准相位匹配技术及其应用 刘涛 9787512353947 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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刘涛 著

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• 光子学
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• 周期极化
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出版社： 中国电力出版社

ISBN：9787512353947

商品编码：29293923970

包装：平装

出版时间：2013-11-01

基本信息

书名：准相位匹配技术及其应用

定价：20.00元

作者：刘涛

出版社：中国电力出版社

出版日期：2013-11-01

ISBN：9787512353947

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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准相位匹配（QPM）技术是一种通过对光学晶体非线性极化率进行周期性调制来补偿由于折射率色散所造成的光波之间相位失配的技术，具有非线性转换效率高、可利用晶体的通光范围、非线性作用响应时间极短（飞秒量级）、对光信号的速率和调制格式完全透明等优点，因此在全光波长转换、光开关、光学参量放大过程、太赫兹波等诸多领域都有着重要的应用价值。针对准相位匹配技术及其应用这一课题，《准相位匹配技术及其应用》通过理论和数值的分析方法，对利用准相位匹配晶体（PPLN）实现光学参量放大和全光波长转换进行了深入的研究。

内容提要

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准相位匹配技术在光纤通信、非线性光学和固体激光器等领域都有着重要的应用。刘涛编著的《准相位匹配技术及其应用》阐述了利用准相位匹配技术实现光学参量放大和全光波长转换的一些研究成果，主要内容包括准相位匹配技术的基本原理、基于准相位匹配技术的光学参量放大和全光波长转换的研究进展、非共线光学参量放大器的调谐带宽、非共线光学参量放大器的光谱带宽和参量增益、基于分段结构周期极化铌酸锂晶体的全光波长转换器。
　　《准相位匹配技术及其应用》可作为普通高等院校通信与信息系统、光学工程等相关专业的教学用书，还可作为光纤通信、非线性光学、光学材料、激光器等领域从事非线性光学工作的研究人员和工程技术人员的参考用书。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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《光学非线性新视野：基于准相位匹配技术的精密调控与前沿应用》 引言： 在光与物质相互作用的广袤领域中，非线性光学扮演着至关重要的角色，它赋予了光以新的生命，使其能够被调控、转换，并实现前所未有的功能。而准相位匹配（Quasi-Phase Matching, QPM）技术，作为一种革命性的非线性光学方法，以其独特的优势，极大地推动了非线性光学器件的设计与性能提升，为众多前沿科学研究和技术应用打开了新的大门。本书旨在深入探讨准相位匹配技术的核心原理、实现方式、关键材料以及在激光、通信、成像、传感等多个领域的广泛应用，为光学科研人员、工程师以及相关专业学生提供一份全面而深入的参考。 