微结构光纤光栅特性、制备工艺与传感应用研究 毕卫红 等 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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毕卫红 等 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030489159

商品编码：29333460431

包装：平装

出版时间：2016-06-01

基本信息

书名：微结构光纤光栅特性、制备工艺与传感应用研究

定价：60.00元

作者：毕卫红 等

出版社：科学出版社

出版日期：2016-06-01

ISBN：9787030489159

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版次：1

装帧：平装

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商品重量：0.4kg

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导语_点评_推荐词

内容提要

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本书主要分3个部分。部分为微结构光纤光栅理论与特性研究，主要介绍了紫外曝光方法和CO2激光脉冲方法下微结构光纤光栅（MOFG）的成栅机理、分析MOFG所用的理论方法和典型微结构光纤（MOF）下光栅的传输谱特性；第2部分分为微结构光纤光栅制备研究，主要介绍了紫外曝光法和CO2激光脉冲法制备MOFG；第3部分为微结构光纤光栅传感应用研究，主要包括柚子型MOF光栅和高双折射MOF光栅的传感研究。

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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光子世界的精微之舞：探索非线性光学材料的奥秘 本书并非一本关于微结构光纤光栅的科普读物，而是深入聚焦于一个更为前沿且充满挑战的领域——非线性光学材料的微观结构调控及其在先进光学器件中的应用潜力。我们将目光从光纤的宏观形态转移到材料本身的微纳尺度，探寻材料内部电子、原子甚至分子层面的精妙排列如何赋予其独特的非线性光学响应，并最终揭示这些响应如何被巧妙地转化为一系列革命性的光学技术。 第一部分：非线性光学材料的微观基础与理论框架 1. 非线性光学效应的起源与分类： 本部分将从物理学的基本原理出发，深入剖析非线性光学效应的根源。我们首先会回顾经典光学中线性的概念，即材料的响应与入射光强度成正比。随后，我们将引出非线性光学，解释当光强足够高时，材料的介电极化会超出线性范畴，表现出与光强呈非线性关系的响应。我们将系统介绍各种主要的非线性光学效应，包括： 二次谐波产生 (Second Harmonic Generation, SHG)：入射光的频率翻倍，例如从红光变为绿光。我们将探讨其发生的晶体学要求，如材料的非中心对称性，并介绍相关的理论模型，如介电极化张量和非线性极化率。 三次谐波产生 (Third Harmonic Generation, THG)：入射光的频率变为三倍。我们将分析其发生的条件，以及与二次非线性效应的异同。 光学克尔效应 (Optical Kerr Effect)：材料的折射率随光强的变化而变化，这是实现光开关、光调制等器件的关键。我们将详细介绍其物理机制，以及与二阶、三阶非线性极化率的关系。 自聚焦与自散焦 (Self-focusing and Self-defocusing)：由于光学克尔效应，强光束在介质中会经历自聚焦或自散焦现象，这对高功率激光的应用具有重要意义。 四波混频 (Four-Wave Mixing, FWM)：四束光在非线性介质中相互作用，产生新的光频率。我们将阐述其在光通信、光学计算等领域的应用前景。 拉曼散射与布里渊散射 (Raman Scattering and Brillouin Scattering)：这些是光与物质内部分子振动（拉曼）或声子（布里渊）相互作用产生的非弹性散射现象，尽管本质上与上述效应有所不同，但同样属于光与物质的非线性相互作用范畴，并且在传感和光谱分析中有重要应用。 2. 