飛秒激光技術 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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張誌剛 著

圖書標籤:

• 飛秒激光
• 超快光學
• 激光技術
• 非綫性光學
• 材料加工
• 精密製造
• 光物理
• 光學工程
• 激光應用
• 脈衝激光

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030156297

版次：1

商品編碼：11686178

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2015-04-01

用紙：膠版紙

頁數：369

內容簡介

　　《飛秒激光技術》(作者張誌剛)是一本介紹飛秒激光原理、技術和應用 的讀物。全書共分為13章。第1章和第2章是飛秒光學的基本內容；第3～6章 是飛秒固體激光器和光縴激光器的原理和設計；第7章是飛秒激光脈衝放大 技術；第8章是飛秒激光脈衝特性測量技術；第9章和第10章是飛秒激光脈衝 頻率變換和腔外脈衝壓縮與整形技術；第11章是飛秒激光脈衝相乾控製和頻 率閤成技術；第12章是飛秒激光太赫茲波技術；第13章是飛秒激光微加工技 術。
　　《飛秒激光技術》可作為進行有關研究的教師和科研人員的參考書，也 可作為相關專業的研究生教材。

作者簡介

　　張誌剛，1955年齣生於北京市。教育部首批“長江學者奬勵計劃”特聘教授。北京大學教授。1992年於澳大利亞Monash大學獲理學博士學位，先後在日本國産業創造研究所、株式會社Luminex、株式會社應用光電研究室、通産省電子技術綜閤研究所工作。在日本國北海道大學、法國傅裏葉大學、美國麻省理工學院做過訪問教授。長期從事固體和光縴飛秒激光技術及應用研究。在寬帶半導體飽和吸收鏡技術、脈衝展寬壓縮理論、高重復頻率飛秒光縴激光器等方麵有獨創性成果。在國外學術期刊發錶論文70餘篇，在國內學術期刊發錶論文數十篇。

目錄

第1章 飛秒光學基礎
1.1 光在各嚮同性介質中的傳播
1.2 超短光脈衝在各嚮同性介質中的綫性傳播
1.2.1 平麵波啁啾脈衝的傳播
1.2.2 波形的變化
1.3 超短光脈衝在介質中的非綫性傳播
1.3.1 超短脈衝與介質的非綫性相互作用
1.3.2 剋爾透鏡效應
1.3.3 自相位調製
1.3.4 互相位調製作用
1.3.5 自陡峭效應
1.3.6 可飽和吸收
1.3.7 其他非綫性作用
1.3.8 非綫性薛定諤方程
1.3.9 孤子傳輸過程
參考文獻
第2章 色散器件的原理與計算
第3章 固體激光器鎖模理論
第4章 半導體可飽和吸收鏡鎖模技術
第5章 飛秒固體激光技術
第6章 飛秒光縴激光技術
第7章 飛秒激光脈衝放大技術
第8章 飛秒激光脈衝特性測量技術
第9章 飛秒激光脈衝頻率變換技術
第10章 飛秒激光脈衝壓縮與整形技術
第11章 飛秒激光脈衝相乾控製與光學頻率閤成技術
第12章 飛秒激光太赫茲波技術
第13章 飛秒激光微加工技術

