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第一章 概论1

1.1光子学及其技术的发展1

1.1.1光子学的内涵1

1.1.2光子学与电子学3

1.1.3光子学技术的发展及其意义4

1.2光子学的重要分支学科及其研究内容5

1.2.1基础光子学5

1.2.2信息光子学及技术7

1.2.3生物医学光子学及技术9

1.2.4光子学器件10

1.2.5集成与微结构光子学11

第二章 信息光子技术14

2.1光通信14

2.1.1光纤通信14

2.1.2光发射21

2.1.3光接收25

2.1.4光纤通信系统28

2.1.5光放大器36

2.1.6光纤数字传输网40

2.1.7光复用46

2.1.8光纤用户网49

2.1.9光交换52

2.1.10空间光通信53

2.1.11大气光通信68

2.1.12水下激光通信69

2.2无源光耦合器件69

2.2.1光耦合器的一般技术参数70

2.2.2熔融拉锥型光纤耦合器71

2.2.3波导型光耦合器78

2.2.4耦合器的应用及前景展望80

2.3光纤放大器81

2.3.1光纤放大器基本理论81

2.3.2光纤放大器的类型及设计考虑86

2.3.3光纤放大器增益谱形及其对光纤传输系统的影响89

2.3.4 DWDM系统中光纤放大器增益均衡的实现93

2.3.5掺铒光纤放大器在光纤传输系统中的噪声考虑98

2.3.6光纤放大器干线传输系统中若干问题分析102

2.3.7光纤放大器在光纤宽带模拟传输系统应用中的考虑106

2.3.8小结108

2.4光纤光栅108

2.4.1光纤光栅滤波器109

2.4.2光纤布拉格光栅110

2.4.3光纤光栅的研究分析方法111

2.4.4光纤光栅调谐技术119

2.4.5光纤光栅的研制120

2.4.6光纤光栅的应用124

2.5激光全息技术127

2.5.1全息图分类127

2.5.2菲涅耳全息图128

2.5.3像面全息图129

2.5.4傅里叶变换全息图129

2.5.5位相全息图130

2.5.6体积全息图130

2.5.7偏振全息130

2.5.8计算全息131

2.5.9全息光学元件131

2.5.10彩虹全息132

2.5.11体视全息、合成全息与印刷全息132

2.5.12彩色全息133

2.5.13全息显微术133

2.5.14全息干涉计量133

2.6光计算134

2.6.1模拟光计算134

2.6.2矩阵处理器134

2.6.3数字光计算135

2.6.4光学编码与逻辑136

2.6.5二进制光逻辑器件136

2.6.6光存储器138

2.6.7光学互联139

2.6.8光学神经网络139

2.6.9量子光计算139

2.7光学图像处理140

2.7.1图像处理的基本步骤141

2.7.2图像噪声抑制141

2.7.3相干光学信息处理149

2.7.4非相干光信息处理149

2.7.5阿贝-波特实验和频率域处理149

2.7.6空间光调制150

2.7.7图像相减151

2.7.8图像特征识别151

2.7.9综合孔径雷达151

2.7.10白光信息处理152

2.7.11光学假彩色编码152

2.7.12光学小波变换153

2.8光存储153

2.8.1只读存储光盘154

2.8.2磁光盘154

2.8.3相变光盘155

2.8.4持续光谱烧孔存储158

2.8.5双光子光学存储159

2.8.6光全息存储160

2.8.7关联存储162

2.8.8近场光存储162

第三章 生物医学光子技术168

3.1光对生物组织的作用168

3.1.1生物体的超弱发光168

3.1.2非相干光子的生物作用170

3.1.3激光光子的生物作用174

3.2光子生物技术180

3.2.1激光辐照诱变育种180

3.2.2激光细胞融合技术180

3.2.3激光导入外源基因181

3.2.4激光切割染色体181

3.2.5激光流式细胞计181

3.2.6激光荧光漂白恢复技术183

3.2.7激光多普勒显微术183

3.2.8光学近场扫描显微术185

3.2.9医用红外热像技术186

3.2.10光镊技术186

3.3生物组织的光学模型190

3.3.1生物组织结构特点190