第一部分：准相位匹配技术的基本原理与实现 1. 非线性光学基础回顾： 二阶非线性效应： 详细介绍二阶非线性效应（如二次谐波产生SHG、三次谐波产生THG、光学参量放大OPA、光学参量振荡OPO、电光效应等）的物理机制，阐述其与材料极化强度和电场强度的关系。 相位匹配的重要性： 解释为何在非线性相互作用中，相位匹配是实现高效能量转换的关键。深入剖析传统的同期相位匹配（SPM）技术及其局限性，如对晶体结构、温度、角度的严格要求，以及在特定波段或特殊材料中实现难度的挑战。 准相位匹配的诞生与优势： 引入准相位匹配的概念，阐明其通过周期性地翻转非线性介质的非线性系数符号，从而补偿相位失配，实现高效能量耦合的原理。重点突出QPM相比于SPM的四大优势： 灵活选择相互作用波长： QPM不再受限于晶体的自然双折射，使得任意输入光波长都可以在特定周期结构中实现高效转换，极大地拓展了非线性光学应用的波长范围。 利用材料固有高非线性系数： 很多具有高二阶非线性系数的材料（如LiNbO3、KTP等）在天然晶体中由于晶体结构原因难以实现SPM，但QPM技术使其得以充分发挥其优势。 器件小型化与集成化： QPM器件通常采用周期性极化（PP）材料制作，易于加工成小型化的光波导或块状晶体，有利于集成到更复杂的系统中。 极高的转换效率： 在合适的周期结构和材料下，QPM技术可以实现极高的非线性光学转换效率，甚至接近理论极限。 2. 周期性极化（Periodic Poling）技术： 周期性极化材料的制备： 详细介绍制备周期性极化材料的各种工艺，包括： 电脉冲翻转法（Electric Field Poling）： 这是目前最常用、最成熟的方法，尤其适用于LiNbO3等铁电晶体。详细阐述电场翻转的物理过程，包括电极设计、电解液选择、电压脉冲参数控制、翻转温度等影响因素。 激光诱导翻转法： 介绍利用高强度激光诱导材料局部极化方向翻转的技术，适用于某些特殊材料或微纳结构的制备。 化学方法（如共沉淀法、溶胶-凝胶法）： 探讨通过化学合成手段制备具有周期性极化结构的粉末或薄膜材料。 固相反应法： 描述通过高温固相反应诱导材料极化方向有序排列的方法。 周期性结构的设计与优化： 周期长度的计算： 基于相位匹配条件，详细推导不同非线性过程（SHG, SFG, OPO等）下所需的周期长度计算公式，并解释其与泵浦波长、信号波长、闲置波长以及材料色散的关系。 周期性极化图案的设计： 除了简单的周期性条纹，还介绍多周期、啁啾周期、三维周期等复杂图案的设计，以及它们如何实现更精细的波长选择、带宽控制或实现更复杂的功能。 迎角（Angle-matching）与温控（Temperature-matching）的协同： 解释在QPM器件中，有时仍需要进行小角度调整或温度控制来进一步优化相位匹配，特别是在宽带应用或对精确波长要求极高的场合。 3. QPM器件的种类与结构： 块状QPM器件： 介绍以块状晶体为基底的QPM器件，适用于高功率激光、宽带OPO等应用。 光波导QPM器件： 重点介绍将QPM结构集成到光波导中的技术，包括平面光波导、脊形光波导、离子交换波导等，以及它们在微型化、高效率、低阈值OPO、片上集成等方面的优势。 微纳结构QPM器件： 探讨更前沿的二维（2D）和三维（3D）QPM结构，以及它们在实现更复杂非线性相互作用、新型光场调控等方面的潜力。 第二部分：准相位匹配技术在各领域的应用 1. 激光技术： 高效谐波产生： 绿光/蓝光激光器： 详细介绍利用QPM技术实现高效率的SHG、THG，产生绿光（532nm）、蓝光（447nm）激光器，在显示、照明、生物医学成像等领域的应用。 深紫外（DUV）和远红外（FIR）激光： 讨论QPM在扩展激光输出范围方面的作用，尤其是在利用可见光或近红外泵浦产生DUV和FIR光源时，QPM的必要性和可行性。 