光通信波段激光頻率環的實現及測速應用

本書主要介紹了光通信波段1560nm激光的非線性光學頻率轉換過程及應用，具體包括1560nm激光的非線性光學倍頻過程（1560nm?780nm）、1560nm激光與倍頻所得激光的非線性光學和頻過程（1560nm+780nm?520nm）、所得和頻激光經非線性光學參量振盪再次獲得1560nm激光的過程（520nm?1560nm+780nm）及光通信波段激光在固體目標測速和麵型方面的測量應用。本書介紹的非線性光學過程起始於1560nm半導體經典激光光源，經過一系列非線性光學頻率演變，最終得到光學參量振盪狀態下穩定的非簡並1560nm激光輸出，整個過程形成一個完整的頻率變換環路。該頻率連續演變過程的完成為從“經典光場”到“非經典量子光場”的實現提供了一種良好的可選實驗方案，可以有力地服務於未來高保真量子光源的應用。本書詳細介紹了上述非線性光學過程的理論計算和實驗細節，適合量子光學、非線性光學及相近研究方向的師生閱讀。

目錄
第1章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 非線性光學的研究現狀 2
1.3 非線性光學的理論基礎 3
1.3.1 二階非線性極化現象 3
1.3.2 二階非線性極化系數的簡化 5
1.3.3 非線性介質中的耦合波方程 7
1.4 相位匹配 10
1.5 本書內容與結構安排 13
本章參考文獻 13
第2章 1560nm倍頻780nm單頻激光的實現 15
2.1 引言 15
2.2 單次穿過周期極化鈮酸鋰晶體和周期極化磷酸氧鈦鉀晶體倍頻 16
2.3 單次穿過摻氧化鎂周期極化鈮酸鋰晶體倍頻 27
2.3.1 摻氧化鎂周期極化鈮酸鋰的光學非均勻性 27
2.3.2 單次（雙次）穿過摻氧化鎂周期極化鈮酸鋰級聯晶體倍頻 30
2.4 外腔諧振倍頻 33
2.4.1 光學ABCD矩陣介紹 33
2.4.2 腔設計的先行條件——穩區的計算 39
2.4.3 環形腔的設計 50
2.5 倍頻實驗系統 54
2.6 銣原子飽和吸收譜 58
2.7 本章小結 63
本章參考文獻 63
第3章 單共振和頻產生1560nm三次諧波520nm單頻激光 67
3.1 引言 67
3.1.1 和頻的研究意義和應用背景 67
3.1.2 和頻生成的概念及原理 69
3.1.3 周期極化磷酸氧鈦鉀晶體的結構及其光譜特性 73
3.2 鎖腔技術介紹 75
3.2.1 鎖相放大器鎖頻法 75
3.2.2 邊帶鎖頻法 80
3.2.3 偏振譜鎖頻法 86
3.2.4 本書實驗鎖腔方案的確定 89
3.3 單共振和頻理論計算 90
3.4 520nm單頻激光的實現 93
3.4.1 不同偏振態的入射光束在不同入射角下的平面鏡反射率變化 94
3.4.2 實驗裝置和實驗結果 97
3.5 本章小結 99
本章參考文獻 99
第4章 520nm激光泵浦的1560nm+780nm雙共振光學參量振盪器 103
4.1 引言 103
4.2 DROPO過程的理論分析 105
4.2.1 DROPO的閾值 105
4.2.2 閾值以上DROPO信號光和閑置光的輸出功率 108
4.2.3 DROPO下轉換光場的調諧 110
4.3 實驗裝置和實驗結果 113
4.4 本章小結 116
本章參考文獻 116
第5章 光通信波段激光測速的應用 120
5.1 基於共焦法布里?珀羅腔的雙頻激光多普勒測速 120
5.1.1 激光多普勒測速的背景和意義 120
5.1.2 單頻激光多普勒測速原理 121
5.1.3 基於共焦法布里?珀羅腔的雙頻測速方案 131
5.1.4 具體實驗方案和結果 141
5.2 基於互補金屬氧化物半導體的粗糙曲面散斑分離的激光多普勒測速 143
5.2.1 散斑錶面面型測量的意義和研究動態 143
5.2.2 散斑現象的物理背景和數學解釋 146
5.2.3 散斑現象的數學描述（隨機行走）及理論模擬 148
5.2.4 散斑測速的兩種應用方案 157
5.2.5 散斑分離及測量方案 166
5.2.6 模擬計算結果 169
本章參考文獻 173
第6章 總結與展望 178
附錄 180
附錄A 三鏡腔腰斑尺寸隨腔鏡距離的變換程序 180
附錄B 腔內腰斑尺寸（距離）隨腔前入射激光腰斑尺寸（距離）的變換程序 181
附錄C 二維粗糙錶面程序（以8?m粗糙度為例，其餘粗糙度對應的
程序類似） 182
附錄D 觀察面上的散斑強度程序 182
附錄E 單個及多個散射信號疊加之振幅?頻率譜模擬程序 183
附錄F 基於CMOS分離散斑和傳統激光多普勒分別所得多普勒信號
振幅譜程序 185