3.3.2生物组织的均匀性与非均匀性191

3.3.3生物组织离散散射液体模型191

3.3.4光学性质基本参数192

3.3.5光学性质参数的其他描述194

3.3.6组织散射特性的夫琅禾费衍射描述194

3.3.7组织光学196

3.3.8皮肤光学197

3.4光在生物组织中的传输理论204

3.4.1光辐射量204

3.4.2激光辐射疗法剂量学206

3.4.3玻尔兹曼传输方程210

3.4.4漫射理论213

3.5光在生物组织中传输的蒙特卡罗模拟218

3.5.1蒙特卡罗模拟218

3.5.2 MC方法的必要性219

3.5.3光的随机传输过程与跟踪步骤220

3.5.4汪和杰克斯（Wang & Jacques）的MC解决方案223

3.6生物组织的光学成像技术225

3.6.1光学功能成像225

3.6.2光学层析成像226

3.6.3频域技术成像228

3.6.4时间分辨成像229

3.6.5超声调制光学成像230

3.6.6光声扫描成像231

3.6.7多光子显微成像231

3.6.8生物医学成像科学技术新进展234

3.7激光医学技术246

3.7.1激光医学246

3.7.2光活检247

3.7.3光动力学疗法248

3.7.4低强度激光照射疗法261

3.7.5激光外科与激光消融技术262

3.7.6光子美容技术266

3.7.7激光治疗胸心血管病269

3.7.8激光眼屈光矫正术271

3.7.9激光生物组织焊接272

3.7.10激光牙科273

3.8视觉光子技术与波前工程273

3.8.1眼波像差测量技术274

3.8.2高阶像差对人眼光学质量的影响276

3.8.3人眼高阶像差对主观视功能的影响278

3.8.4个性化人眼高阶像差矫正方法280

3.9经络的光学研究282

3.9.1人体经络光学特性研究282

3.9.2经络研究与现代光学283

3.9.3经络光学的研究与开拓284

第四章 激光单元技术294

4.1 Q开关技术294

4.1.1 Q开关激光器的输出功率和能量294

4.1.2 Q开关激光器输出的光脉冲宽度295

4.1.3Q开关的参数295

4.1.4转镜Q开关296

4.1.5泡克耳斯盒Q开关297

4.1.6克尔盒Q开关298

4.1.7声光Q开关299

4.1.8染料Q开关299

4.1.9色心晶体Q开关300

4.1.10受激布里渊散射Q开关300

4.1.11薄膜Q开关301

4.1.12自聚焦被动Q开关301

4.1.13脉冲传输（PTM） Q开关301

4.1.14各种Q开关的性能对比302

4.2锁模302

4.2.1能获得的极限脉冲宽度302

4.2.2锁模的失谐303

4.2.3自锁模303

4.2.4主动锁模303

4.2.5被动锁模306

4.2.6碰撞锁模310

4.2.7同步抽运锁模311

4.2.8注入锁模311

4.2.9相干叠加脉冲锁模311

4.3脉冲压缩311

4.3.1在腔内放棱镜压缩脉冲宽度312

4.3.2用光纤压缩光脉冲宽度312

4.3.3利用受激布里渊散射压缩脉冲宽度313

4.3.4用电子学方法压缩脉冲宽度313

4.3.5用切割脉冲方法产生窄宽度激光脉冲313

4.3.6光脉冲整形技术314

4.3.7激光焦斑光强均匀化技术327

4.3.8阿秒相干光脉冲产生349

4.4激光脉冲宽度测量350

4.4.1用条纹照相机测量350

4.4.2自相关测量法351

4.4.3双光子荧光测量法351

4.4.4二次谐波测量法352

4.4.5利用半导体表面二次谐波测量352

4.4.6双光子吸收自相关测量353

4.4.7三阶自相关函数测量法353

4.4.8用快速扫描自相关器测量353

4.5激光频率稳定技术354

4.5.1激光频率稳定性参数354

4.5.2频率稳定度的统计处理355

4.5.3频率稳定度的测量355

4.5.4原子谱线中心稳频法356

4.5.5分子吸收线稳频法356

4.5.6利用塞曼分裂稳频法357

4.5.7利用纵向塞曼拍频曲线稳频法357

4.5.8被动腔稳频法358

4.5.9色散稳频法358

4.5.10双光束干涉稳频法358

4.5.11偏振稳频法358

4.5.12偏频锁定稳频358

4.5.13双频锁相稳频359

