中紅外光學(xué)材料及應(yīng)用技術(shù)

目錄
“先進(jìn)光電子科學(xué)與技術(shù)叢書”序
前言
第1章 緒論 1
1.1 中紅外技術(shù)簡介 1
1.1.1 中紅外波段的特性 1
1.1.2 中紅外技術(shù)的發(fā)展 5
1.2 中紅外光學(xué)材料 6
1.2.1 固體發(fā)光材料 6
1.2.2 光纖材料 8
1.2.3 窗口和薄膜材料 8
1.2.4 波導(dǎo)材料 9
1.2.5 陶瓷和金剛石膜 9
1.3 中紅外應(yīng)用技術(shù) 10
1.3.1 中紅外氣體檢測(cè)技術(shù) 10
1.3.2 生物醫(yī)療技術(shù) 11
1.3.3 中紅外探測(cè)技術(shù) 12
1.3.4 中紅外激光光源技術(shù) 12
參考文獻(xiàn) 14
第2章 中紅外激光傳輸光纖 19
2.1 概述 19
2.2 光纖的種類 19
2.2.1 石英光纖 19
2.2.2 非石英光纖 24
2.3 光纖的制造 26
2.3.1 材料提純 26
2.3.2 光纖預(yù)制棒 27
2.3.3 光纖的拉制工藝 35
2.4 激光在光纖中的傳輸 37
2.4.1 傳輸方程 37
2.4.2 非線性效應(yīng) 38
2.4.3 色散效應(yīng) 43
2.4.4 傳輸損耗 46
2.5 光纖的應(yīng)用 48
2.5.1 光纖器件 48
2.5.2 光纖通信 54
2.5.3 光纖傳感 55
2.5.4 超連續(xù)譜光源 56
參考文獻(xiàn) 57
第3章 紅外光學(xué)薄膜 61
3.1 薄膜光學(xué)與光學(xué)薄膜 61
3.1.1 薄膜光學(xué)概論 63
3.1.2 光學(xué)薄膜的功能 75
3.1.3 光學(xué)薄膜的制備 80
3.2 中紅外光學(xué)薄膜材料 85
3.2.1 氟化物 86
3.2.2 硫系材料 86
3.2.3 硅系材料 87
3.2.4 鍺系材料 88
3.2.5 其他材料 88
3.3 紅外薄膜材料的發(fā)展趨勢(shì) 90
3.3.1 中紅外激光薄膜 90
3.3.2 硬質(zhì)碳基膜 91
3.3.3 紅外隱身膜 92
參考文獻(xiàn) 93
第4章 波導(dǎo) 95
4.1 概述 95
4.2 波導(dǎo)制備及測(cè)試技術(shù) 96
4.2.1 光波導(dǎo)簡介 96
4.2.2 波導(dǎo)制備技術(shù)及工藝 99
4.2.3 波導(dǎo)測(cè)試技術(shù) 102
4.3 硅基波導(dǎo) 105
4.3.1 絕緣襯底上硅 106
4.3.2 藍(lán)寶石上硅 110
4.3.3 氮化硅上硅 112
4.3.4 鈮酸鋰上硅 114
4.4 鍺和硅鍺波導(dǎo) 116
4.4.1 硅上的鍺 116
4.4.2 絕緣襯底上鍺 118
4.4.3 氮化硅上鍺 120
4.4.4 硅鍺合金 121
4.5 其他波導(dǎo)材料 123
4.5.1 硫系玻璃 123
4.5.2 氮化硅和氮化鋁 126
4.5.3 砷化鎵 130
4.5.4 鈮酸鋰 132
4.5.5 鍺錫合金 133
4.6 中紅外波導(dǎo)的應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì) 134
參考文獻(xiàn) 135
第5章 單晶與陶瓷 140
5.1 概述 140
5.1.1 透明與半透明 140
5.1.2 透明材料 140
5.1.3 陶瓷材料透明度表征 142
5.1.4 固態(tài)激光簡史 145
5.2 單晶制備工藝及性能表征 147
5.2.1 單晶材料簡述 147
5.2.2 單晶體制備工藝及性能 148
5.3 透明陶瓷工藝過程及性能表征 154
5.3.1 透明陶瓷概述 154
5.3.2 透明陶瓷材料分類 156
5.3.3 透明陶瓷燒結(jié)技術(shù) 170
