光纤超连续谱激光是一种新型的光纤激光光源，具有光谱宽、亮度高和空间相干性好的特点，在光谱检测、生物医学和国防领域都有重要的应用前景。本书以中红外光纤超连续谱激光最新科研成果为题材，系统介绍了中红外光纤超连续谱激光的基础理论、关键技术与发展现状，主要内容包括超连续谱激光简介、中红外光纤的性质及处理技术、光纤中超连续谱产生的原理、基于锗氧化物和碲酸盐光纤的超连续谱产生、基于非掺杂ZBLAN光纤的中红外超连续谱产生、基于掺杂ZBLAN光纤的中红外超连续谱产生、基于非掺杂InF3光纤的中红外超连续谱产生、基于硫系玻璃光纤的中红外超连续谱产生、中红外光纤超连续谱激光的应用等。
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前言
第1章 绪论 1
1.1 超连续谱激光简介 1
1.2 超连续谱激光的发展历史 2
1.3 超连续谱激光的发展现状和趋势 5
参考文献 7
第2章 中红外光纤的性质及处理技术 11
2.1 软玻璃光纤性质 11
2.1.1 光学特性 11
2.1.2 热学特性 20
2.1.3 力学特性 22
2.1.4 溶解度 22
2.1.5 常见光纤性质比较 23
2.2 石英光纤处理技术 24
2.2.1 石英光纤切割 25
2.2.2 石英光纤熔接 25
2.2.3 石英光纤端帽制备 26
2.2.4 石英光纤拉锥 27
2.3 软玻璃光纤处理技术 28
2.3.1 软玻璃光纤切割 29
2.3.2 软玻璃光纤熔接 29
2.3.3 软玻璃光纤端帽制备 32
2.3.4 软玻璃光纤端面镀膜与微结构制备 33
2.3.5 软玻璃光纤熔融拉锥 36
参考文献 36
第3章 光纤中超连续谱产生的原理 41
3.1 脉冲在光纤中的传输 41
3.1.1 时域GNLSE及其解法 41
3.1.2 频域GNLSE及噪声模型 47
3.1.3 带增益的GNLSE 51
3.2 光纤中的非线性效应 55
3.2.1 自相位调制和交叉相位调制 55
3.2.2 四波混频和调制不稳定性 57
3.2.3 受激拉曼散射与孤子自频移 59
3.2.4 光孤子与色散波 61
3.3 光纤参数对非线性系数的影响 64
3.3.1 光纤参数对基模非线性系数的影响 64
3.3.2 非线性系数对超连续谱产生过程的影响 65
3.4 光纤色散对超连续谱产生的影响 68
3.4.1 光纤参数对色散的影响 68
3.4.2 在不同色散区泵浦对超连续谱产生过程的影响 76
3.5 超连续谱产生的主要机理 80
3.5.1 飞秒脉冲泵浦产生超连续谱 80
3.5.2 长脉冲泵浦产生超连续谱 81
3.6 光纤中超连续谱产生 82
3.6.1 无源光纤中超连续谱产生 83
3.6.2 有源光纤中超连续谱产生 87
3.6.3 级联光纤中超连续谱产生 91
3.6.4 渐变折射率多模光纤中超连续谱产生 95
参考文献 96
第4章 基于锗氧化物和碲酸盐光纤的超连续谱产生 104
4.1 基于氧化锗玻璃光纤的超连续谱产生 104
4.1.1 1.5μm波段泵浦氧化锗光纤实现超连续谱激光 105
4.1.2 2μm波段泵浦氧化锗光纤实现超连续谱激光 109
4.1.3 2～2.5μm波段泵浦氧化锗光纤实现超连续谱激光 113
4.2 基于碲酸盐玻璃光纤的超连续谱产生 117
参考文献 123
第5章 基于非掺杂ZBLAN光纤的中红外超连续谱产生 126
5.1 概述 126
5.2 基于1.5μm泵浦源的中红外超连续谱产生 128
5.3 基于2μm泵浦源的中红外超连续谱产生 130
5.4 基于2～2.5μm孤子群脉冲的中红外超连续谱产生 138
5.4.1 大模面积TDFA泵浦的瓦量级中红外超连续谱激光 139
5.4.2 大模面积TDFA泵浦的十瓦量级中红外超连续谱激光 142
5.4.3 单模TDFA泵浦的高功率中红外超连续谱激光 144
参考文献 148
第6章 基于掺杂ZBLAN光纤的中红外超连续谱产生 150
6.1 概述 150
6.1.1 3～5μm波段常见增益离子发射谱特性 150
6.1.2 Er3+在ZBLAN光纤中的激光特性 151
6.1.3 Ho3+在ZBLAN光纤中的激光特性 154
6.1.4 Dy3+在ZBLAN光纤中的激光特性 155
6.1.5 基于掺杂ZBLAN光纤的中红外超连续谱光源的基本结构 155
6.2 基于掺铒ZBLAN光纤放大器的中红外超连续谱激光 156
6.3 基于掺钬ZBLAN光纤放大器的中红外超连续谱激光 167
参考文献 171
第7章 基于非掺杂InF3光纤的中红外超连续谱产生 175
7.1 概述 175
7.1.1 InF3光纤的色散特性 175
7.1.2 InF3光纤的非线性特性 176
7.1.3 基于InF3光纤的中红外超连续谱光源研究现状 178
7.2 2μm波段泵浦InF3光纤实现中红外超连续谱激光 180
7.3 2～2.5μm波段泵浦InF3光纤实现中红外超连续谱激光 187
7.4 3μm波段泵浦InF3光纤实现中红外超连续谱激光 195
参考文献 197
第8章 基于硫系玻璃光纤的中红外超连续谱产生 199
8.1 中红外固体激光器泵浦硫系玻璃光纤 199
8.2 中红外光纤激光器泵浦硫系玻璃光纤 203
8.3 级联软玻璃光纤 206
8.3.1 ZBLAN光纤级联As2S3光纤 207
8.3.2 ZBLAN光纤级联As2Se3/GeAsSe光纤 209
8.3.3 InF3光纤级联As2Se3光纤 213
8.3.4 ZBLAN光纤级联As2S3光纤再级联As2Se3光纤 217
参考文献 219
第9章 中红外光纤超连续谱激光的应用 223
9.1 中红外光学相干层析成像 223
9.2 中红外光谱学 224
9.2.1 环境监测和食品安全 224
9.2.2 分子指纹谱识别 227
9.3 生物医学及显微成像 229
9.4 国防应用 233
参考文献 234
附录一 书中用到的缩写 237
附录二 各种光纤材料的Sellmeier系数 239
附录三 不同光纤材料的拉曼响应函数 240
参考文献 241
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