4.5.14 Pund-Drever稳频技术359

4.6选模359

4.6.1选横模方法360

4.6.2选纵模方法361

4.6.3选单频方法363

4.7激光放大技术364

4.7.1激光放大器速率方程364

4.7.2矩形脉冲激光放大器的功率增益365

4.7.3矩形脉冲激光放大器的能量增益365

4.7.4洛伦兹形脉冲激光放大器的功率增益366

4.7.5再生放大366

4.7.6多通路光放大367

4.7.7自注入再生放大367

4.7.8啁啾脉冲放大367

4.7.9光放大器368

4.7.10光再生脉冲放大器369

4.7.11超短光脉冲放大器369

4.7.12脉冲光纤放大器370

4.7.13光抽运固体激光放大器噪声因数370

4.7.14放大器光束质量370

4.7.15放大器引入的非线性效应372

4.7.16激光束传输373

4.7.17激光取样技术380

4.7.18引起飞秒激光放大脉冲展宽因素381

4.7.19光栅对脉冲展宽器和压缩器382

4.8激光光谱技术383

4.8.1激光发射光谱383

4.8.2激光荧光光谱384

4.8.3激光吸收光谱384

4.8.4激光偏振光谱385

4.8.5激光分子双共振光谱386

4.8.6光热偏转光谱387

4.8.7激光感生荧光光谱387

4.8.8激光光电流光谱387

4.8.9激光声光光谱388

4.8.10相干反斯托克斯拉曼光谱388

4.8.11激光皮秒光谱389

4.8.12量子拍光谱390

4.8.13激光波长的测量390

4.8.14利用光电流效应测定分子激光器的选支激光波长391

4.8.15激光大气衰减391

4.9激光调制技术391

4.9.1激光调幅392

4.9.2激光调频392

4.9.3激光调相392

4.9.4直接调制393

4.9.5电光调制393

4.9.6声光调制393

4.9.7磁光调制395

4.9.8吸收调制395

4.10光电子元件395

4.10.1调制器395

4.10.2扫描器402

4.10.3波长变换器403

4.10.4激光束聚焦透镜404

4.10.5光开关404

4.10.6移相器412

4.10.7空间滤波器414

4.10.8软边光阑421

4.10.9光学隔离器421

4.10.10磁光隔离器422

4.10.11全息光学元件423

4.10.12编码光栅424

4.10.13光纤光栅424

4.10.14光强度衰减器429

4.10.15光电探测器429

4.10.16激光雷达435

4.10.17时间滤波器438

4.10.18频率鉴别器438

4.10.19电光偏转器438

4.10.20光束堆积器439

4.11光电材料440

4.11.1光电探测材料440

4.11.2光电存储材料442

4.11.3光电显示材料444

4.11.4光电转换材料447

4.11.5光学功能材料449

4.12激光能量测量462

4.12.1直接量热法测量能量463

4.12.2热电法测量能量463

4.12.3光电法测量能量464

4.12.4光化学法测量能量464

4.12.5光压法测量能量465

4.12.6激光能量精密测量技术466

4.12.7其他方法466

4.12.8几种常用测量仪器467

4.13激光波长的测量467

4.13.1摄谱法测量波长467

4.13.2 F-P标准具测量波长468

4.13.3压力扫描F-P干涉仪测量波长468

4.13.4迈克耳孙干涉仪测量波长468

4.13.5多波长激光波长的测量469

4.13.6激光谱线宽度测量469

4.13.7软X波段谱仪定标470

4.14其他参数测量471

4.14.1光束质量因子测量471

4.14.2介质非线性折射率测量471

4.14.3脉冲时间波形精密测量技术472

4.14.4谱宽测量技术473

4.14.5强激光脉冲波前畸变精密测量技术473

4.14.6强激光光束空间分布精密测量技术474

4.14.7光学元件检测477

第五章 激 光器483

5.1固体激光器483

5.1.1工作物质483

5.1.2固体工作物质的热透镜513

5.1.3固体激光器工作物质热负载513

5.1.4闪光灯抽运固体激光器513

