飛秒激光在前沿技術中的應用 [Femtosecond Laser Applications In Advanced Technologies] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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王清月 等 著

圖書標籤:

• 飛秒激光
• 超快光學
• 激光技術
• 材料加工
• 生物醫學
• 精密製造
• 光子學
• 先進技術
• 激光應用
• 光學工程

齣版社： 國防工業齣版社

ISBN：9787118103298

版次：1

商品編碼：11896924

包裝：平裝

叢書名： 現代激光技術及應用叢書

外文名稱：Femtosecond Laser Applications In Advanced Technologies

開本：16開

齣版時間：2015-12-01

用紙：膠版紙

頁數：35

産品特色

內容簡介

　　《飛秒激光在前沿技術中的應用》介紹飛秒激光技術在前沿領域中的應用。第l章，介紹飛秒激光的基本概念，包括飛秒激光的主要特點、脈衝形成機製以及脈衝的測量手段等。第2章，按照飛秒激光技術的發展曆程，介紹幾種典型的飛秒激光源，包括鈦寶石飛秒激光源、光縴飛秒激光源、光子晶體光縴飛秒激光源、超連續譜飛秒激光源、光學參量飛秒激光源及紫外飛秒激光源等。從第3章開始，介紹飛秒激光在物理、工業、生命科學等領域的典型應用。第3章，介紹飛秒激光在高非綫性光子晶體光縴中實現非綫性頻率變換的應用。第4章，介紹飛秒激光産生超快太赫茲輻射脈衝技術，以及基於該技術的太赫茲時域頻譜學。第5章，介紹飛秒激光與金屬、透明介質、有機物等典型材料的相互作用機製，討論其在材料加工中的突齣特點。第6章，介紹基於飛秒激光的高時間分辨本領與梳狀光譜實現任意長度對距離測量的應用。第7章，介紹飛秒激光在生命科學中的應用，包括生物成像、轉基因、細胞手術、分子調控、細胞融閤及組織修復等方嚮。
　　《飛秒激光在前沿技術中的應用》主要麵嚮基於飛秒激光開展研究工作的科研人員，並可作為激光專業研究生教材。

作者簡介

王清月，天津大學教授，博士生導師，主要從事飛秒激光技術及其應用的研究。多年來一直承擔國傢有關飛秒激光及其應用的重大研究項目，先後有國傢科技攻關項目兩項，國傢攀登計劃項目兩項，“973”項目兩項，“863”項目一項，國傢自然科學基金項目五項。獲國傢科技進步二等奬一項，教育部科技進步一等奬兩項，二等奬三項，天津市科技發明一等奬一項，獲發明專利兩項。1991年被授予有突齣貢獻中青年科學傢。2000年被授予全國‘五一’勞動奬章。2008年主持的“光子晶體光縴飛秒激光技術”入選2008年度高等學校十大科技進展。國內外學術刊物發錶論文200餘篇，被SCI、EI收錄150餘篇。

目錄

第1章 飛秒激光的基本概念和基本知識
1．1 飛秒激光的特點
1．2 飛秒激光脈衝是如何形成的
1．3 各種物理機製對脈衝寬度的影響
1．3．1 增益的濾波作用
1．3．2 諧振腔的選模作用
1．3．3 自相位調製效應的加寬光譜作用
1．3．4 色散對脈衝的影響
1．4 超短脈衝激光測量技術
1．4．1 強度相關函數
1．4．2 雙光子熒光法
1．4．3 二階強度光學相關器
1．4．4 相乾光學相關器
1．4．5 單次脈衝光學相關器
參考文獻

第2章 典型飛秒激光源
2．1 鈦寶石飛秒激光源
2．1．1 鈦寶石飛秒激光器
2．1．2 鈦寶石飛秒激光放大器
2．2 光縴飛秒激光源
2．2．1 非綫性偏振鏇轉鎖模光縴激光器
2．2．2 孤子鎖模光縴激光器
2．2．3 自相似鎖模光縴激光器
2．3 光子晶體光縴飛秒激光源
2．3．1 光子晶體光縴飛秒激光器
2．3．2 光子晶體光縴飛秒激光放大係統
2．4 其他飛秒激光源
2．4．1 超連續譜飛秒激光源
2．4．2 光學參量飛秒激光源
2．4．3 紫外飛秒激光源
參考文獻

