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第1章　绪论1

1.1　引言1

1.2　双包层光纤激光器、放大器概述2

1.2.1　普通光纤和双包层光纤的比较2

1.2.2　包层泵浦技术2

1.2.3　双包层光纤激光器、放大器的结构3

1.2.4　双包层光纤激光器、放大器的突出优点4

1.3　激光组束的概念和分类5

1.4　双包层光纤激光器、放大器研究的最新进展6

1.5　光纤激光组束的进展8

1.5.1　相干组束8

1.5.2　非相干组束11

1.6　光纤激光技术发展前景分析12

1.6.1　国内光纤激光技术发展的主要瓶颈12

1.6.2　光纤激光技术发展前景分析12

参考文献14

第2章　光在光纤中的传输19

2.1　光在普通光纤中的传输19

2.1.1　普通光纤的基本结构19

2.1.2　光线传播的方法20

2.1.3　光纤的弯曲22

2.1.4　光纤端面的倾斜效应23

2.2　光波导的一般理论24

2.2.1　麦克斯韦方程组24

2.2.2　波动方程25

2.2.3　模式27

2.2.4　模式场的纵、横向分量29

2.3　光在光纤中传播的波动理论31

2.3.1　矢量模31

2.3.2　线偏振模与标量法34

2.3.3　阶跃光纤35

2.3.4　均匀折射率单模光纤的分析44

2.3.5　光纤的损耗51

2.4　光在双包层光纤中的传播54

2.4.1　双包层光纤的基本特性54

2.4.2　双包层光纤中泵浦光的传输55

2.4.3　双包层光纤的吸收效率及其特性56

参考文献62

第3章　光纤激光的基本理论63

3.1　光的受激辐射基本概念63

3.1.1　黑体辐射的普朗克公式63

3.1.2　光的发射和吸收64

3.2　激光产生的条件68

3.2.1　粒子数反转和光放大68

3.2.2　光的自激振荡和阈值条件70

3.3　原子的能级结构71

3.3.1　三能级系统71

3.3.2　四能级系统72

3.4　速率方程73

3.4.1　四能级系统速率方程73

3.4.2　三能级系统速率方程75

3.5　激光的特性76

3.5.1　激光的空间相干性和方向性78

3.5.2　时间相干性和单色性79

3.5.3　激光的高亮度80

参考文献81

第4章　光纤激光器的谐振腔理论82

4.1　光纤激光腔理论的一般问题82

4.1.1　谐振腔的分类82

4.1.2　模的概念、腔与模的一般联系84

4.1.3　光腔的损耗86

4.2　共轴球面腔的稳定性条件91

4.2.1　腔内光线往返传播的矩阵表示91

4.2.2　共轴球面腔的稳定性条件94

4.3　开腔模式的物理概念和衍射理论分析方法97

4.3.1　横模的一般物理概念98

4.3.2　孔阑传输线99

4.3.3　菲涅尔-基尔霍夫衍射积分100

4.3.4　自再现模所应满足的积分方程式102

4.3.5　复常数γ的意义103

4.3.6　分离变量法104

4.4　平行平面腔模的迭代解法107

4.5　圆形镜共焦腔110

4.6　一般稳定球面腔的模式特征114

参考文献120

第5章　光纤激光器结构及组成121

5.1　泵浦源121

5.1.1　泵浦源的选择121

5.1.2　泵浦方式123

5.2　谐振腔结构125

5.2.1　线形腔126

5.2.2　环形腔129

5.2.3　其他腔型结构132

5.3　增益介质139

5.3.1　增益介质的类型以及掺杂浓度140

5.3.2　增益介质的长度141

5.4　掺杂光纤特性145

5.4.1　掺铒光纤145

5.4.2　铒／镱共掺光纤147

5.4.3　其他掺稀土元素光纤150

5.5　双包层光纤激光器152

5.5.1　双包层光纤的结构与特点153

5.5.2　双包层光纤激光器的原理与特点155

5.6　双包层光纤激光器的分类157

5.6.1　线形腔单端泵浦双包层光纤激光器158

5.6.2　线形腔双端泵浦双包层光纤激光器159

5.6.3　全光纤环形腔双包层光纤激光器160

5.6.4　包层泵浦调Q光纤激光器161

5.7　双包层光纤激光器的泵浦耦合技术161

5.7.1　端面泵浦162

5.7.2　侧面泵浦163

5.7.3　各种侧面泵浦耦合技术讨论168

5.7.4　其他泵浦方式169

5.8　影响光纤激光器性能的因素170

参考文献176

第6章　稀土掺杂双包层光纤激光器的特性179