5.1.5二极管抽运固体激光器528

5.1.6太阳光抽运固体激光器535

5.1.7流动固体激光器536

5.1.8蓝绿光固体激光器536

5.1.9腔内倍频固体激光器536

5.1.10可调谐固体激光器537

5.1.11 Nd：YAG激光器543

5.1.12钕玻璃激光器551

5.1.13红宝石激光器568

5.1.14 Nd：YLF晶体激光器574

5.1.15色心激光器580

5.1.16其他玻璃激光器583

5.1.17其他晶体激光器585

5.1.18光参量振荡器（OPO）592

5.1.19薄片激光器603

5.1.20上转换激光器604

5.2气体激光器605

5.2.1亚稳态605

5.2.2气体放电中亚稳态的激发机理606

5.2.3氦氖激光器607

5.2.4二氧化碳分子激光器615

5.2.5准分子激光器644

5.2.6一氧化碳分子气体激光器659

5.2.7氮分子激光器662

5.2.8水蒸气激光器665

5.2.9氨离子激光器666

5.2.10金属蒸气激光器670

5.2.11毛细管放电抽运软X射线激光器676

5.3自由电子激光器685

5.3.1相对论电子束产生辐射的基本效应685

5.3.2自由电子产生辐射的条件686

5.3.3单摆方程686

5.3.4电子束686

5.3.5摆动器687

5.3.6自由电子在线极化摆动器中的运动688

5.3.7电子在圆极化摆动器内的运动688

5.3.8粒子数反转688

5.3.9激光器输出波长689

5.3.10康普顿自由电子激光器689

5.3.11切连科夫自由电子激光器689

5.3.12 Smith Purcell自由电子激光器690

5.3.13拉曼自由电子激光器690

5.3.14非线性自由电子激光器691

5.3.15沟道自由电子激光器691

5.4半导体激光器692

5.4.1工作物质692

5.4.2半导体激光器的粒子数反转693

5.4.3阈值振荡电流693

5.4.4抽运方式694

5.4.5共振腔694

5.4.6激光器致冷方法695

5.4.7欧姆接触695

5.4.8输出功率695

5.4.9激光频谱696

5.4.10极大波长调谐范围696

5.4.11激光频率稳定性696

5.4.12输出噪声697

5.4.13光束强度空间分布697

5.4.14振荡模698

5.4.15退化698

5.4.16使用寿命699

5.4.17半导体激光调制699

5.4.18蓝绿光半导体激光器700

5.4.19中红外半导体激光器702

5.4.20 垂直腔面发射激光器702

5.4.21半导体激光器列阵702

5.4.22可调谐半导体激光器703

5.4.23异质结半导体激光器703

5.4.24分布反馈半导体激光器704

5.4.25 C3激光器704

5.4.26折射率导引半导体激光器704

5.4.27增益导引半导体激光器705

5.4.28量子阱半导体激光器705

5.4.29超晶格激光器705

5.4.30量子点激光器706

5.4.31量子级联半导体激光器706

5.4.32砷化镓半导体激光器707

5.4.33超短脉冲半导体激光器707

5.4.34自聚焦半导体激光器708

5.4.35半导体激光放大器708

5.5染料激光器708

5.5.1工作物质708

5.5.2激光染料分子能级图712

5.5.3荧光量子效率712

5.5.4抽运713

5.5.5阈值振荡粒子数反射密度714

5.5.6激光器增益系数715

5.5.7输出功率715

5.5.8能量转换效率716

5.5.9输出激光波长717

5.5.10激光谱线宽度719

5.5.11激光波长稳定性719

5.5.12使用寿命720

5.5.13光束扩束器720

5.5.14染料蒸气激光器723

5.5.15薄膜染料激光器724

5.5.16混合染料激光器724

5.5.17固态染料激光器725

5.5.18氙灯抽运染料激光器727

5.5.19铜蒸气激光抽运染料激光器727

5.5.20准分子激光抽运染料激光器727

5.5.21 Nd3+：YAG倍频激光抽运染料激光器728

5.5.22喷流染料激光器728

5.5.23腔倒空染料激光器728

5.5.24使用各种抽运源染料激光器的性能比较728