材料微观结构与非线性光学响应的关联： 理解非线性光学效应，关键在于理解其与材料微观结构之间的深刻联系。本部分将重点探讨： 晶体结构对二阶非线性光学效应的影响：我们将深入分析晶体对称性如何决定材料是否具备二阶非线性效应（例如，缺乏反演对称性是产生SHG的必要条件）。我们将介绍各种具有代表性的非线性晶体，如铌酸锂 (LiNbO3)、磷酸二氢钾 (KDP)、周期性极化倒置 (Periodically Poled, PP) 材料等，并讨论其晶格结构、晶向以及与非线性系数之间的定量关系。 介电常数与极化率：我们将从量子力学的角度，解释材料的非线性极化率张量是如何由材料的电子云分布、原子或分子的电偶极矩以及它们的响应能力决定的。我们将介绍不同材料（如有机分子、半导体、金属纳米结构）的电子结构特性如何影响其非线性光学性能。 缺陷、掺杂与界面效应对非线性光学特性的调控：材料中的微观缺陷、掺杂元素的引入以及不同材料界面处的电荷分布和电子态，都可能对非线性光学响应产生显著影响。我们将探讨如何通过精确控制这些微观因素来“定制”材料的非线性光学特性，例如通过掺杂调控稀土离子的荧光特性，或通过界面工程增强纳米材料的非线性响应。 纳米结构与等离激元共振：近年来，金属纳米结构因其独特的表面等离激元共振现象，在增强非线性光学效应方面展现出巨大的潜力。我们将深入研究纳米颗粒的尺寸、形状、间距以及其周围介质的介电常数如何影响等离激元共振频率和局域场增强效应，进而极大地提升非线性光学信号的强度。 3. 量子力学在非线性光学中的作用： 为了更深入地理解非线性光学效应，本部分将引入量子力学视角。我们将探讨： 光与物质相互作用的量子理论：从光子与材料中电子能级跃迁的角度，解释非线性光学效应的发生机制。 能带结构与非线性光学性能：对于半导体材料，其能带结构（带隙、能级密度等）直接影响其非线性光学响应。我们将分析不同带隙半导体材料的非线性特性。 量子相干与量子纠缠在非线性光学中的应用：在更前沿的研究中，我们将探讨如何利用量子相干性来操纵非线性光学过程，甚至利用非线性过程产生量子纠缠态，为量子信息技术奠定基础。 第二部分：先进非线性光学材料的制备与表征技术 1. 精密微纳加工技术在非线性光学材料制备中的应用： 本部分将聚焦于如何“制造”具有特定微观结构和优异非线性光学性能的材料。我们将详细介绍： 晶体生长与后处理：包括高压高温晶体生长技术、固相外延、液相外延等，以及晶体退火、退极化等后处理工艺，以优化晶体质量和非线性系数。 薄膜制备技术：如化学气相沉积 (CVD)、原子层沉积 (ALD)、脉冲激光沉积 (PLD) 等，用于制备高质量的非线性光学薄膜，并实现精确的厚度控制和组分调控。 光刻与刻蚀技术：借鉴半导体产业的光刻与刻蚀技术，我们将探讨如何制造周期性极化倒置 (PP) 结构，这是实现高效二次谐波产生的重要手段。我们将讨论光刻胶的选择、曝光条件、刻蚀方式（干法、湿法）等关键参数。 纳米材料的自组装与定向生长：针对纳米材料，我们将介绍其自组装技术，如溶胶-凝胶法、模板法、湿化学法等，以及如何通过控制生长条件实现纳米结构的定向排列，以获得各向异性的非线性光学响应。 激光诱导的材料改性与微纳结构形成：利用超快激光的精密加工能力，我们可以实现材料表面的微纳结构刻蚀、熔融或相变，从而调控其非线性光学特性。 2. 表征非线性光学材料微观结构与性能的手段： 精确地了解所制备材料的微观结构和非线性光学性能是优化制备工艺的关键。本部分将介绍： 微观结构表征： 扫描电子显微镜 (SEM) 与透射电子显微镜 (TEM)：用于观察材料的表面形貌、晶粒尺寸、纳米结构的形貌和排列。 原子力显微镜 (AFM)：用于测量材料表面的三维形貌、表面粗糙度以及其局部电学性质。 X射线衍射 (XRD) 与 X射线光电子能谱 (XPS)：用于分析材料的晶体结构、晶格参数、元素组成和化学态。 拉曼光谱与红外光谱：用于分析材料的分子振动模式，间接反映材料的晶体结构和化学键信息。 非线性光学性能表征： 非线性光学系数测量：如通过非线性晶体的SHG效率测试，测量其二阶非线性光学系数。 光束传播分析：研究自聚焦、自散焦现象，通过光束轮廓变化来评估光学克尔效应的强度。 超快动力学研究：利用飞秒激光泵浦-探测技术，研究材料在超短时间尺度内的非线性光学响应过程，揭示动力学机制。 四波混频谱测量：分析不同频率光相互作用产生的谱线，评估四波混频的效率。 光致发光与电致发光光谱：用于表征材料的能级结构和发光特性，与非线性光学过程紧密相关。 第三部分：非线性光学材料在先进光学器件中的应用探索 1. 