5.3.4 透明陶瓷工藝過程若干影響因素 176
5.4 結(jié)論及展望 192
參考文獻(xiàn) 192
第6章 半導(dǎo)體發(fā)光材料 213
6.1 概述 213
6.1.1 中紅外半導(dǎo)體發(fā)光材料和器件發(fā)展簡介 213
6.1.2 半導(dǎo)體材料的發(fā)光機(jī)理 215
6.2 銻化物 217
6.2.1 銻化銦 217
6.2.2 銻化鎵 221
6.2.3 砷化銦 224
6.2.4 銦砷銻 226
6.2.5 銦鎵砷銻 230
6.2.6 鋁鎵砷銻 234
6.2.7 銦鎵砷磷 235
6.2.8 銦砷磷銻 238
6.2.9 銦鎵砷 239
6.2.10 銦鋁鎵砷 240
6.3 鉛化物 241
6.3.1 硫化鉛 241
6.3.2 硒化鉛 243
6.4 其他新材料 246
6.4.1 硅烯 246
6.4.2 黑磷 248
6.5 中紅外半導(dǎo)體發(fā)光器件制備技術(shù)及應(yīng)用 251
6.5.1 半導(dǎo)體發(fā)光器件制備技術(shù) 251
6.5.2 半導(dǎo)體發(fā)光材料和器件的應(yīng)用 255
參考文獻(xiàn) 257
第7章 紅外窗口材料 269
7.1 紅外窗口材料概述 269
7.2 鍺和硅 270
7.3 藍(lán)寶石和多晶氧化鋁 275
7.4 硫化鋅和硒化鋅 283
7.5 氟化鎂和氟化鈣 287
7.6 尖晶石和氮氧化鋁 290
7.7 砷化鎵和磷化鎵 296
7.8 氧化釔和YAG晶體 298
7.9 紅外光學(xué)玻璃 303
7.9.1 氧化物玻璃 303
7.9.2 硫系玻璃 307
7.10 其他紅外窗口材料 311
參考文獻(xiàn) 312
第8章 金剛石膜與類金剛石膜紅外光學(xué)應(yīng)用 321
8.1 金剛石膜的物理結(jié)構(gòu)和性能 321
8.2 金剛石膜的制備 322
8.2.1 熱絲化學(xué)氣相沉積法 323
8.2.2 直流電弧等離子體噴射化學(xué)氣相沉積制備 324
8.2.3 微波等離子體化學(xué)氣相沉積制備 325
8.3 金剛石膜的表征 327
8.3.1 拉曼譜 327
8.3.2 X射線衍射 328
8.3.3 硬度測(cè)試 329
8.3.4 掃描電鏡 329
8.4 金剛石膜在光學(xué)、紅外光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 330
8.5 金剛石膜打磨技術(shù) 334
8.6 納米和超納米金剛石膜 335
8.7 類金剛石膜的物理結(jié)構(gòu)和特性 338
8.8 類金剛石膜的制備方法 339
8.8.1 射頻輝光放電等離子體化學(xué)氣相沉積 340
8.8.2 磁控濺射制備法 340
8.8.3 磁控過濾陰極電弧沉積制備方法 341
8.8.4 脈沖激光沉積類金剛石膜 342
8.9 類金剛石膜的成膜機(jī)理 343
8.10 類金剛石膜的黏附力和穩(wěn)定性問題 346
8.11 類金剛石膜的表征 348
8.11.1 拉曼譜 348
8.11.2 X射線光電子譜 350
8.11.3 掃描電鏡和原子力顯微鏡 350
8.12 類金剛石膜的可見光、紅外光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用 351
8.12.1 紅外窗口探測(cè)器增透和保護(hù)膜應(yīng)用 352
8.12.2 太陽能電池增透和保護(hù)膜應(yīng)用 354
8.13 類金剛石膜紅外減反膜的抗摩擦和抗侵蝕性 356
參考文獻(xiàn) 357
第9章 2.0 μm波段激光器 368
9.1 摻銩激光器 370
9.1.1 銩離子能級(jí)結(jié)構(gòu)及泵浦方式 370
9.1.2 摻銩固體激光器 373
9.1.3 摻銩光纖激光器 381