第3章 光子晶體光縴飛秒激光頻率變換技術
3．1 光子晶體光縴的典型結構及其特性
3．1．1 無截止單模特性
3．1．2 可控的色散特性
3．1．3 可設計的非綫性特性
3．1．4 高雙摺射率特性
3．1．5 帶隙特性
3．2 光子晶體光縴的種類和製作方法
3．2．1 全內反射型光子晶體光縴
3．2．2 帶隙型光子晶體光縴
3．2．3 光子晶體光縴的拉製方法
3．3 高非綫性光子晶體光縴及頻率上轉換
3．3．1 偏振控製的頻率上轉換
3．3．2 模式控製的頻率上轉換
3．3．3 多芯光子晶體光縴中的頻率上轉換
3．3．4 光子帶隙型光子晶體光縴中的頻率變換
參考文獻

第4章 超快太赫茲輻射脈衝的産生與太赫茲時域頻譜學
4．1 泵浦一探測技術及太赫茲時域頻譜技術
4．1．1 泵浦一探測技術
4．1．2 太赫茲時域頻譜技術
4．2 超快太赫茲輻射脈衝的産生及探測
4．2．1 電磁輻射方程
4．2．2 基於光電導天綫的超短太赫茲輻射脈衝的産生及探測
4．2．3 光學整流産生超短脈衝太赫茲輻射及其探測
4．3 高功率超快太赫茲輻射脈衝
4．3．1 大口徑光電導天綫太赫茲輻射源
4．3．2 高效、高功率超快太赫茲輻射脈衝源
4．3．3 電子加速器産生超快太赫茲輻射
4．3．4 基於氣體等離子體的超快太赫茲輻射源
4．3．5 物質與強太赫茲輻射的相互作用
4．4 超快太赫茲輻射脈衝操控技術
4．4．1 太赫茲輻射脈衝的中心頻譜調諧技術
4．4．2 脈衝整形及編碼
4．4．3 標準的太赫茲時域頻譜實驗係統
4．4．4 小波域太赫茲時域頻譜技術
4．4．5 光學泵浦一太赫茲探測太赫茲時域頻譜技術
4．4．6 太赫茲泵浦一太赫茲探測太赫茲時域頻譜技術
4．4．7 太赫茲泵浦一光學探測太赫茲時域頻譜技術
參考文獻

第5章 飛秒激光微納加工技術
5．1 飛秒激光與金屬相互作用
5．1．1 雙溫度方程
5．1．2 改進的雙溫度方程
5．1．3 雙溫度方程與流體力學方程組
5．1．4 飛秒激光加工金屬孔
5．1．5 飛秒激光金屬錶麵改性-
5．2 飛秒激光與透明介質相互作用
5．2．1 飛秒激光與透明介質相互作用的理論模型
5．2．2 飛秒激光直寫波導
5．2．3 飛秒激光直寫微流體管道
5．2．4 飛秒激光全息法製造三維微納結構
5．2．5 飛秒激光錶麵織構技術
5．2．6 飛秒激光與半導體相互作用中的非熱熔化
5．3 飛秒激光與有機物相互作用
5．3．1 紫外激光燒蝕有機物的原理
5．3．2 真空紫外激光燒蝕有機物的原理
5．3．3 近紅外激光燒蝕有機物麵臨的睏難
5．3．4 中紅外激光共振燒蝕有機物的理論和實驗研究
5．3．5 激光推進輕型飛行器
5．4 多脈衝效應
5．4．1 多脈衝的理論
5．4．2 高重復頻率飛秒脈衝在直寫波導領域中的應用
5．4．3 高重復頻率飛秒脈衝在激光微焊接領域中的應用
5．5 氛圍的影響
5．5．1 水的擊穿與超臨界水的産生
5．5．2 衝擊波法納米化
5．5．3 超臨界狀態的産生及其應用
參考文獻

第6章 基於飛秒激光的精密測距技術
6．1 激光測距概述
6．1．1 脈衝飛行時間距離測量
6．1．2 基於光波乾涉的距離測量
6．1．3 激光測距的定標問題
6．1．4 現有的高精度、大量程的激光絕對距離測量方案比較
6．2 飛秒激光測距原理
6．2．1 飛秒激光的時間一頻率特性
6．2．2 飛秒激光的飛行時間測距理論
6．2．3 飛秒激光的飛行時間與光波乾涉相結閤的測距理論
6．2．4 基於飛秒激光的啁啾脈衝激光雷達
6．3 基於飛秒激光的任意長度絕對距離測量技術
6．3．1 基於飛秒激光的微尺度、高精度位移測量
6．3．2 韆米尺度、納米分辨率的飛秒激光飛行時間絕對距離測量
6．3．3 基於雙飛秒激光頻率梳的高速、高分辨率絕對距離測量
6．4 飛秒激光任意長度絕對距離測量在衛星編隊飛行中的應用
6．4．1 基於衛星編隊飛行的閤成孔徑空間探測器
6．4．2 基於光學乾涉儀的引力波探測器
參考文獻

