超快光學

1 簡介和回顧
　1.1 超快激光脈沖簡介
　1.2 電磁學簡要回顧
　　1.2.1 麥克斯韋方程
　　1.2.2 波動方程和平面波
　　1.2.3 坡印廷矢量和功率流
　1.3 激光原理回顧
　　1.3.1 穩(wěn)態(tài)激光運轉
　　1.3.2 四能級原子的增益和增益飽和
　　1.3.3 高斯光束和激光橫模
　1.4 鎖模引起的超短脈沖生成的簡介
　1.5 傅里葉級數和傅里葉變換
　　1.5.1 解析方法
　　1.5.2 計算方法
　習題
2 鎖模原理
　2.1 鎖模所涉及的過程
　2.2 主動鎖模
　　2.2.1 時域處理方法
　　2.2.2 頻域處理方法
　　2.2.3 不同的主動鎖模方法
　2.3 采用飽和吸收體的被動鎖模
　　2.3.1 飽和模型
　　2.3.2 慢飽和吸收體鎖模
　　2.3.3 快飽和吸收體鎖模
　2.4 利用光克爾效應的固體激光器鎖模
　　2.4.1 非線性折射率變化
　　2.4.2 自振幅調制、自相位調制和群速度色散
　　2.4.3 加成脈沖鎖模
　　2.4.4 克爾透鏡鎖模
　　2.4.5 鎖模方程的解
　　2.4.6 鎖模的啟動問題
　習題
3 超快脈沖測量方法
　3.1 專業(yè)術語和定義
　3.2 電場自相關測量和功率譜
　3.3 電場互相關測量以及光譜干涉法
　　3.3.1 電場互相關作用
　　3.3.2 頻譜干涉法
　　3.3.3 應用：光學相干斷層掃描
　3.4 強度相關測量
　　3.4.1 利用二次諧波產生的相關測量
　　3.4.2 實驗步驟
　　3.4.3 采用雙光子吸收的相關測量
　　3.4.4 高階相關技術
　3.5 啁啾脈沖和時一頻域測量
　3.6 頻率分辨光學門
　　3.6.1 頻率分辨偏振光學門
　　3.6.2 自衍射FROG
　　3.6.3 二次諧波產生FROG
　　3.6.4 采用時域相位調制的頻率分辨光學門
　　3.6.5 從FROG圖形恢復信號
　3.7 基于頻率濾波的脈沖測量
　　3.7.1 單縫方法
　　3.7.2 雙縫方法
　3.8 自參考干涉法
　　3.8.1 啁啾脈沖的時域干涉法
　　3.8.2 自參考光譜干涉法
　3.9 噪聲和抖動的表征
　習題
4 色散與色散補償
　4.1 群速度色散
　　4.1.1 群速度定義與廣義色散關系
　　4.1.2 材料色散概述
　4.2 基于角色散的時域色散
　　4.2.1 角色散與時域色散之間的關系
　　4.2.2 角色散及強度波前傾斜
　4.3 光柵對的色散
　4.4 棱鏡對的色散
　4.5 透鏡的色散特性
　4.6 鏡面結構的色散
　　4.6.1 G-T干涉儀
　　4.6.2 1／4波片堆構成的高反射鏡
　　4.6.3 啁啾反射鏡
　4.7 群速度色散的測量
　　4.7.1 干涉測量方法
　　4.7.2 頻域腔內色散測量
　4.8 附錄
　　4.8.1 傳輸經過平板層導致的頻率相關相位：另一種推導方式
　　4.8.2 阻抗方法分析介質鏡堆
　習題
5 超快非線性光學：二階
　5.1 非線性光學概述
　5.2 強迫波動方程
　　5.2.1 頻域式
　　5.2.2 時域式
　5.3 連續(xù)波二倍頻的產生
　　5.3.1 相位匹配效應
　　5.3.2 雙折射介質中的相位匹配
　　5.3.3 連續(xù)波二倍頻產生中的聚焦效應
　5.4 脈沖二倍頻的產生
　　5.4.1 準連續(xù)波下的二倍頻產生
　　5.4.2 超短脈沖的二倍頻產生
　　5.4.3 準相位匹配