6.1　F-P腔双包层铒／镱共掺光纤激光器179

6.1.1　铒／镱共掺石英晶系的能级跃迁179

6.1.2　双包层铒／镱共掺光纤激光器的理论模型180

6.1.3　双包层铒／镱共掺光纤激光器的稳态特性186

6.1.4　双包层铒／镱共掺光纤激光器的动态特性193

6.1.5　双包层铒／镱共掺光纤激光器上能级粒子数的空间分布195

6.2　铒／镱共掺抑制能量上转换199

6.2.1　掺铒光纤激光器的能量上转换199

6.2.2　铒／镱共掺抑制能量上转换201

6.3　掺铒光纤激光器的自脉动及抑制204

6.3.1　自脉动的成因分析204

6.3.2　抑制自脉动模型204

6.3.3　抑制自脉动的效果206

6.4　铒／镱共掺抑制自脉动的分析207

6.4.1　理论模型207

6.4.2　抑制自脉动的效果209

6.5　双包层铒／镱共掺光纤激光器实验209

6.5.1　实验器材及装置210

6.5.2　实验装置211

6.5.3　实验结果及分析212

6.6　环形腔双包层掺铥光纤激光器的理论模型216

6.6.1　Tm3＋的能级跃迁及速率方程216

6.6.2　改进的环形腔结构217

6.7　再吸收对激光功率影响217

6.8　对掺铥光纤激光器模型的改进220

6.9　环形腔双包层掺铥光纤激光器的特性222

6.9.1　光纤参数222

6.9.2　双包层掺铥光纤激光器的稳态特性222

6.9.3　双包层掺铥光纤激光器的动态特性225

参考文献228

第7章　稀土掺杂光纤放大器的放大特性232

7.1　双包层铒／镱共掺光纤放大器的放大特性232

7.1.1　相关参数232

7.1.2　功率输运方程234

7.1.3　大信号的放大特性235

7.1.4　小信号的放大特性237

7.1.5　放大的自发辐射特性241

7.2　双包层铒／镱共掺光纤放大器粒子数特性245

7.2.1　关于重叠因子模型Γ的讨论245

7.2.2　速率方程和光传输方程246

7.2.3　上能级粒子数的分布特性248

7.3　双包层铒／镱共掺光纤放大器的动态响应251

7.3.1　信号源故障引起的瞬态响应251

7.3.2　泵浦源故障引起的瞬态响应258

7.4　铒／铥共掺光纤放大器261

7.4.1　铒／铥共掺介质的宽带辐射机理261

7.4.2　理论模型262

7.4.3　理论分析264

参考文献267

第8章　光纤激光的空间传输特性269

8.1　高斯光束的基本性质及其特征参数269

8.1.1　基模高斯光束269

8.1.2　基模高斯光束在自由空间的传输规律270

8.1.3　基模高斯光束的特征参数271

8.1.4　高阶高斯光束272

8.2　高斯光束q参数的变换规律274

8.2.1　普通球面波的传播规律274

8.2.2　高斯光束q参数的变换规律——ABCD公式275

8.2.3　用q参数分析高斯光束的传输问题277

8.3　高斯光束的聚焦和准直280

8.3.1　高斯光束的聚焦280

8.3.2　高斯光束的准直283

8.4　分区变折射率空间高斯光束的传播286

8.4.1　光学哈密顿公式286

8.4.2　傍轴近似光学289

8.4.3　实例296

8.5　光线跟踪方法298

参考文献300

第9章　光纤激光的非相干组束302

9.1　多模光纤受激布里渊散射的非相干组束302

9.1.1　多模光纤SBS的理论模型302

9.1.2　多模光纤SBS的效果304

9.1.3　多模光纤SBS的非相干组束308

9.1.4　多模光纤SBS非相干组束的机理309

9.1.5　组束模型311

9.2　体Bragg光栅的频谱组束314

9.2.1　体Bragg光栅314

9.2.2　透射体Bragg光栅频谱组束的设计317

9.2.3　透射体.Bragg光栅频谱组束的理论分析319

9.2.4　反射体Bragg光栅的频谱组束322

9.2.5　反射体Bragg光栅的衍射潜力分析323

9.3　透射体Bragg光栅频谱组束的实验328

9.3.1　实验器材及装置328

9.3.2　实验329

9.3.3　实验结果分析332

9.4　外腔光纤激光器阵列频谱的组束332

9.4.1　组束原理333

9.4.2　理论模型333

9.4.3　理论分析339

9.5　外腔两束光纤激光频谱组束的实验341

9.5.1　实验系统341

9.5.2　实验结果与分析342

参考文献346