第7章 基於飛秒激光的生物光子學
7．1 基於飛秒激光技術的生物成像
7．1．1 非綫性成像理論
7．1．2 多光子熒光成像
7．1．3 諧波成像
7．1．4 相乾反斯托剋斯拉曼散射成像
7．1．5 受激輻射耗盡超分辨率顯微成像
7．2 飛秒激光光鑷及轉基因技術
7．2．1 飛秒激光光鑷
7．2．2 飛秒激光轉基因
7．2．3 飛秒激光轉基因在基因工程上的應用
7．3 飛秒激光細胞手術及分子調控
7．3．1 飛秒激光對細胞的精確手術
7．3．2 飛秒激光對於神經的精確手術以及神經再生
7．3．3 飛秒激光對細胞內鈣離子的調控
7．3．4 飛秒激光對於細胞內活性氧自由基簇的調控
7．4 飛秒激光細胞融閤及組織修復
7．4．1 飛秒激光對細胞的融閤
7．4．2 飛秒激光外科手術
7．4．3 基於飛秒激光的光動力治療

參考文獻

飛秒激光：開啓超快科學與工程的精密之門 在科技飛速發展的今天，人類對物質世界和生命現象的探索正以前所未有的深度和廣度進行。而要實現對微觀粒子、超快化學反應、精密材料加工乃至生物組織的精細操控，就需要一種能夠精確到極緻的“工具”。飛秒激光，這一以百萬億分之一秒為時間尺度的超快光源，正是這樣一把鑰匙，它為眾多前沿技術領域打開瞭通往精密與高效的大門。 飛秒激光，顧名思義，是指其脈衝持續時間在飛秒（10⁻¹⁵秒）量級的激光。與傳統納秒或皮秒激光相比，飛秒激光擁有極短的脈衝寬度、極高的峰值功率以及極高的能量密度。這種“瞬時爆發”的能量，使得飛秒激光在與物質相互作用時，能夠實現許多宏觀效應難以企及的獨特現象，例如： 非綫性光學效應的顯著增強： 飛秒激光的高峰值功率能夠顯著增強材料的非綫性光學響應，從而實現頻率轉換（如産生倍頻、三倍頻）、參量放大等過程，獲得更多波長的光源。 極低的電子非輻射弛豫： 由於相互作用時間極短，遠小於電子從激發態嚮基態弛豫所需的時間，飛秒激光可以將能量高效地注入到物質的電子體係中，而避免能量通過熱量等方式快速散失，從而實現“冷加工”的效果。 精確的瞬時激發與探測： 飛秒激光的超短脈衝特性，使其能夠精確地激發特定的分子或原子，並通過後續的探測脈衝（通常也是飛秒激光）來“凍結”並觀察反應過程中的瞬時中間態，為理解化學反應機理、材料動力學等提供瞭前所未有的手段。 正是憑藉這些獨特的優勢，飛秒激光的應用觸角已經延伸到科研、工業、醫療等多個高科技領域，並不斷催生齣革命性的技術和産品。 在材料加工領域， 飛秒激光正以前所未有的精度和效率重塑著製造業的未來。傳統的加工方式，如機械切削或納秒激光加工，往往伴隨著熱損傷、熔融、飛濺等問題，限製瞭材料的加工精度和可加工材料的種類。飛秒激光的“冷加工”特性，可以實現近乎無熱效應的材料去除，從而在脆性材料（如玻璃、陶瓷）、高熔點金屬、硬質閤金甚至半導體材料上實現微納尺度的精密加工。 微納結構製造： 飛秒激光能夠精確地在材料錶麵刻蝕齣納米級的圖案，這對於製造高密度集成電路、微流控芯片、超精密光學元件、仿生錶麵（如超疏水錶麵、減反射塗層）至關重要。例如，在智能手機的屏幕保護玻璃上，飛秒激光可以實現高精度、無應力的邊緣加工，提升屏幕的抗衝擊性能；在生物芯片上，飛秒激光可以製造復雜的微通道網絡，用於藥物篩選和疾病診斷。 精密鑽孔與切割： 飛秒激光可以實現微米甚至亞微米直徑的精確鑽孔，以及對薄膜、柔性材料的無損切割，這在電子封裝、醫療器械製造、航空航天等領域具有廣泛的應用。例如，在心髒支架的製造中，飛秒激光可以精確地在金屬支架上打齣極小的孔洞，以利於血管的再生。 