阿秒激光技术 [Attosecond Laser Technology] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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曾志男，李儒新 著

图书标签:

• 阿秒激光
• 飞秒激光
• 强场物理
• 原子物理
• 分子物理
• 激光物理
• 光学
• 光谱学
• 超快光学
• 量子电子学

出版社： 国防工业出版社

ISBN：9787118105278

版次：1

商品编码：11974391

包装：平装

丛书名： 现代激光技术及应用丛书

外文名称：Attosecond Laser Technology

开本：16开

出版时间：2016-07-01

用纸：胶版纸

页数：205

字数：252000

正文语种：中文

产品特色

内容简介

　　

国家出版基金项目、“十二五”国家重点图书出版规划项目

丛书共计23分册，860余万字，以激光技术的进展为核心，围绕高功率、高亮度激光器，激光束的传输、控制以及在国防中的应用三个领域，系统且重点突出地介绍了现代激光技术的发展与应用。丛书包含现代激光技术的进展、关键科学技术问题，所有编写人员都是长期从事该领域研究并获得重要成果的一流研究人员，因此，书中不仅理论系统，还含有大量作者的心得体会、研究成果，实用价值很高，引领性强。

丛书可供从事激光技术研究的科研工作者和工程技术人员参考，同时对于物理学、光学、电子技术等专业的本科生、硕士及博士研究生来说，也是一套非常有价值的参考书。

自2001年产生亚飞秒脉冲以来，其产生和应用被深入广泛研究。《阿秒激光技术》主要介绍强场物理领域亚飞秒与阿秒激光相关的基础知识和新发展动态，介绍飞秒强激光与原子分子的相互作用，高次谐波光源的产生与应用，亚飞秒与阿秒激光的产生、测量及应用，以及与这些研究相关的飞秒激光技术及其发展。
　　本科生可以通过阅读《阿秒激光技术》对强场物理领域有一定的了解，研究生及其他科研工作者通过《阿秒激光技术》的阅读可以深入了解亚飞秒及阿秒激光的技术和应用。

作者简介

李儒新，博士，研究员，现任中科院上海光机所副所长、强场激光物理国家重点实验室主任。主要研究方向是强场(高功率和超短脉冲)激光物理与技术，高功率激光与物质相互作用, 飞秒、亚飞秒超快激光物理与技术等。已发表论文100余篇，获批准和被受理发明专利20项，近年来已十余次应邀在重要国际学术会议如国际量子电子学会议上发表大会特邀报告。研究成果得到国内外同行的重点引用与高度评价。近五年来，作为负责人承担了973项目课题、863项目、国家杰出青年基金项目、中国科学院重要方向项目、上海市基础研究重大项目、中科院百人计划项目等十余项科研项目。 先后获得1999年首届全国优秀博士学位论文奖，1999年国家杰出青年科学基金，1999年第四届中国科学院优秀青年称号，2001年度中国科学院青年科学家奖, 2004年度上海市优秀回国人才，2005年第十二届“上海十大杰出青年”和上海市新长征突击手标兵等奖励和荣誉称号。获得2001年度国家自然科学奖二等奖和2004年度国家科技进步奖励一等奖。

内页插图

目录

第1章 基本原理
1．1 强场相互作用
1．1．1 微扰非线性光学
1．1．2 强场非线性光学
1．1．3 电离机制
1．2 气体高次谐波概述
1．2．1 气体高次谐波产生的理论模型
1．2．2 气体高次谐波产生过程的数值计算方法
1．2．3 气体高次谐波的相干性
1．3 气体高次谐波的应用
1．3．1 相干软X射线显微
1．3．2 超快复合成像
1．3．3 超快飞秒X射线光源
1．4 国内外研究进展
1．4．1 气体高次谐波实验装置
1．4．2 气体高次谐波的波长
1．4．3 气体高次谐波的产率
1．4．4 气体高次谐波产生过程的相干控制
1．5 附录
1．5．1 原子单位制
1．5．2 超短激光脉冲的数学描述
1．5．3 惰性气体的折射率和色散
1．5．4 几种常用气体对X射线的透过率
1．5．5 一些金属滤膜的性质
1．5．6 几种常见金属反射镜
1．5．7 超短脉冲传播方程的推导
1．5．8 平焦场光栅光谱仪
1．5．9 时间频率分析
1．5．10 虚时间演化
1．5．11 傅里叶变换方法计算动能项
参考文献

第2章 阿秒激光产生与测量
2．1 阿秒激光概述
2．2 阿秒激光的产生方法
2．2．1 少周期激光脉冲泵浦激光方案
2．2．2 偏振时间门方案
2．2．3 DOG和GDOG
2．2．4 双色场方案
2．2．5 其他方案
2．3 阿秒激光的测量原理
2．3．1 阿秒脉冲的自相关测量
2．3．2 阿秒脉冲的互相关测量
2．4 国内外研究进展
参考文献

第3章 阿秒激光的应用
3．1 阿秒激光应用概述
3．2 阿秒脉冲泵浦，探测技术
3．2．1 超快泵浦·探测研究电子动力学过程
3．2．2 超快四维成像技术
3．3 阿秒脉冲在不同领域的应用前景
参考文献