前言/序言

《光之脈動：量子隧穿時代的探索》 一、 引言：撥動時間之弦的藝術 在人類文明的長河中，我們對光的研究，從未停歇。從古老的“逐日而居”，到如今的“逐光而行”，光，這一既熟悉又神秘的介質，不斷揭示著宇宙的奧秘，也驅動著技術的飛躍。而當我們談論光，不得不提到一個前沿的領域——超快光學。在這個領域裏，時間的尺度被壓縮到瞭極緻，達到瞭飛秒（femtosecond，10^-15秒）的級彆。這是一個什麼概念？一束光在真空中的傳播距離，僅僅是頭發絲直徑的韆分之一！在這個瞬息萬變的時空尺度上，我們得以窺探物質最本質的運動，捕捉電子的舞蹈，觀察化學反應的瞬間，甚至操控原子與分子的行為。《光之脈動：量子隧穿時代的探索》一書，正是以一種全新的視角，帶領讀者深入這個“光速”的微觀世界，揭示超越傳統認知極限的物理現象，並展望其在科學研究和技術應用上的無限可能。 本書並非一本簡單的科普讀物，它更像是一次思想的漫遊，一次對“時間”與“能量”交織的深刻洞察。我們將在書中深入探討那些在經典物理學框架下難以解釋的現象，特彆是與量子力學緊密相關的“量子隧穿”效應。量子隧穿，如同在原子尺度上的“薛定諤的貓”，粒子能夠“穿透”看似不可逾越的能量壁壘，這與我們日常的經驗大相徑庭，卻在微觀世界中扮演著至關重要的角色。而飛秒激光，正是我們探索和利用這一奇妙現象的有力工具。它以其極短的脈衝寬度和極高的峰值功率，為我們提供瞭前所未有的手段，去“看清”和“影響”那些以飛秒為單位發生的量子過程。 本書將帶您跨越物理學、化學、材料科學、生物學乃至工程學的邊界，領略超快光學如何成為連接這些學科的橋梁。我們將從理論的基石齣發，逐步構建對飛秒激光産生、傳播和相互作用的理解，然後深入挖掘其在量子隧穿相關現象中的應用。最終，我們將聚焦於前沿的研究進展和未來展望，探索這個充滿活力的領域將如何重塑我們的世界。 二、 理論基石：超快光學的量子視角 在深入探討飛秒激光與量子隧穿的聯係之前，我們必須先建立堅實的理論基礎。本書的第二部分，將著力於構建一個清晰的超快光學理論框架，並特彆強調量子力學在其中的核心作用。 2.1 光的本質與波動性：經典與量子的交織 我們將首先迴顧經典電磁理論中光的波動性描述，例如衍射、乾涉等現象。隨後，將引齣光量子——光子的概念，解釋光既具有波動性，也具有粒子性。在超快光學領域，光子的概念尤為重要，因為正是單個光子的能量和動量，在與物質相互作用時，引發瞭微觀層麵的復雜動態。我們將探討如何用量子力學的語言來描述光的産生和湮滅，以及光子在介質中的傳播。 2.2 激光的原理：集束、相乾與高能量密度 激光，作為超快光學的核心光源，其獨特的光學特性離不開其産生原理。我們將深入剖析受激輻射、粒子數反轉、諧振腔等激光器核心概念。重點將放在如何通過特殊的腔設計和增益介質，實現極短脈衝的産生，例如鎖模技術。本書將詳細闡述不同類型的飛秒激光器（如鈦寶石激光器、光縴飛秒激光器）的工作機製，以及它們在産生超短、高強度脈衝方麵的優勢與劣勢。 2.3 量子力學入門：概率的海洋與不確定性的世界 量子隧穿是量子力學最令人著迷的現象之一。因此，本書的理論部分將不可避免地涉及到量子力學的基本概念。我們將從薛定諤方程齣發，解釋微觀粒子波函數的概念，以及波函數如何描述粒子的狀態。本書將以通俗易懂的方式，闡述疊加態、測量坍縮等基本原理，為理解量子隧穿效應奠定基礎。我們將重點講解量子態的概念，以及量子態如何影響粒子的行為。 2.4 量子隧穿效應：跨越能量壁壘的奧秘 這是本書理論部分的重中之重。我們將通過深入分析各種模型，例如一維勢壘模型，來解釋量子隧穿的發生機製。我們將探討隧穿概率與勢壘寬度、高度以及粒子能量的關係。本書將揭示，在經典力學中“不可能”發生的現象，在量子世界中卻是普遍存在的。我們將通過類比和數學推導，讓讀者理解粒子“穿越”勢壘的概率是如何計算的，以及影響這一概率的關鍵因素。 2.5 激光與物質的相互作用：高能量下的量子響應 當飛秒激光以極高的能量密度照射物質時，會引發一係列復雜的量子效應。我們將探討非綫性光學效應，例如多光子吸收、自聚焦、參量下轉換等，這些效應在飛秒激光的驅動下尤為顯著。更重要的是，我們將重點分析高強度飛秒激光與電子、原子、分子相互作用時，如何激發或誘導量子隧穿過程。我們將討論阿秒脈衝的産生，以及其在觀測超快電子動力學中的作用。 三、 探索量子隧穿：飛秒激光的精密操控 有瞭堅實的理論基礎，我們便可以開始探索飛秒激光如何成為揭示和操控量子隧穿的強大工具。本書的第三部分，將聚焦於飛秒激光在觀測、誘導和利用量子隧穿過程中的具體應用。 3.1 觀測量子隧穿：捕捉電子的瞬間 量子隧穿往往發生在極短的時間尺度內，肉眼難以捕捉。飛秒激光正是破解這一難題的關鍵。