光通信与信息处理领域的革新： 非线性光学材料是实现下一代光通信和光学信息处理的关键。本部分将重点探讨： 光开关与光调制器：利用光学克尔效应，基于非线性材料制造高速、低功耗的光开关和光调制器，用于数据传输和信号处理。我们将分析不同材料（如光波导、半导体量子阱）的优劣。 光复用与光解复用：利用四波混频等效应，实现多通道信号的同时传输和分离，极大地提高光纤通信的容量。 光学逻辑门与神经网络：利用非线性光学过程实现光学的逻辑运算，构建全光计算的器件，实现信息处理的“光子化”。 光学存储：利用非线性效应实现光信息的高密度存储，以及快速的光学读写。 2. 激光技术与光学测量领域的突破： 非线性光学材料也极大地推动了激光技术和光学测量的发展。 新型激光器设计：如利用非线性效应实现激光频率的转换（SHG、THG）、可调谐激光器的带宽扩展、以及超短脉冲激光器的产生。 高功率激光系统的安全防护：利用材料的非线性吸收特性，设计光学限幅器，保护激光系统免受过强光损伤。 高灵敏度光学传感器：利用非线性光学效应，如表面增强非线性光学效应（SERS、SEHG），实现对微量物质的高灵敏度检测，例如在生物医学诊断、环境监测等领域。 精密光谱测量与成像：利用非线性过程实现光频梳的产生，用于高精度光谱测量；或利用非线性光学原理实现超分辨成像。 3. 生物医学与能源领域的潜在应用： 非线性光学材料也正在为生物医学和能源领域带来新的机遇。 生物成像与显微镜：利用非线性光学显微镜（如多光子激发显微镜），实现生物组织的三维、深层成像，并且对生物样品损伤小。 光动力治疗：利用非线性光学材料作为光敏剂，在特定波长激光的激发下产生单线态氧，用于肿瘤治疗。 太阳能电池的效率提升：研究非线性光学材料在太阳能电池中的应用，例如通过二次谐波产生从低能光子中获得更高能量的光子，或通过上转换发光材料提升太阳能利用效率。 光催化与环境保护：利用具有特定非线性光学响应的材料，在光照下催化降解污染物，实现环境的净化。 总结： 本书旨在为读者构建一个关于非线性光学材料的完整图景，从其微观的物理根源，到精密的制备与表征技术，再到其在各个前沿领域展现出的巨大应用潜力。我们相信，通过对这些“光子世界的精微之舞”的深入探索，将为未来的科技发展带来更多激动人心的突破。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我之前对“光纤光栅传感”的概念仅停留在书本上一些基础的介绍，对于微结构光纤的出现和它的特殊之处，并没有太多的概念。直到我拿到这本《微结构光纤光栅特性、制备工艺与传感应用研究》，才真正打开了新世界的大门。书中在“传感应用”这一块的内容，简直是应有尽有，而且角度非常新颖。我特别喜欢其中关于“生物传感”的章节。作者们没有仅仅停留在表面，而是详细介绍了如何利用微结构光纤光栅来检测生物分子、pH值以及疾病标志物。书中提到了一种利用特定纳米材料修饰微结构光纤表面，从而实现高选择性和高灵敏度生物检测的方法，这让我眼前一亮。此外，关于“环境监测”的应用，书中也做了非常详尽的介绍，例如如何利用微结构光纤光栅监测水体污染物、气体泄漏等。让我惊喜的是，书中还探讨了将微结构光纤光栅应用于“航空航天”和“能源领域”的潜力和挑战，这让我看到了这项技术未来广阔的应用前景。这本书不仅仅是知识的堆砌，它更像是一张充满无限可能的藏宝图，为我指明了光纤传感技术未来发展的新方向。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我最大的感受是，微结构光纤光栅绝非一项孤立的技术，而是融合了光学、材料科学、精密制造和信息处理等多学科的交叉领域。书中在“特性”部分，对微结构光纤的光学传播特性进行了非常深入的分析，包括模式导引、色散特性以及非线性效应等。我尤其欣赏书中对“高双折射、模式耦合”等特性的详细阐述，以及它们如何影响光栅的传感性能。这些理论基础的扎实讲解，为理解后续的制备工艺和传感应用奠定了坚实的基础。同时，书中在介绍“制备工艺”时，并没有简单罗列设备和参数，而是着重于不同工艺之间的协同效应和互补性，例如如何结合紫外曝光和飞秒激光直写技术来制备高性能的光栅。这种系统性的视角，让我对整个技术链条有了更全面的认识。而“传感应用”部分，更是将前面提到的理论和工艺巧妙地串联起来，展示了微结构光纤光栅在解决实际问题中的强大能力。这本书的价值在于，它不仅仅是提供了一个技术的“点”，更是描绘了一个技术发展的“面”和“体”，让我能够站在更高的维度去审视和理解微结构光纤光栅的潜力。

