振腔的构成与种类35

1.6.2光学谐振腔的作用36

1.6.3腔模概念36

1.6.4腔内驻波条件与纵模37

1.6.5横模38

1.7光学谐振腔的矩阵光学方法46

1.7.1简单光学元件的光线矩阵47

1.7.2复杂系统的光线矩阵48

1.7.3腔内光线往返传播矩阵49

1.7.4共轴球面镜谐振腔的等效51

1.7.5光波偏振的琼斯计算方法52

参考文献57

第2章 角锥棱镜的光学特性58

2.1角锥棱镜的反射特性58

2.1.1角锥棱镜的形状与特性58

2.1.2角锥棱镜的有效反射面积62

2.1.3角锥棱镜反射的数值模拟68

2.2角锥棱镜的偏振特性78

2.2.1角锥棱镜偏振特性的描述78

2.2.2角锥棱镜的偏振特性79

2.2.3角锥棱镜的琼斯矩阵及其本征偏振态85

2.2.4斜入射至角锥棱镜的光偏振特性91

2.2.5镀膜角锥棱镜反射光的偏振特性95

2.3角锥棱镜的衍射特性98

2.3.1角锥棱镜的远场衍射特性98

2.3.2偏振态对角锥棱镜远场衍射分布的影响105

2.4角锥棱镜阵列的光学特性110

2.4.1角锥棱镜阵列结构与特征110

2.4.2角锥棱镜阵列的反射特性111

2.4.3角锥棱镜阵列的衍射特性114

2.5角锥棱镜及其阵列的准相位共轭特性118

2.5.1相位共轭波的定义及其性质118

2.5.2角锥棱镜阵列的准相位共轭特性120

2.5.3角锥棱镜阵列的保真度分析121

2.5.4角锥棱镜阵列结构及制造误差对准共轭波波面的影响124

2.5.5角锥棱镜阵列的波前畸变补偿特性125

2.6角锥棱镜及其阵列的相干特性127

参考文献127

第3章 角锥棱镜谐振腔130

3.1角锥棱镜谐振腔的构成、种类与基本特性131

3.1.1角锥棱镜谐振腔的基本结构与种类131

3.1.2角锥棱镜谐振腔的光学特性135

3.2角锥棱镜谐振腔的稳定性135

3.2.1谐振腔稳定性条件135

3.2.2谐振腔稳定图137

3.2.3约束稳定腔与非稳定腔137

3.2.4角锥棱镜谐振腔的约束稳定性分析139

3.3单角锥棱镜谐振腔的抗失调特性142

3.3.1谐振腔的失调灵敏度142

3.3.2抗失调的直角棱镜谐振腔148

3.3.3自适应光学谐振腔152

3.3.4单角锥棱镜谐振腔抗失调特性153

3.3.5腔镜的失调量对输出能量的影响157

3.3.6单角锥棱镜谐振腔抗失调实验161

3.4单角锥棱镜谐振腔的热畸变补偿特性168

3.4.1固体激光器的热效应168

3.4.2含热透镜角锥棱镜谐振腔的稳定性分析171

3.4.3单角锥棱镜谐振腔对固体激光器热效应的光学补偿175

3.5双角锥棱镜谐振腔的光学特性177

3.5.1双角锥棱镜谐振腔的高抗失调特性177

3.5.2双角锥棱镜谐振腔减少退偏效应179

参考文献179

第4章 角锥棱镜谐振腔的输出特性182

4.1角锥镜棱谐振腔的输出能量182

4.1.1角锥棱镜谐振腔的输出能量182

4.1.2角锥棱镜谐振腔输出能量和脉宽的稳定性183

4.2单角锥棱镜谐振腔输出的模场特性188

4.2.1角锥棱谐振腔输出的本征模式188

4.2.2角锥棱镜谐振腔输出的本征偏振态198

4.2.3角锥棱镜谐振腔输出的退偏特性与相位补偿203

4.3角锥棱镜谐振腔特有的输出特性203

4.3.1角锥棱镜谐振腔输出的零漂移特性203

4.3.2角锥棱镜谐振腔单脉冲坪区电压展宽特性205

4.3.3角锥棱镜谐振腔脉宽压缩现象208

4.3.4角锥棱谐振腔消除子脉冲现象210