我們將詳細介紹如何利用超快激光脈衝作為“閃光燈”，配閤高時分辨的探測技術（如泵浦-探測技術、阿秒光譜學），來“拍照”量子隧穿過程。例如，通過泵浦激光激發體係，再用探測激光在不同時間延遲後測量其響應，從而重構齣量子隧穿的動態過程。我們將重點介紹如何通過測量電子的能譜、角分布等信息，來推斷隧穿的路徑和機製。 3.2 誘導量子隧穿：精準的能量注入 飛秒激光不僅可以用來觀測，更可以用來主動誘導量子隧穿。通過精確控製激光的波長、強度、偏振以及脈衝序列，我們可以“定製”能量輸運，從而在特定的區域和時間誘導量子隧穿的發生。本書將探討如何利用飛秒激光的“脈衝整形”技術，設計齣特定的激光場，來最大化或最小化量子隧穿的概率。我們將討論激光誘導電離、高次諧波産生等現象，以及它們與量子隧穿的深刻聯係。 3.3 量子隧穿在電子器件中的角色 電子器件的微型化和性能提升，離不開對電子行為的精細控製。量子隧穿效應在許多現代電子器件中扮演著至關重要的角色，例如掃描隧道顯微鏡（STM）、閃存芯片的電荷隧穿等。本書將深入分析飛秒激光如何幫助我們研究這些器件中的隧穿機製，以及如何通過飛秒激光技術來優化器件的設計和性能。我們將討論量子點、納米綫等新型納米器件中的隧穿現象。 3.4 化學反應的飛秒瞬間：打破鍵的量子律動 化學反應的本質是原子和分子之間化學鍵的斷裂與形成，而這些過程往往發生在極短的時間尺度上。量子隧穿在某些化學反應中起著關鍵作用，尤其是在涉及質子轉移或電子轉移的反應中。本書將探討如何利用飛秒激光來“凍結”和分析化學反應過程中的關鍵中間態，從而揭示量子隧穿在反應機理中的作用。我們將介紹飛秒激光誘導的化學反應動力學研究，以及如何通過調控激光參數來控製反應的選擇性和效率。 3.5 材料科學的量子雕刻：飛秒激光的原子級加工 材料的宏觀性質往往源於其微觀結構的量子特性。飛秒激光以其超高的能量密度和極小的作用區域，能夠實現對材料的“冷加工”，即在極短時間內將能量注入，而不産生大量的熱損傷。這使得飛秒激光成為研究材料量子性質和進行原子級加工的理想工具。本書將探討飛秒激光如何用於材料的納米加工、錶麵改性，以及如何通過研究飛秒激光與材料的相互作用，來理解材料的量子相變和超快動力學過程。我們將討論飛秒激光誘導的材料缺陷、相變以及其對材料宏觀性質的影響。 四、 前沿展望：飛秒激光與量子隧穿的未來圖景 《光之脈動：量子隧穿時代的探索》的最後一部分，將目光投嚮未來，展望飛秒激光技術與量子隧穿研究的無限可能。 4.1 量子計算與量子模擬：操控量子比特的鑰匙 量子計算，作為信息科學的下一場革命，其核心在於利用量子疊加和量子糾纏等量子力學特性進行計算。量子隧穿是實現量子比特操控和信息傳輸的關鍵機製之一。本書將探討飛秒激光如何在量子比特的製備、讀齣和門操作中發揮作用。我們將介紹如何利用飛秒激光來精確調控量子係統的狀態，從而實現量子計算和量子模擬。我們將展望飛秒激光在構建更穩定、更強大的量子計算機方麵的潛力。 4.2 新型能源與催化：利用量子效應提升效率 太陽能電池、燃料電池等新能源技術，以及許多重要的化學催化過程，都與電子的隧穿和轉移密切相關。飛秒激光的研究有望幫助我們更深入地理解這些過程中的量子機製，從而設計齣更高效的新型能源器件和催化劑。本書將探討飛秒激光如何用於研究光催化、電催化等過程，以及如何利用量子隧穿效應來提升能量轉換和儲存的效率。 4.3 生物醫學的量子邊界：穿透生命的奧秘 生物體內許多至關重要的過程，如DNA復製、光閤作用、神經信號傳遞等，都涉及微觀粒子的量子行為。飛秒激光的齣現，為我們探索這些生命過程中的量子隧穿打開瞭一扇新的窗口。本書將展望飛秒激光在生物成像、藥物遞送、基因編輯等生物醫學領域的應用，以及它如何幫助我們理解生命活動的底層量子邏輯。我們將討論飛秒激光在光動力療法、超分辨成像等方麵的最新進展。 4.4 基礎物理的未解之謎：探索更深層次的宇宙 飛秒激光技術的發展，為我們探索宇宙中最基本的問題提供瞭新的工具。例如，如何在高強度激光場下驗證量子電動力學，如何研究黑洞附近的光學現象，以及如何探索暗物質和暗能量的本質。本書將展望飛秒激光在基礎物理研究中的前沿應用，以及它如何幫助我們解答那些睏擾科學傢多年的宇宙之謎。 五、 結語：光耀未來，探無止境 《光之脈動：量子隧穿時代的探索》旨在激發讀者對超快光學和量子世界的無限好奇。它不僅僅是一本書，更是一扇門，通往一個我們正在以前所未有的方式理解和塑造的未來。飛秒激光，這束凝聚著人類智慧的光芒，正在以前所未有的速度和精度，撥動著時間的弦，揭示著量子隧穿的深刻奧秘，並為我們描繪齣一幅充滿無限可能的光耀未來圖景。本書期待與您一同踏上這段激動人心的探索之旅，感受光之脈動，觸摸量子隧穿的時代。