评分☆☆☆☆☆

这本《微结构光纤光栅特性、制备工艺与传感应用研究》（毕卫红 等）简直是为我量身定做的！作为一名初涉光纤传感领域的在读研究生，我一直为找不到一本既有深度又不至于过于晦涩的入门书籍而苦恼。市面上很多教材要么理论过于抽象，要么实践性不足，总感觉隔靴搔痒。但当我翻开这本书，一种豁然开朗的感觉油然而生。首先，它的结构编排非常合理，从最基础的光纤光栅原理讲起，逐步深入到微结构光纤的特性，再到具体的制备工艺，最后落脚到传感应用。这种循序渐进的学习路径，让原本看似复杂的概念变得清晰易懂。特别是关于微结构光纤的章节，书中不仅详细介绍了各种结构（如空气孔光纤、长周期光纤光栅等）的优势和特点，还配有大量的示意图和理论推导，这对于我理解不同结构对光信号的影响至关重要。而且，书中在介绍制备工艺时，并没有停留在原理层面，而是详细阐述了不同工艺（如飞秒激光直写、化学腐蚀等）的优缺点、适用范围以及关键参数的控制，这对我进行实验设计和优化非常有指导意义。我甚至能在阅读的过程中，联想到自己课题组正在进行的实验，并尝试将书中的一些方法和思路进行对照和借鉴。总而言之，这本书对于想要系统学习微结构光纤光栅知识，并将其应用于实际传感领域的科研人员来说，无疑是一份宝贵的财富。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容绝对不是那种浅尝辄止的科普读物，它更像是为专业研究者量身打造的参考手册。从“制备工艺”这一章节开始，我就被其细致入微的描述所折服。作者们不仅列举了常用的制备技术，比如飞秒激光诱导折射率变化，还深入探讨了不同技术参数（如激光脉冲能量、扫描速度、曝光时间等）对最终光栅性能的影响。我尤其欣赏书中对于“光栅周期和调制深度”的精细控制的讨论。这直接关系到光栅的反射/透射谱的形状、峰值波长以及消光比，而这些都是衡量光栅性能的关键指标。书中通过大量的实验数据和图表，清晰地展示了这些参数变化的规律，让我能够更直观地理解其中的物理机制。而且，书中对于“应力加载、热处理”等后制备工艺的介绍，也十分到位。这些工艺往往是优化光栅性能、提高其稳定性和耐久性的关键步骤，书中对此的阐述，为实际操作提供了宝贵的经验。作为一名在实验室摸爬滚打多年的工程师，我深知理论与实践之间的鸿沟，而这本书，恰恰在两者之间架起了一座坚实的桥梁。它不仅告诉我们“是什么”，更教会我们“怎么做”，以及“为什么这样做”。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，在读这本书之前，我对“微结构光纤光栅”这个概念的理解相当模糊，认为它只是普通光纤光栅的一个小分支，没什么特别的。但这本书彻底改变了我的看法。它以一种非常严谨且富有启发性的方式，向我展示了微结构光纤如何通过引入空气孔或其他特殊结构，极大地拓展了光纤的传输和传感能力。书中关于“浸入式传感”的章节，令我印象深刻。作者详细地解释了如何利用微结构光纤内部的空气孔填充不同介质，从而实现对温度、折射率、化学物质等多种参数的灵敏测量。这种“内涵乾坤”的设计思路，远超了我之前对光纤传感器的认知。此外，书中对不同类型微结构光纤光栅（如倾斜光栅、长周期光栅）在传感应用中的具体优势和劣势进行了深入对比分析，这让我能够根据不同的传感需求，选择最合适的光栅类型。举个例子，当需要高灵敏度测量液体折射率变化时，书中提到的某些特定空气孔结构的倾斜光栅，其理论响应曲线和实验数据都得到了详尽的呈现，这为我进行实际的传感器设计提供了非常宝贵的参考依据。这本书的理论深度和实践指导性达到了一个相当高的水平，让我对微结构光纤光栅在未来的传感技术发展中扮演的关键角色有了更深刻的认识。