4.4角锥棱镜谐振腔的输出光场特性211

4.4.1角锥棱镜谐振腔的输出光场特性实验211

4.4.2激光的相干平顶高斯激光束输出215

4.4.3热稳定角锥棱镜谐振腔的基模输出220

4.5角锥棱镜阵列谐振腔的输出特性221

4.5.1角锥棱镜阵列谐振腔输出特性模拟222

4.5.2角锥棱镜阵列谐振腔输出特性实验研究224

4.6双角锥棱镜谐振腔的输出特性227

4.6.1双角锥棱镜谐振腔输出的模式结构227

4.6.2双角锥棱镜谐振腔的偏振特性235

参考文献238

第5章 角锥棱镜谐振腔固体激光器241

5.1固体激光器概述241

5.2免调试固体激光器247

5.2.1免调试固体激光器的基本结构与特性247

5.2.2激光工作物质249

5.2.3激光泵浦系统258

5.2.4免调试固体激光器冷却技术263

5.3免调试重复频率固体激光器271

5.3.1免调试免冷却重复频率固体激光器概述271

5.3.2免调试小型重复频率固体激光器271

5.3.3免调试DPL激光器的输出特性274

5.3.4角锥棱镜非平面环形腔单频固体激光器275

5.4角锥棱镜折叠腔激光器277

5.4.1角锥棱镜折叠腔的典型腔型结构277

5.4.2角锥棱镜折叠腔的理论分析与实验研究278

5.5角锥棱镜阵列后腔镜钕玻璃激光器284

5.6角锥棱镜谐振腔Nd：Cr：GSGG激光器285

参考文献286

第6章 免调试固体激光器调Q与锁模技术288

6.1调Q基本原理与方法288

6.1.1调Q的基本原理及调Q对激光器的基本要求289

6.1.2调Q方法291

6.2 LD泵浦免调试谐振腔被动调Q的固体激光器294

6.2.1被动调Q的方法与特点294

6.2.2免调试谐振腔被动调Q固体激光器的输出特性298

6.2.3角锥棱镜谐振腔Cr4+：YAG被动调Q实验303

6.3免调试角锥棱镜谐振腔电光调Q固体激光器308

6.3.1电光调Q的基本原理及结构308

6.3.2角锥棱镜谐振腔电光调Q固体激光器313

6.4免调试声光调Q固体激光器324

6.4.1声光调Q原理324

6.4.2声光调Q器件的设计特点326

6.4.3声光调Q动态实验及输出特性327

6.4.4声光腔倒空激光器328

6.5免调试锁模固体激光器329

6.5.1锁模基本原理330

6.5.2角锥棱镜谐振腔Nd：YAG/Cr4+：YAG被动锁模激光器335

6.5.3角锥棱镜谐振腔被动锁模的实验339

参考文献343

第7章 免调试固体激光非线性器件345

7.1免调试固体激光倍频技术345

7.1.1非线性极化345

7.1.2激光倍频技术352

7.1.3免调试倍频固体激光器353

7.2免调试固体激光参量振荡器354

7.2.1光参量振荡355

7.2.2免调试光参量振荡器中的相位匹配358

7.2.3光参量振荡器的结构形式360

7.2.4环形腔光参量振荡器的理论分析361

7.2.5小型高效人眼安全免调试OPO固体激光器367

7.2.6新型免调试OPO固体激光器375

参考文献381

第8章 角锥棱镜谐振腔激光相干合成技术383

8.1激光的相干合成技术384

8.1.1激光相干合成的发展历程385

8.1.2激光相干合成的发展现状387

8.1.3激光相干合成的基本理论389

8.2角锥腔固体激光器相干合成技术391

8.2.1角锥腔激光器相干特性391

8.2.2角锥腔激光器偏振锁相相干合成技术396

8.2.3角锥腔6路固体激光器相干合成技术398

