中红外波段光学材料与技术在国防、医疗等领域具有重要的应用价值。本书以最为实用的工业技术以及最为前沿的科研成果为题材，系统总结了中红外光源、材料及与之相关的各种应用技术。主要内容包括中红外激光传输光纤、红外光学薄膜、波导、单晶与陶瓷、半导体发光材料、红外窗口材料、金刚石膜与类金刚石膜红外光学应用、2.0mm波段激光器、3～5mm波段中红外激光器以及中红外可饱和吸收体脉冲激光器。全书内容丰富、题材翔实、涵盖面广、分析透彻。
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“先进光电子科学与技术丛书”序
前言
第1章 绪论 1
1.1 中红外技术简介 1
1.1.1 中红外波段的特性 1
1.1.2 中红外技术的发展 5
1.2 中红外光学材料 6
1.2.1 固体发光材料 6
1.2.2 光纤材料 8
1.2.3 窗口和薄膜材料 8
1.2.4 波导材料 9
1.2.5 陶瓷和金刚石膜 9
1.3 中红外应用技术 10
1.3.1 中红外气体检测技术 10
1.3.2 生物医疗技术 11
1.3.3 中红外探测技术 12
1.3.4 中红外激光光源技术 12
参考文献 14
第2章 中红外激光传输光纤 19
2.1 概述 19
2.2 光纤的种类 19
2.2.1 石英光纤 19
2.2.2 非石英光纤 24
2.3 光纤的制造 26
2.3.1 材料提纯 26
2.3.2 光纤预制棒 27
2.3.3 光纤的拉制工艺 35
2.4 激光在光纤中的传输 37
2.4.1 传输方程 37
2.4.2 非线性效应 38
2.4.3 色散效应 43
2.4.4 传输损耗 46
2.5 光纤的应用 48
2.5.1 光纤器件 48
2.5.2 光纤通信 54
2.5.3 光纤传感 55
2.5.4 超连续谱光源 56
参考文献 57
第3章 红外光学薄膜 61
3.1 薄膜光学与光学薄膜 61
3.1.1 薄膜光学概论 63
3.1.2 光学薄膜的功能 75
3.1.3 光学薄膜的制备 80
3.2 中红外光学薄膜材料 85
3.2.1 氟化物 86
3.2.2 硫系材料 86
3.2.3 硅系材料 87
3.2.4 锗系材料 88
3.2.5 其他材料 88
3.3 红外薄膜材料的发展趋势 90
3.3.1 中红外激光薄膜 90
3.3.2 硬质碳基膜 91
3.3.3 红外隐身膜 92
参考文献 93
第4章 波导 95
4.1 概述 95
4.2 波导制备及测试技术 96
4.2.1 光波导简介 96
4.2.2 波导制备技术及工艺 99
4.2.3 波导测试技术 102
4.3 硅基波导 105
4.3.1 绝缘衬底上硅 106
4.3.2 蓝宝石上硅 110
4.3.3 氮化硅上硅 112
4.3.4 铌酸锂上硅 114
4.4 锗和硅锗波导 116
4.4.1 硅上的锗 116
4.4.2 绝缘衬底上锗 118
4.4.3 氮化硅上锗 120
4.4.4 硅锗合金 121
4.5 其他波导材料 123
4.5.1 硫系玻璃 123
4.5.2 氮化硅和氮化铝 126
4.5.3 砷化镓 130
4.5.4 铌酸锂 132
4.5.5 锗锡合金 133
4.6 中红外波导的应用与发展趋势 134
参考文献 135
第5章 单晶与陶瓷 140
5.1 概述 140
5.1.1 透明与半透明 140
5.1.2 透明材料 140
5.1.3 陶瓷材料透明度表征 142
5.1.4 固态激光简史 145
5.2 单晶制备工艺及性能表征 147
5.2.1 单晶材料简述 147
5.2.2 单晶体制备工艺及性能 148
5.3 透明陶瓷工艺过程及性能表征 154
5.3.1 透明陶瓷概述 154
5.3.2 透明陶瓷材料分类 156
5.3.3 透明陶瓷烧结技术 170
5.3.4 透明陶瓷工艺过程若干影响因素 176
5.4 结论及展望 192
参考文献 192
第6章 半导体发光材料 213
6.1 概述 213
6.1.1 中红外半导体发光材料和器件发展简介 213
6.1.2 半导体材料的发光机理 215
6.2 锑化物 217
6.2.1 锑化铟 217
6.2.2 锑化镓 221
6.2.3 砷化铟 224
6.2.4 铟砷锑 226
6.2.5 铟镓砷锑 230
6.2.6 铝镓砷锑 234
6.2.7 铟镓砷磷 235
6.2.8 铟砷磷锑 238
6.2.9 铟镓砷 239
6.2.10 铟铝镓砷 240
6.3 铅化物 241
6.3.1 硫化铅 241
6.3.2 硒化铅 243
6.4 其他新材料 246
6.4.1 硅烯 246
6.4.2 黑磷 248
6.5 中红外半导体发光器件制备技术及应用 251
6.5.1 半导体发光器件制备技术 251
6.5.2 半导体发光材料和器件的应用 255
参考文献 257
第7章 红外窗口材料 269
7.1 红外窗口材料概述 269
7.2 锗和硅 270
7.3 蓝宝石和多晶氧化铝 275
7.4 硫化锌和硒化锌 283
7.5 氟化镁和氟化钙 287
7.6 尖晶石和氮氧化铝 290
7.7 砷化镓和磷化镓 296
7.8 氧化钇和YAG晶体 298
7.9 红外光学玻璃 303
7.9.1 氧化物玻璃 303
7.9.2 硫系玻璃 307