光学参量振荡器（OPO）与放大器（OPA）： 连续可调谐激光源： 深入分析QPM-OPO在产生宽范围、窄线宽、高功率连续可调谐光源中的核心地位。重点介绍不同晶体（如LiNbO3, KTP, PPLN, PPKTP）的QPM-OPO性能比较，以及在光谱学、分子探测、通信等领域中的应用。 超快激光脉冲产生： 讨论QPM-OPO/OPA在产生超短脉冲（飞秒、皮秒）方面的应用，以及如何通过啁啾周期结构等实现更优化的脉冲特性。 光频梳： 介绍QPM技术在构建高稳定度、高重频光频梳中的作用，及其在精密测量、通信、光谱学等领域的应用。 2. 光通信： 全光信号处理： 探讨QPM器件在实现全光开关、波长转换、频率梳生成等方面的应用，以满足未来高速、大容量光通信网络的需求。 光参量放大用于信号增益： 分析QPM-OPA如何作为低噪声、高增益的光放大器，用于提高光信号的信噪比。 高效光调制： 介绍QPM在电光调制器中的应用，及其在提高调制效率和减小驱动电压方面的优势。 3. 光学成像与传感： 多光子显微成像： 讲解QPM技术如何为多光子显微镜提供高效的激发光源，特别是对生物组织穿透能力强的近红外光转换成可见光。 拉曼光谱与荧光成像： 讨论QPM器件在产生特定波长激发光源，以提高拉曼信号或荧光信号的灵敏度方面的作用。 非线性显微镜： 介绍基于QPM的非线性显微技术，如二次谐波显微镜、二次谐波断层成像（SHG Tomography），用于无标记、高分辨率的生物组织成像。 化学传感与气体探测： 论述QPM技术在构建高灵敏度、特定波长检测的光学传感器中的应用，例如用于痕量气体检测、环境监测等。 4. 其他前沿应用： 量子光学： 介绍QPM在产生纠缠光子对、实现量子密钥分发、量子信息处理等量子光学实验中的关键作用。 微纳光学与光子集成： 探讨QPM技术在微纳光子器件、片上光源、集成光学芯片等领域的应用前景。 超材料与负折射率材料： 介绍QPM在调控超材料光学响应、实现新型光子器件方面的潜在应用。 第三部分：材料与器件设计进展 1. 新型QPM材料的探索： 其他铁电晶体： 除了LiNbO3，介绍KTP, LiTaO3, BaTiO3等材料在QPM技术中的应用，以及它们的特性优势与局限性。 非铁电晶体： 探讨GaP, GaAs, ZnTe等半导体材料通过QPM实现非线性光学效应的可能性，以及在红外和太赫兹波段的应用。 周期性极化聚合物与有机材料： 介绍将QPM技术应用于聚合物和有机材料，以期获得低成本、易加工、宽波长覆盖的QPM器件。 金属氧化物与钙钛矿材料： 关注近年来新兴的金属氧化物和钙钛矿材料在QPM领域的潜力。 2. 器件设计与性能优化： 宽带QPM器件的设计： 介绍利用啁啾周期、多层周期结构等方法实现宽带非线性转换，以满足宽带OPO、高光谱分辨率成像等应用的需求。 高功率QPM器件的挑战与解决方案： 分析在高功率泵浦下，晶体损伤、热效应等问题，并探讨相应的器件设计和散热方案。 QPM器件的稳定性与寿命： 讨论环境因素（温度、湿度）对QPM器件性能的影响，以及提高器件长期稳定性的方法。 数值模拟与优化工具： 介绍常用的数值模拟软件和算法，如何用于QPM器件的设计、性能预测和参数优化。 结论与展望： 准相位匹配技术以其独特的优势，已经成为现代非线性光学研究与应用的核心驱动力之一。本书从基本原理到前沿应用，系统地梳理了QPM技术的现状与发展。展望未来，随着新材料的不断涌现、器件制备工艺的精进以及对非线性光学相互作用理解的深化，准相位匹配技术必将在更广泛的领域展现出强大的生命力，为人类探索未知世界、创造美好生活提供更强大的光学工具。本书的编写，旨在为读者提供一个坚实的理论基础和全面的应用视野，激发更多创新性的研究和技术突破。