5.5.25分布反馈染料激光器730

5.5.26淬灭式分布反馈染料激光器730

5.5.27单频连续输出染料激光器731

5.5.28锁模染料激光器731

5.5.29腔内倍频紫外染料激光器732

5.5.30波导染料激光器732

5.6光纤激光器733

5.6.1光纤激光器的优势734

5.6.2光纤激光器结构734

5.6.3激光振荡频率736

5.6.4稀土类掺杂玻璃光纤激光器736

5.6.5单晶光纤激光器736

5.6.6塑料光纤激光器737

5.6.7双包层型光纤激光器737

5.6.8 Q开关光纤激光器737

5.6.9光纤拉曼激光器738

5.6.10上转换光纤激光器738

5.6.11可调谐光纤激光器739

5.6.12单纵模光纤激光器739

5.6.13光纤放大器743

5.7化学激光器744

5.7.1化学反应速率744

5.7.2引发化学反应方法744

5.7.3粒子之间的能量转移速率745

5.7.4氟化氢化学激光器745

5.7.5氟化氘化学激光器747

5.7.6氧碘化学激光器749

5.7.7使用的非稳定腔750

5.8激光器共振腔753

5.8.1共振腔参数753

5.8.2共振腔的等价性754

5.8.3共振腔的模755

5.8.4共振腔几何光学近似757

5.8.5共振腔的衍射理论757

5.8.6共振腔稳定区图758

5.8.7像散光束共振腔761

5.8.8偏振倒空腔761

5.8.9偏振抽取腔761

5.8.10相位耦合腔761

5.8.11注入再生放大腔761

5.8.12热不灵敏腔762

5.8.13圆锥腔762

5.8.14折叠腔762

5.8.15环形腔762

5.8.16相位共轭腔762

5.8.17色散腔763

5.8.18分布反馈腔763

5.8.19不均匀反射率共振腔763

5.8.20屋脊共振腔763

5.8.21衍射光栅共振腔763

第六章 非线性光子技术766

6.1受激散射766

6.1.1受激拉曼散射766

6.1.2受激布里渊散射及受激热布里渊散射772

6.1.3受激瑞利散射774

6.1.4其他受激光散射775

6.2光学谐波技术775

6.2.1固态材料光学谐波技术775

6.2.2气体谐波技术781

6.3光学相位共轭782

6.3.1四波混频相位共轭783

6.3.2受激散射相位共轭783

6.3.3光子回波相位共轭783

6.3.4光学相位共轭的应用784

6.4光参量振荡784

6.4.1光参量振荡和放大基本原理785

6.4.2光参量振荡器的调谐性能785

6.4.3光参量振荡器的增益785

6.4.4单共振光参量振荡器的阈值786

6.4.5单共振光参量振荡器能量转换效率787

6.4.6接受角和接受带宽787

6.4.7准相位匹配光参量振荡器787

6.4.8同步抽运参量振荡器788

6.4.9窄线宽光参量振荡器788

6.5光学自聚焦和自散焦789

6.5.1自聚焦和自散焦的生成机理789

6.5.2稳态自聚焦789

6.5.3自聚焦阈值功率789

6.5.4会聚球面波入射的自聚焦焦距790

6.5.5发散球面波产生的自聚焦焦距790

6.5.6平面波光束的自聚焦焦距790

6.5.7准稳态自聚焦790

6.5.8瞬态自聚焦791

6.5.9小尺度自聚焦792

6.5.10等离子体内的自聚焦792

6.5.11影响自聚焦的因素792

6.5.12激光热自散焦792

6.6光子晶体793

6.6.1光子晶体简介793

6.6.2光子晶体的基本架构793

6.6.3光子晶体的基本特性794

6.6.4光子晶体的理论分析方法794

6.6.5光子晶体的制作795

6.6.6光子晶体光纤796

6.6.7光子晶体的应用797

6.6.8光子晶体的前景798

第七章 高能超短脉冲激光技术801

7.1高能超短脉冲激光系统的前端801

7.1.1飞秒激光振荡器801

7.1.2激光脉冲展宽器802

7.1.3高增益预放大803

7.2高能超短脉冲激光系统的主放大器技术804

7.2.1主放大器的基本结构804

7.2.2注入主放大器的啁啾脉冲参数设计805

7.2.3啁啾脉冲在主放大器中的放大805

7.3高能超短脉冲激光系统的终端技术809

