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第1章 飞秒激光的基本概念和基本知识1

1.1 飞秒激光的特点1

1.2 飞秒激光脉冲是如何形成的2

1.3 各种物理机制对脉冲宽度的影响5

1.3.1 增益的滤波作用5

1.3.2 谐振腔的选模作用5

1.3.3 自相位调制效应的加宽光谱作用6

1.3.4 色散对脉冲的影响7

1.4 超短脉冲激光测量技术8

1.4.1 强度相关函数9

1.4.2 双光子荧光法12

1.4.3 二阶强度光学相关器13

1.4.4 相干光学相关器14

1.4.5 单次脉冲光学相关器18

参考文献19

第2章 典型飞秒激光源20

2.1 钛宝石飞秒激光源20

2.1.1 钛宝石飞秒激光器20

2.1.2 钛宝石飞秒激光放大器31

2.2 光纤飞秒激光源34

2.2.1 非线性偏振旋转锁模光纤激光器34

2.2.2 孤子锁模光纤激光器35

2.2.3 自相似锁模光纤激光器38

2.3 光子晶体光纤飞秒激光源40

2.3.1 光子晶体光纤飞秒激光器40

2.3.2 光子晶体光纤飞秒激光放大系统75

2.4 其他飞秒激光源86

2.4.1 超连续谱飞秒激光源86

2.4.2 光学参量飞秒激光源89

2.4.3 紫外飞秒激光源98

参考文献101

第3章 光子晶体光纤飞秒激光频率变换技术104

3.1 光子晶体光纤的典型结构及其特性104

3.1.1 无截止单模特性105

3.1.2 可控的色散特性106

3.1.3 可设计的非线性特性107

3.1.4 高双折射率特性108

3.1.5 带隙特性109

3.2 光子晶体光纤的种类和制作方法110

3.2.1 全内反射型光子晶体光纤111

3.2.2 带隙型光子晶体光纤112

3.2.3 光子晶体光纤的拉制方法113

3.3 高非线性光子晶体光纤及频率上转换114

3.3.1 偏振控制的频率上转换114

3.3.2 模式控制的频率上转换117

3.3.3 多芯光子晶体光纤中的频率上转换125

3.3.4 光子带隙型光子晶体光纤中的频率变换128

参考文献132

第4章 超快太赫兹辐射脉冲的产生与太赫兹时域频谱学133

4.1 泵浦－探测技术及太赫兹时域频谱技术133

4.1.1 泵浦－探测技术133

4.1.2 太赫兹时域频谱技术134

4.2 超快太赫兹辐射脉冲的产生及探测135

4.2.1 电磁辐射方程135

4.2.2 基于光电导天线的超短太赫兹辐射脉冲的产生及探测137

4.2.3 光学整流产生超短脉冲太赫兹辐射及其探测141

4.3 高功率超快太赫兹辐射脉冲159

4.3.1 大口径光电导天线太赫兹辐射源160

4.3.2 高效、高功率超快太赫兹辐射脉冲源161

4.3.3 电子加速器产生超快太赫兹辐射171

4.3.4 基于气体等离子体的超快太赫兹辐射源172

4.3.5 物质与强太赫兹辐射的相互作用174

4.4 超快太赫兹辐射脉冲操控技术174

4.4.1 太赫兹辐射脉冲的中心频谱调谐技术175

4.4.2 脉冲整形及编码178

4.4.3 标准的太赫兹时域频谱实验系统180

4.4.4 小波域太赫兹时域频谱技术182

4.4.5 光学泵浦－太赫兹探测太赫兹时域频谱技术184

4.4.6 太赫兹泵浦－太赫兹探测太赫兹时域频谱技术187

4.4.7 太赫兹泵浦－光学探测太赫兹时域频谱技术188

参考文献189

第5章 飞秒激光微纳加工技术196

5.1 飞秒激光与金属相互作用196

5.1.1 双温度方程196

5.1.2 改进的双温度方程197

5.1.3 双温度方程与流体力学方程组198

5.1.4 飞秒激光加工金属孔201

5.1.5 飞秒激光金属表面改性202

5.2 飞秒激光与透明介质相互作用204

5.2.1 飞秒激光与透明介质相互作用的理论模型204

5.2.2 飞秒激光直写波导207

5.2.3 飞秒激光直写微流体管道208

5.2.4 飞秒激光全息法制造三维微纳结构211

5.2.5 飞秒激光表面织构技术213

5.2.6 飞秒激光与半导体相互作用中的非热熔化216

5.3 飞秒激光与有机物相互作用218

5.3.1 紫外激光烧蚀有机物的原理218

5.3.2 真空紫外激光烧蚀有机物的原理221

5.3.3 近红外激光烧蚀有机物面临的困难223

5.3.4 中红外激光共振烧蚀有机物的理论和实验研究224

5.3.5 激光推进轻型飞行器228

5.4 多脉冲效应229

5.4.1 多脉冲的理论229

5.4.2 高重复频率飞秒脉冲在直写波导领域中的应用230

5.4.3 高重复频率飞秒脉冲在激光微焊接领域中的应用231

5.5 氛围的影响232

5.5.1 水的击穿与超临界水的产生232

5.5.2 冲击波法纳米化233

5.5.3 超临界状态的产生及其应用234

参考文献236

第6章 基于飞秒激光的精密测距技术239

6.1 激光测距概述239

6.1.1 脉冲飞行时间距离测量240

6.1.2 基于光波干涉的距离测量240

6.1.3 激光测距的定标问题241

6.1.4 现有的高精度、大量程的激光绝对距离测量方案比较241

6.2 飞秒激光测距原理242

6.2.1 飞秒激光的时间－频率特性242

6.2.2 飞秒激光的飞行时间测距理论245

6.2.3 飞秒激光的飞行时间与光波干涉相结合的测距理论248

6.2.4 基于飞秒激光的啁啾脉冲激光雷达253

6.3 基于飞秒激光的任意长度绝对距离测量技术255

6.3.1 基于飞秒激光的微尺度、高精度位移测量257

6.3.2 千米尺度、纳米分辨率的飞秒激光飞行时间绝对距离测量260

6.3.3 基于双飞秒激光频率梳的高速、高分辨率绝对距离测量264

6.4 飞秒激光任意长度绝对距离测量在卫星编队飞行中的应用266

6.4.1 基于卫星编队飞行的合成孔径空间探测器267

6.4.2 基于光学干涉仪的引力波探测器268

参考文献270

第7章 基于飞秒激光的生物光子学273

7.1 基于飞秒激光技术的生物成像273

7.1.1 非线性成像理论273

7.1.2 多光子荧光成像280

7.1.3 谐波成像284

7.1.4 相干反斯托克斯拉曼散射成像286

7.1.5 受激辐射耗尽超分辨率显微成像290

7.2 飞秒激光光镊及转基因技术293

7.2.1 飞秒激光光镊294

7.2.2 飞秒激光转基因298

7.2.3 飞秒激光转基因在基因工程上的应用303

7.3 飞秒激光细胞手术及分子调控305

7.3.1 飞秒激光对细胞的精确手术305

7.3.2 飞秒激光对于神经的精确手术以及神经再生308

7.3.3 飞秒激光对细胞内钙离子的调控309

7.3.4 飞秒激光对于细胞内活性氧自由基簇的调控318

7.4 飞秒激光细胞融合及组织修复322

7.4.1 飞秒激光对细胞的融合322

7.4.2 飞秒激光外科手术324

7.4.3 基于飞秒激光的光动力治疗329

参考文献330