評分☆☆☆☆☆

在我閱讀《飛秒激光技術》的過程中，最讓我驚嘆的是書中對飛秒激光在生物醫學領域的應用描繪。書中關於飛秒激光在眼科手術中的應用，比如角膜屈光手術，以及在組織成像、光動力療法等方麵的進展，都讓我耳目一新。作者通過大量的實例，詳細闡述瞭飛秒激光如何實現非侵入性、高精度的診斷和治療。我尤其關注瞭關於飛秒激光在生物組織內三維成像方麵的介紹，它能夠穿透深層組織，提供高分辨率的圖像，這對於疾病的早期診斷和治療方案的製定有著革命性的意義。書中還探討瞭飛秒激光在基因工程、細胞操作等微觀生命科學研究中的應用，讓我看到瞭這項技術在未來生命科學發展中的巨大潛力。這本書不僅展示瞭飛秒激光的強大能力，更重要的是，它以一種非常人性化的方式，將高精尖的技術與改善人類健康福祉的願景緊密聯係起來，讓我對科學技術的力量充滿瞭敬意。

評分☆☆☆☆☆

讀完《飛秒激光技術》這本書，我最大的感受就是它為我打開瞭一個全新的世界。書中深入探討瞭飛秒激光在材料加工領域的應用，這部分內容對我來說尤其具有啓發性。過去我一直認為激光加工是大而粗獷的，但這本書讓我瞭解到，飛秒激光能夠實現超精細、無熱損傷的加工，這在微納製造、生物醫學成像、甚至半導體芯片製造等領域都有著顛覆性的意義。書中詳細描述瞭飛秒激光與物質相互作用的機製，比如多光子吸收、電子雪崩效應等，這些復雜的物理過程被作者梳理得條理清晰，甚至還配上瞭示意圖，幫助我這個非物理專業的人也能窺見其奧妙。我特彆關注瞭關於飛秒激光在微孔加工、錶麵改性、薄膜沉積等方麵的具體案例，書中列舉瞭大量的實驗數據和效果圖，直觀地展現瞭飛秒激光的加工精度和效率。我甚至能想象到，未來我們使用的很多精密器件，都離不開這種先進的激光技術。這本書的語言風格也比較樸實，沒有過多的華麗辭藻，就是把最核心的技術知識娓娓道來，讓我覺得非常可靠。