8.2.4角锥阵列腔激光器相干合成技术399

8.3基于角锥的光纤激光器互注入相干合成研究400

8.3.1互注入锁相多光束相干合成基本原理401

8.3.2角锥腔两路光纤激光器互注入相干合成实验研究405

8.3.3改进型的相干合成方案409

8.3.4单角锥多路光纤激光相干合成技术进展412

参考文献414

第9章 免调试固体激光器的光束质量418

9.1激光光束质量的评价标准418

9.1.1激光光束质量的评价方法419

9.1.2激光光束质量M2因子的测量方法423

9.1.3对光束质量评价的思考425

9.2激光相干合成光束质量的评价和测量426

9.2.1传统评价方法对相干合成型光束质量评价的局限性427

9.2.2 PIBm方法及其测量433

9.2.3光束传输因子方法及其测量439

9.3免调试固体激光器的光束质量441

9.3.1免调试固体激光器的光束质量的实验研究443

9.3.2侧向泵浦免调试DPL激光光束质量451

9.3.3角锥棱镜谐振腔被动调Q内腔式光参量振荡器（OPO）的光束质量454

9.3.4角锥阵列腔固体激光器相干合成的光束质量特性454

9.3.5球面角锥棱镜非稳腔激光器的光束质量458

9.4提高角锥棱镜谐振腔光束质量的方法与实验460

9.4.1提高免调试角锥棱镜谐振腔光束质量的方法460

9.4.2角锥棱镜谐振腔对发散角的压缩461

参考文献463

第10章 免调试固体激光器的设计465

10.1免调试固体激光器的设计思想与原则465

10.1.1设计思想465

10.1.2设计原则466

10.2免调试固体激光器研制平台468

10.3免调试固体激光器研制步骤470

10.3.1用户需求与指标分析470

10.3.2方案设计与论证470

10.3.3草台实验473

10.3.4初样机设计与加工474

10.3.5性能试验474

10.3.6用户试用474

10.3.7正样机设计475

10.3.8环境试验475

10.3.9用户使用475

10.4免调试固体激光器研制举例475

10.4.1角锥棱镜谐振腔被动调Q-DPL激光器设计475

10.4.2折叠腔电光调Q固体激光器482

10.4.3双波长自由切换二极管泵浦激光器的设计489

10.5角锥棱镜的设计、加工与检验499

10.5.1角锥棱镜的设计依据与步骤499

10.5.2实心角锥棱镜的设计500

10.5.3空心角锥棱镜的设计505

10.5.4角锥棱镜阵列的设计506

10.5.5具有曲率的角锥棱镜的设计507

参考文献507

第11章 免调试固体激光器的应用与展望510

11.1免调试固体激光器的应用510

11.1.1免调试固体激光器在测距中的应用510

11.1.2免调试OPO固体激光器在人眼安全中的应用511

11.1.3新型半导体泵浦固体激光器512

11.1.4免调试固体激光器输出相干合成的应用512

11.2免调试固体激光器的未来发展趋势513

11.2.1发展阵列反射镜大功率激光器514

11.2.2发展多路多波长固体激光器514

11.2.3发展大功率薄片激光器514

11.2.4发展大功率角锥相干合成光纤激光器515

11.2.5发展被动调Q角锥星载激光器515

11.3其他类型的角锥棱镜谐振腔激光器517

11.3.1免调试气体激光器517

11.3.2免调试自由电子激光器521

11.3.3免调试染料激光器522

11.3.4角锥棱镜谐振腔半导体量子阱激光器523

11.3.5角锥棱镜谐振腔染料薄膜波导激光器525

参考文献527