9.2 摻鈥激光器 389
9.2.1 鈥離子能級(jí)結(jié)構(gòu)及泵浦方式 389
9.2.2 摻鈥固體激光器 390
9.2.3 摻鈥光纖激光器 397
9.3 增益調(diào)制2.0 μm激光器 407
9.3.1 增益調(diào)制激光器基本原理 408
9.3.2 增益調(diào)制2.0 μm半導(dǎo)體激光器 409
9.3.3 基于增益開關(guān)技術(shù)的2.0 μm半導(dǎo)體激光器 412
9.3.4 增益調(diào)制的2.0 μm光纖激光器 416
9.4 高功率2.0 μm波段激光器 425
9.4.1 高功率2.0 μm波段激光器概述 425
9.4.2 高功率連續(xù)波2.0 μm波段激光器 427
9.4.3 高功率納秒脈沖2.0 μm波段激光器 433
9.4.4 高功率皮秒脈沖2.0 μm波段激光器 438
9.4.5 高功率飛秒脈沖2.0 μm波段激光器 444
9.5 基于銩鈥激光的波長擴(kuò)展 450
9.5.1 銩激光泵浦拉曼激光器 451
9.5.2 銩激光泵浦超連續(xù)譜光源 458
9.6 2.0 μm光纖超熒光光源 471
9.6.1 摻銩ASE光源 473
9.6.2 摻鈥超熒光光源 476
9.7 2.0 μm波段激光器的應(yīng)用 481
9.7.1 2.0 μm波段激光在醫(yī)療方面的應(yīng)用 482
9.7.2 2.0 μm波段激光在工業(yè)方面的應(yīng)用 488
9.7.3 2.0 μm波段激光在其他方面的應(yīng)用 490
參考文獻(xiàn) 492
第10章 3～5 μm波段中紅外激光器 507
10.1 概述 507
10.1.1 中紅外激光器發(fā)展簡史和現(xiàn)狀 507
10.1.2 中紅外激光器的基本類別 509
10.1.3 中紅外激光器的相關(guān)測(cè)量技術(shù) 511
10.2 連續(xù)中紅外激光器 512
10.2.1 不同波長中紅外激光的實(shí)現(xiàn)方法 512
10.2.2 中紅外激光器的光譜管理技術(shù) 524
10.2.3 中紅外激光器的功率提升技術(shù) 530
10.3 脈沖中紅外激光器 541
10.3.1 微秒、納秒長脈沖中紅外激光器 541
10.3.2 皮秒、飛秒超短脈沖中紅外激光器 546
10.4 中紅外激光器波長變換技術(shù) 555
10.4.1 中紅外泵浦轉(zhuǎn)換技術(shù) 555
10.4.2 非線性參量轉(zhuǎn)換技術(shù) 558
10.4.3 受激拉曼頻移技術(shù) 565
10.4.4 中紅外頻率梳技術(shù) 568
10.4.5 中紅外超連續(xù)譜技術(shù) 575
10.5 中紅外激光器應(yīng)用 577
10.5.1 工業(yè)、醫(yī)療等領(lǐng)域 577
10.5.2 前沿技術(shù)領(lǐng)域 579
參考文獻(xiàn) 581
第11章 中紅外可飽和吸收體脈沖激光器 589
11.1 中紅外脈沖光纖激光器概述 589
11.2 中紅外可飽和吸收體的種類與制備方法 590
11.2.1 一維材料可飽和吸收體 590
11.2.2 二維材料可飽和吸收體 593
11.2.3 其他可飽和吸收體 600
11.3 中紅外可飽和吸收體表征方法 602
11.3.1 材料常用表征方法 602
11.3.2 非線性光學(xué)特性表征 608
11.4 中紅外可飽和吸收體調(diào)Q技術(shù) 614
11.4.1 激光脈沖的產(chǎn)生 614
11.4.2 可飽和吸收體調(diào)Q原理及特性分析 615
11.4.3 中紅外可飽和吸收體調(diào)Q激光器 622
11.5 中紅外可飽和吸收鎖模技術(shù) 630
11.5.1 可飽和吸收體鎖模基本原理 631
11.5.2 中紅外可飽和吸收體鎖模激光器 635
參考文獻(xiàn) 638