7.3.1压缩器设计809

7.3.2光栅尺寸所允许的最大啁啾脉冲宽度810

7.3.3光谱剪切与信噪比问题811

7.4高能超短脉冲激光系统的相关技术812

7.4.1同步技术812

7.4.2光束控制813

7.4.3测量813

7.4.4光栅814

7.4.5高功率超短脉冲的聚焦814

7.4.6脉冲时间诊断技术814

第八章 半导体光子技术820

8.1半导体发光二极管技术820

8.1.1发光二极管的种类820

8.1.2半导体发光二极管材料823

8.1.3发光二极管的器件结构825

8.1.4发光二极管的工作原理828

8.1.5超辐射发光二极管832

8.1.6数码管和发光二极管组件833

8.1.7发光二极管的特性835

8.1.8超辐射发光二极管的器件特性838

8.2半导体激光技术840

8.2.1半导体异质结构材料和特性840

8.2.2激光二极管的基本结构845

8.2.3激光器的阈值条件和激光增益谱849

8.2.4 DFB激光器和DBR激光器852

8.2.5垂直腔面发射激光器855

8.2.6量子阱激光器857

8.2.7半导体激光二极管的特性861

8.3半导体光电探测器技术866

8.3.1光电探测器的分类867

8.3.2光电探测器的结构867

8.3.3半导体材料中的光吸收871

8.3.4光电探测器的工作原理874

8.3.5半导体光电探测器的性能877

第九章 高功率激光薄膜技术885

9.1几种主要光学薄膜885

9.1.1光学反射膜885

9.1.2光学增透膜886

9.1.3干涉滤光片887

9.1.4光学偏振膜888

9.1.5群色散延迟补偿薄膜889

9.2激光对光学薄膜损伤的基本过程891

9.2.1光学薄膜的光学吸收892

9.2.2多层介质膜的温度场894

9.2.3雪崩击穿破坏902

9.2.4多光子吸收破坏903

9.2.5光学薄膜的热力学破坏904

9.2.6多脉冲激光对光学薄膜的破坏905

9.2.7光学薄膜中的节瘤缺陷及其在薄膜破坏中的作用905

9.3光学薄膜沉积技术906

9.3.1离子束辅助沉积光学薄膜技术906

9.3.2离子束溅射技术沉积光学薄膜908

9.3.3电子束技术制备光学薄膜909

9.4光学薄膜激光破坏阈值的测量910

9.4.1 1-on-1测试911

9.4.2 s-on-1激光破坏阈值检测912

9.4.3破坏阈值测量的n-on-1、 r-on-1方式及薄膜的激光预处理912

第十章 先进光学遥感技术914

10.1光学遥感914

10.1.1遥感技术应用914

10.1.2遥感技术系统的结构、功能及应用波段917

10.1.3遥感平台917

10.1.4遥感传感器918

10.1.5遥感图像目视判读方法921

10.1.6遥感信息增强技术921

10.1.7全球定位系统922

10.2光学遥感成像922

10.2.1光学遥感成像物理基础923

10.2.2光学成像遥感器的特性及综合性能评价925

10.2.3高分辨率光学成像926

10.2.4可见光高分辨率成像仪931

10.3高光谱遥感932

10.3.1成像光谱仪的基本概念933

10.3.2成像光谱仪的成像方式934

10.3.3高光谱遥感数据处理技术941

10.3.4高光谱遥感应用953

10.4偏振遥感956

10.4.1偏振光的定量描述956

10.4.2偏振信息的测量和提取方法957

10.4.3偏振遥感探测器960

10.4.4偏振图像的处理962

10.4.5偏振遥感的应用965

10.5激光遥感967

10.5.1激光雷达基本探测原理967

10.5.2激光距离遥测技术969

10.5.3激光雷达大气遥感技术970

10.5.4激光测风技术974

10.5.5激光海洋探测技术975

10.6立体测绘光学成像978

10.6.1立体测绘光学成像原理978

10.6.2立体测绘光学成像传感器技术要求979

10.6.3立体测绘光学成像传感器981

10.7热红外遥感984

10.7.1热辐射基本原理984

10.7.2红外探测器985

10.7.3红外热像仪989

10.7.4热红外光谱仪991

10.7.5热红外遥感数据处理992

10.7.6热红外遥感的应用994