7.10 其他红外窗口材料 311
参考文献 312
第8章 金刚石膜与类金刚石膜红外光学应用 321
8.1 金刚石膜的物理结构和性能 321
8.2 金刚石膜的制备 322
8.2.1 热丝化学气相沉积法 323
8.2.2 直流电弧等离子体喷射化学气相沉积制备 324
8.2.3 微波等离子体化学气相沉积制备 325
8.3 金刚石膜的表征 327
8.3.1 拉曼谱 327
8.3.2 X射线衍射 328
8.3.3 硬度测试 329
8.3.4 扫描电镜 329
8.4 金刚石膜在光学、红外光学领域的应用 330
8.5 金刚石膜打磨技术 334
8.6 纳米和超纳米金刚石膜 335
8.7 类金刚石膜的物理结构和特性 338
8.8 类金刚石膜的制备方法 339
8.8.1 射频辉光放电等离子体化学气相沉积 340
8.8.2 磁控溅射制备法 340
8.8.3 磁控过滤阴极电弧沉积制备方法 341
8.8.4 脉冲激光沉积类金刚石膜 342
8.9 类金刚石膜的成膜机理 343
8.10 类金刚石膜的黏附力和稳定性问题 346
8.11 类金刚石膜的表征 348
8.11.1 拉曼谱 348
8.11.2 X射线光电子谱 350
8.11.3 扫描电镜和原子力显微镜 350
8.12 类金刚石膜的可见光、红外光学领域的应用 351
8.12.1 红外窗口探测器增透和保护膜应用 352
8.12.2 太阳能电池增透和保护膜应用 354
8.13 类金刚石膜红外减反膜的抗摩擦和抗侵蚀性 356
参考文献 357
第9章 2.0 μm波段激光器 368
9.1 掺铥激光器 370
9.1.1 铥离子能级结构及泵浦方式 370
9.1.2 掺铥固体激光器 373
9.1.3 掺铥光纤激光器 381
9.2 掺钬激光器 389
9.2.1 钬离子能级结构及泵浦方式 389
9.2.2 掺钬固体激光器 390
9.2.3 掺钬光纤激光器 397
9.3 增益调制2.0 μm激光器 407
9.3.1 增益调制激光器基本原理 408
9.3.2 增益调制2.0 μm半导体激光器 409
9.3.3 基于增益开关技术的2.0 μm半导体激光器 412
9.3.4 增益调制的2.0 μm光纤激光器 416
9.4 高功率2.0 μm波段激光器 425
9.4.1 高功率2.0 μm波段激光器概述 425
9.4.2 高功率连续波2.0 μm波段激光器 427
9.4.3 高功率纳秒脉冲2.0 μm波段激光器 433
9.4.4 高功率皮秒脉冲2.0 μm波段激光器 438
9.4.5 高功率飞秒脉冲2.0 μm波段激光器 444
9.5 基于铥钬激光的波长扩展 450
9.5.1 铥激光泵浦拉曼激光器 451
9.5.2 铥激光泵浦超连续谱光源 458
9.6 2.0 μm光纤超荧光光源 471
9.6.1 掺铥ASE光源 473
9.6.2 掺钬超荧光光源 476
9.7 2.0 μm波段激光器的应用 481
9.7.1 2.0 μm波段激光在医疗方面的应用 482
9.7.2 2.0 μm波段激光在工业方面的应用 488
9.7.3 2.0 μm波段激光在其他方面的应用 490
参考文献 492
第10章 3～5 μm波段中红外激光器 507
10.1 概述 507
10.1.1 中红外激光器发展简史和现状 507
10.1.2 中红外激光器的基本类别 509
10.1.3 中红外激光器的相关测量技术 511
10.2 连续中红外激光器 512
10.2.1 不同波长中红外激光的实现方法 512
10.2.2 中红外激光器的光谱管理技术 524
10.2.3 中红外激光器的功率提升技术 530
10.3 脉冲中红外激光器 541
10.3.1 微秒、纳秒长脉冲中红外激光器 541
10.3.2 皮秒、飞秒超短脉冲中红外激光器 546
10.4 中红外激光器波长变换技术 555
10.4.1 中红外泵浦转换技术 555
10.4.2 非线性参量转换技术 558
10.4.3 受激拉曼频移技术 565
10.4.4 中红外频率梳技术 568
10.4.5 中红外超连续谱技术 575
10.5 中红外激光器应用 577
10.5.1 工业、医疗等领域 577
10.5.2 前沿技术领域 579
参考文献 581
第11章 中红外可饱和吸收体脉冲激光器 589
11.1 中红外脉冲光纤激光器概述 589
11.2 中红外可饱和吸收体的种类与制备方法 590
11.2.1 一维材料可饱和吸收体 590
11.2.2 二维材料可饱和吸收体 593
11.2.3 其他可饱和吸收体 600
11.3 中红外可饱和吸收体表征方法 602
11.3.1 材料常用表征方法 602
11.3.2 非线性光学特性表征 608
11.4 中红外可饱和吸收体调Q技术 614
11.4.1 激光脉冲的产生 614
11.4.2 可饱和吸收体调Q原理及特性分析 615
11.4.3 中红外可饱和吸收体调Q激光器 622
11.5 中红外可饱和吸收锁模技术 630
11.5.1 可饱和吸收体锁模基本原理 631
11.5.2 中红外可饱和吸收体锁模激光器 635
参考文献 638
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