　　5.4.4 群速度走離對基于二倍頻產生的脈沖測量的影響
　5.5 三波相互作用
　　5.5.1 和頻的產生
　　5.5.2 差頻的產生
　　5.5.3 光參量放大
　5.6 附錄
　　5.6.1 各向異性介質中的空間走離和脈沖波前
　　5.6.2 寬帶非共線三波混頻中的速度匹配
　習題
6 超快非線性光學：三階
　6.1 非線性折射率介質中的傳播方程
　　6.1.1 均勻介質中的平面波
　　6.1.2 波導中的非線性傳播
　　6.1.3 光纖類型
　6.2 非線性薛定諤方程
　6.3 自相位調制
　　6.3.1 無色散自相位調制
　　6.3.2 有損無色散自相位調制
　　6.3.3 正常色散下的自相位調制
　　6.3.4 相位調制
　6.4 脈沖壓縮
　6.5 調制不穩(wěn)定性
　6.6 光孤子
　6.7 高階傳播效應
　　6.7.1 均勻媒質中的非線性包絡方程
　　6.7.2 波導中的非線性包絡方程
　　6.7.3 延遲非線性響應和拉曼效應
　　6.7.4 自陡峭
　　6.7.5 空時聚焦
　6.8 連續(xù)譜的產生
　習題
7 鎖模：前沿話題
　7.1 孤子光纖激光器：人工快速可飽和吸收體
　　7.1.1 8字腔激光器
　　7.1.2 能量量化
　　7.1.3 孤子邊帶
　7.2 孤子鎖模：主動調制和慢飽和吸收體
　　7.2.1 諧波鎖模孤子光纖激光器
　　7.2.2 孤子鎖模中的凈增益窗
　7.3 拉伸脈沖鎖模
　　7.3.1 拉伸脈沖鎖模光纖激光器
　　7.3.2 色散管理孤子
　　7.3.3 理論問題
　7.4 少周期鎖模激光器
　7.5 鎖模頻率梳
　　7.5.1 梳基本知識
　　7.5.2 測量方法
　　7.5.3 頻率梳的穩(wěn)定性
　　7.5.4 應用
　習題
8 超短脈沖的操控
　8.1 傅里葉變換脈沖整形
　　8.1.1 使用固定掩模的脈沖整形的例子
　　8.1.2 可編程脈沖整形
　　8.1.3 脈沖整形理論
　8.2 其他的脈沖整形技術
　　8.2.1 直接空-時脈沖整形
　　8.2.2 聲光色散濾波器
　8.3 啁啾處理和時間透鏡
　　8.3.1 空-時對偶性
　　8.3.2 啁啾處理
　　8.3.3 時間透鏡處理
　8.4 超短脈沖放大
　　8.4.1 放大的基礎知識
　　8.4.2 飛秒放大器的特殊問題
　8.5 附錄
　　8.5.1 透鏡的菲涅耳衍射和傅里葉變換性質
　　8.5.2 光柵的波動光學模型
　習題
9 超快時間分辨光譜學
　9.1 超快光譜學概述
　9.2 簡并的泵浦-探測透射測量
　　9.2.1 共偏振場：標量處理
　　9.2.2 矢量場與取向效應
　9.3 非簡并和光譜分辨的泵浦-探測：案例研究
　　9.3.1 染料分子的飛秒泵浦-探測研究
　　9.3.2 GaAs的飛秒泵浦-探測研究
　9.4 相干短脈沖光譜學中的基本量子力學
　　9.4.1 基本的量子理論
　　9.4.2 密度矩陣
　9.5 波包
　　9.5.1 例子：半導體量子阱
　　9.5.2 分子
　9.6 退相現象
　　9.6.1 線性光譜學
　　9.6.2 退相模式
　　9.6.3 利用瞬態(tài)光柵測量退相
　　9.6.4 二維光譜學
　9.7 沖激受激拉曼散射
　習題
10 太赫茲時域電磁學
　10.1 超快電磁學：傳輸線
　　10.1.1 光電導生成和采樣
　　10.1.2 電光采樣
　10.2 超快電磁學：太赫茲波束
　　10.2.1 生成和測量太赫茲脈沖
　　10.2.2 太赫茲光譜學和成像
　習題
參考文獻