评分☆☆☆☆☆

作为一个在光学领域深耕多年的研究者，我对先进的非线性光学技术始终保持着高度的关注。准相位匹配技术作为近年来发展迅速且应用广泛的一项技术，一直是我的研究重点之一。这次得知刘涛教授出版了《准相位匹配技术及其应用》一书，我感到非常欣喜，因为刘教授在这一领域有着深厚的造诣和丰富的研究经验，他的著作必定是质量的保证。我特别期待书中能够对准相位匹配技术的最新进展进行系统性的梳理和总结，包括新型准相位匹配材料的开发、先进的制备工艺以及在光参量振荡、光学频率梳、非线性光纤等方面的最新应用成果。我也希望书中能对准相位匹配技术的理论模型进行更深入的探讨，例如，如何考虑啁啾、空间不均匀性等因素对准相位匹配效率的影响。此外，我对于书中可能包含的实验技术和数据分析方法也充满期待，这对于我们开展前沿性研究将具有重要的指导意义。这本书无疑将成为我案头的必备参考书，助力我在准相位匹配技术的研究道路上不断前进。

评分☆☆☆☆☆

我是一名光学工程师，日常工作就经常与激光器和非线性光学器件打交道。这些年来，我深切体会到准相位匹配技术在提升光学器件性能方面所扮演的关键角色。许多先进的激光器、频率转换器以及一些新兴的光学传感器，都离不开准相位匹配的巧妙运用。因此，当我看到这本书的题目时，立刻就觉得它和我有着密切的联系。我尤其关心书中是否能够详细阐述各种实现准相位匹配的方法，例如，周期性极化（PPMgO:LN, PPLN等）的制备工艺，以及其在不同材料中的应用。我也希望能看到书中对准相位匹配带宽、效率以及功率容限等关键参数的深入分析，这对于我们在实际设计和优化器件时至关重要。此外，对于“应用”部分，我非常期待能够看到一些最新的研究成果和工业应用实例，比如在太赫兹波产生、超快激光技术、量子光学等前沿领域的应用。我相信，通过学习这本书，我能够更好地理解现有技术的原理，并从中获得启发，开发出更具创新性的光学解决方案。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，对于我这种光学领域的初学者来说，简直是一场及时雨。我最近在学习非线性光学，经常会遇到一些概念和技术上的瓶颈，尤其是涉及到非线性频率转换的时候，准相位匹配技术就反复出现，但书本上的介绍往往不够深入，或者过于理论化，难以理解。刘涛教授的这本书，名字就直接点出了主题，让我觉得这本书的定位非常精准，应该能够很好地解答我的疑惑。我尤其希望书中能从最基础的原理讲起，循序渐进地引导读者理解准相位匹配的物理机制，比如周期性极化和有效极化率的概念。同时，我也很想知道，在实际操作中，如何设计和制备具有特定周期的非线性晶体，以及如何精确控制激光的波长和功率来实现高效的准相位匹配。书中的“应用”部分更是我翘首以盼的，我想了解准相位匹配技术是如何被应用到各种实际设备中的，例如，在光纤通信中如何提高信号传输效率，在激光器中如何实现特定波长的输出，或者在光学测量中如何提高精度等等。如果书中还能提供一些相关的仿真软件或者代码示例，那就更完美了。

评分☆☆☆☆☆

这本书我早就听说过了，一直想找来看看，但一直没有找到合适的版本。这次看到是刘涛写的，更是增加了我的期待。刘涛教授在光学领域是响当当的人物，他的著作我一直非常推崇。这本书的题目《准相位匹配技术及其应用》就非常有吸引力，准相位匹配技术本身就是非线性光学领域的一个热点和前沿，它在光通信、光信号处理、激光技术等领域都有着广泛的应用前景。我个人对这方面的研究非常感兴趣，希望能通过这本书深入了解准相位匹配技术的原理、实现方法以及各种具体的应用案例。书的装帧设计也相当不错，纸张的质感很好，拿在手里很有分量，让人觉得是一本值得收藏的经典之作。我特别期待书中能够详细介绍不同类型准相位匹配技术的优缺点，以及如何根据不同的应用场景选择合适的技术方案。同时，我也希望书中能提供一些实际的实验数据和分析，这样对于我进行理论研究和实际操作都会有很大的帮助。总而言之，这是一本我高度期待的专业书籍，我相信它一定会为我打开一扇新的科学之门。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我之前对“准相位匹配”这个概念的理解一直停留在非常模糊的层面，只知道它与提高非线性光学过程的效率有关，但具体是如何实现的，以及它能带来什么好处，我都不是很清楚。这次看到这本由刘涛撰写的《准相位匹配技术及其应用》，感觉就像是为我量身定做的一样。我希望这本书能够从最基础的物理概念入手，用通俗易懂的语言解释清楚为什么需要准相位匹配，以及它和传统的相位匹配方法有什么区别。我期待书中能够用清晰的图示来展示准相位匹配的原理，比如周期性极化材料的结构，以及光波在其中的传播过程。同时，对于“应用”部分，我希望能够看到一些我生活中能接触到的例子，哪怕是间接的。例如，现在很多高端的显示技术或者激光美容设备，背后可能都运用了类似的技术，如果书中能够有一些相关的介绍，我会觉得这本书更贴近生活，也更能激发我的学习兴趣。总的来说，我希望这本书能让我对准相位匹配有一个全面、深入且易于理解的认识。