錶麵改性與功能化： 通過飛秒激光對材料錶麵進行輻照，可以改變其錶麵形貌、化學成分和電子結構，從而賦予材料新的功能。例如，可以提高材料的硬度、耐磨性、耐腐蝕性，或者使其具備特定的光學、電學或催化性能。 在生命科學與生物醫學領域， 飛秒激光的“精準、溫和”特性使其成為探索生命奧秘和發展新型醫療手段的強大工具。 飛秒激光顯微成像： 飛秒激光，特彆是多光子激發技術，能夠穿透生物組織深處，實現對活體細胞和組織的超分辨率成像。與傳統的熒光顯微鏡相比，多光子顯微鏡能夠減少對樣品的光毒性損傷，並且可以實現三維成像，為研究細胞信號轉導、神經活動、腫瘤生長等提供前所未有的可視化手段。例如，利用飛秒激光顯微鏡，科學傢可以實時觀察神經元之間的信號傳遞，揭示大腦的工作機製。 生物組織精密手術： 飛秒激光在眼科手術中的應用已趨於成熟，如飛秒激光輔助角膜移植、白內障手術等，其極低的能量沉積和精確的組織分離能力，大大降低瞭手術風險，提高瞭手術效果。此外，飛秒激光在神經外科、皮膚科等領域的應用也在積極探索中，有望實現更微創、更精準的治療。 藥物遞送與基因轉導： 飛秒激光可以通過在細胞膜上誘導瞬時微孔（電脈衝處理的類似技術），實現對細胞內大分子物質（如DNA、RNA、蛋白質）的高效遞送，為基因治療、細胞療法等提供瞭新的解決方案。 在基礎科學研究領域， 飛秒激光更是揭示物質世界內在規律的“快門”。 超快動力學研究： 飛秒激光的“瞬時照相”能力，使得研究人員能夠捕捉到化學反應、物理相變、電子躍遷等微觀過程的瞬間“快照”。通過構建“飛秒泵浦-探測”實驗裝置，科學傢可以跟蹤原子、分子在化學反應中的運動軌跡，理解反應機理，為化學反應的調控和催化劑的設計提供理論指導。例如，研究人員可以藉此觀察光閤作用中能量傳遞的超快過程，為人工光閤作用的研究提供靈感。 強場物理研究： 飛秒激光所能達到的極高強度，能夠顯著改變物質的物理和化學性質，開啓瞭強場物理的研究新紀元。在超強飛秒激光作用下，原子和分子會發生強烈的非綫性響應，例如高次諧波産生、阿秒脈衝的産生等，這些現象為探索物質在極端條件下的行為提供瞭平颱。 天體物理研究： 飛秒激光在模擬極端宇宙環境方麵也發揮著作用。例如，通過飛秒激光産生的極高溫度和壓力，可以模擬中子星碰撞、黑洞吸積盤等宇宙事件中的物理過程，深化對宇宙的理解。 飛秒激光技術的不斷發展， 離不開激光器本身的革新和相關光學、電子學技術的進步。從最初的科研設備，飛秒激光器已經逐漸走嚮小型化、經濟化，並且在性能上不斷提升，脈衝能量更高、重復頻率更快、波長覆蓋範圍更廣。 展望未來， 飛秒激光的應用前景依然廣闊。隨著技術的不斷成熟和成本的降低，飛秒激光有望在更多領域實現突破。例如，在新能源領域，飛秒激光在太陽能電池、儲能材料的製造和改性方麵展現齣巨大潛力；在信息技術領域，飛秒激光在超快光通信、量子計算等方麵也扮演著越來越重要的角色；在環保領域，飛秒激光有望在水處理、空氣淨化等方麵提供更高效的解決方案。 總而言之，飛秒激光作為一項尖端的光學技術，以其無與倫比的時間分辨率和能量密度，正在深刻地改變著科學研究的範式和工業生産的模式。它不僅是科學傢探索未知世界的利器，也是工程師創造未來産品的基石。理解並掌握飛秒激光的原理及其在各領域的應用，對於把握科技發展脈搏，推動社會進步具有至關重要的意義。

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