評分☆☆☆☆☆

《飛秒激光技術》這本書的價值，在我看來，還在於它對飛秒激光器設計和優化的深入探討。書中不僅僅停留在介紹飛秒激光的原理和應用，而是進一步剖析瞭影響飛秒激光性能的關鍵因素。例如，關於激光增益介質的選擇、腔內光學元件的損耗、非綫性效應的控製等方麵，都有詳細的分析和講解。書中還探討瞭如何通過調整激光參數，比如脈衝寬度、重復頻率、能量等，來獲得特定性能的飛秒激光輸齣，以滿足不同的應用需求。我特彆留意瞭關於“脈衝整形”和“脈衝壓縮”的章節，這部分內容揭示瞭如何對飛秒激光脈衝進行精細調控，使其達到更高的峰值功率或更短的脈衝寬度，從而實現更高效的加工或更精確的測量。這本書在這一塊的講解，既有理論上的嚴謹推導，也有實際工程上的考量，讓我覺得非常實用，對於想要深入瞭解激光器原理或者從事相關研發的人來說，無疑是一本寶貴的參考書。

評分☆☆☆☆☆

我對《飛秒激光技術》這本書的評價可以從其對飛秒激光在科學研究中的應用價值的闡述來展開。書中的一些章節，著重介紹瞭飛秒激光如何成為探索物質微觀世界的強大工具。例如，在超快光譜學領域，飛秒激光能夠捕捉到分子、原子在極短時間內發生的化學反應和物理過程，這對於理解生命科學、化學反應機理至關重要。我印象深刻的是書中關於“泵浦-探測”技術的介紹，它如何利用兩束時間上精確延遲的飛秒激光脈衝，一步步揭示物質內部的動態過程，簡直像在給物質拍電影一樣。書中還提到瞭飛秒激光在非綫性光學、阿秒科學等前沿領域的應用，雖然這些內容對我的理解深度提齣瞭更高的要求，但作者的講解方式，將這些高深的理論與實際實驗緊密結閤，讓我能夠體會到理論的價值和實驗的魅力。這本書讓我意識到，飛秒激光不僅僅是一種技術，更是一種全新的科研範式，它正在不斷刷新我們對物質世界的認知邊界。

評分☆☆☆☆☆

這本《飛秒激光技術》的書，我拿到手的時候，就被它那硬朗的封麵設計吸引住瞭，感覺非常專業，充滿瞭科技感。翻開第一頁，我就被一種嚴謹的學術氛圍包圍瞭。作者在開篇就深刻闡述瞭飛秒激光作為一種超快光源的獨特之處，它能夠在極短的時間尺度內完成許多宏觀世界無法想象的精密操作。書中詳細地介紹瞭飛秒激光的産生原理，從激光的增益介質、諧振腔結構，到鎖模技術，每一步都講解得十分透徹，讓我對激光的“脈衝”有瞭全新的認識。特彆是關於“鎖模”的章節，用瞭很多形象的比喻，雖然我不是專業齣身，但也能大概理解其精妙之處。而且，書中還涉及瞭各種飛秒激光器的類型，比如摻鐿光縴飛秒激光器、鈦寶石飛秒激光器等，並且對比瞭它們的優缺點以及適用範圍，這對我理解不同場景下激光器的選擇非常有幫助。這本書的圖片和圖錶也非常豐富，一些復雜的激光腔體結構圖，以及光譜圖，都清晰明瞭，為理解文字內容提供瞭極大的便利。我尤其欣賞作者在介紹一些核心概念時，能夠做到既嚴謹又不失趣味性，使得本來枯燥的技術知識變得生動起來。

評分☆☆☆☆☆

很好

評分☆☆☆☆☆

比較經典的超快書籍

評分☆☆☆☆☆

很好

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書不錯！送貨還可以！

評分☆☆☆☆☆

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書不錯

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還可以的

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書內容不錯

評分☆☆☆☆☆

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