第4章 相关的驱动激光技术
4．1 啁啾脉冲放大技术简介
4．2 高强度少周期激光脉冲
4．2．1 锁模超短脉冲
4．2．2 高能量少周期激光脉冲的产生
4．2．3 秒激光脉冲脉宽测量技术
4．3 载波包络相位稳定技术
4．3．1 载波包络相位的概念
4．3．2 载波包络相位的测量
4．3．3 载波包络相位的稳定
4．4 OPA技术和中红外激光
参考文献

前言/序言

　　随着科学技术的发展，人们对物质世界的了解越来越深入。在构筑万物基础的微观世界，生物、化学和物理的界限正在逐步消失，因为其根本都是来自电子运动，如分子内的电子运动负责生物信息传递、改变化学产物以及生物系统功能，信息处理的速度则可以通过采用更小的纳米电路来提高等。这些电子运动的时间尺度从几十阿秒（10-18S）到几十飞秒（10-15s），对这些电子运动的了解是解释所有生物、化学和物理现象的基础。阿秒量级的超高时间分辨率与原子尺度（10-8cm）的超高空间分辨率相结合将可能实现人类了解和把握原子一亚原子微观世界中极端超快现象的梦想。同时，电子态的超快相干控制是21世纪国际物理学前沿领域之一，也是量子操控与新材料的重要研究方向之一。由量子力学理论可知，△E·△t～h，也就是说，当电子能量状态变化达到3.83eV以上时，电子运动周期就可能在1fs以下，进入阿秒的时间尺度。
　　1987年，气体高次谐波的发现为相干X射线光源的研究注入了一股新鲜血液，世界上各个著名的实验室纷纷加入到气体高次谐波辐射研究的队伍中，使气体高次谐波辐射成为强场激光物理领域最激动人心的研究课题之一。除了获得相干的、波长连续可调谐的、脉冲持续时间极短的XUV和软X射线源外，气体高次谐波是突破飞秒时间极限、获得阿秒时间尺度相干脉冲的选择光源。气体高次谐波由于辐射谱呈现超宽的平台区，可以获得亚飞秒甚至阿秒的XUV脉冲，可将超快过程的测量范围扩展到各种物质形态中电子的运动过程，如复杂分子中的电荷跃迁、分子中价电子的运动状态等。基于气体高次谐波产生的阿秒脉冲，阿秒科学得到了飞速发展。阿秒科学是测量技术的革命，在人类历史上，它首次提供了超快电子运动的直接时域观测。
　　本书较全面地介绍了阿秒科学领域的基础知识和新进展，以及作者在该领域从事的课题研究和主要成果。全书内容分为4章，分别是基本原理、阿秒激光的产生与测量、阿秒激光的应用、相关的驱动激光技术。各章的主要内容如下。第1章较系统地介绍了阿秒激光的历史和理论基础，从气体高次谐波的发现到其理论模型的建立、发展，以及阿秒激光的理论基础等；第2章主要介绍了阿秒激光产生和表征的相关技术，包括各种产生方法、超短脉冲的测量方法等；第3章介绍了阿秒激光在各个领域的应用，以及各种超快电子动力学过程的研究技术和方法；第4章介绍与阿秒激光技术相关的驱动激光技术。阿秒激光产生及应用是非常高精密的实验技术，它也引领了相关激光技术的不断发展。

光纤激光器在生物医学成像领域的最新进展 概述 生物医学成像技术的进步，特别是光学成像，在疾病诊断、治疗监测和基础生物学研究中扮演着至关重要的角色。近年来，光纤激光器凭借其独特的优势，如紧凑的尺寸、高功率、优异的光束质量以及易于集成，已成为生物医学成像领域的一项极具前景的技术。本专著深入探讨了光纤激光器在生物医学成像中的最新进展，涵盖了从基础原理到前沿应用的广泛主题。我们将重点关注不同类型光纤激光器的发展，它们如何被定制以满足特定成像需求，以及它们在多种成像模式中的应用，包括荧光成像、光声成像、多光子显微镜和光学相干断层扫描（OCT）等。此外，本专著还将讨论光纤激光器在推动高分辨率、深层穿透以及功能性成像方面的挑战和机遇。 第一章：光纤激光器的基础及其在生物医学成像中的潜力 本章将为读者提供光纤激光器工作的基本原理，包括其光放大机制、增益介质（如掺铒、掺镱光纤）、谐振腔设计以及输出特性的关键参数（如波长、脉冲宽度、功率和光束质量）。我们将重点讨论光纤激光器相比于传统固体激光器和气体激光器的优势，尤其是在生物医学成像领域。这些优势包括： 紧凑的设计和高集成度： 光纤激光器通常体积小巧，易于集成到便携式或显微镜系统中，降低了设备的复杂性和成本。 高功率输出和优异的光束质量： 能够产生高平均功率和高峰值功率，同时保持良好的光束质量（低M²值），这对于实现高信噪比和高分辨率的成像至关重要。 可调谐性： 许多光纤激光器系统可以通过改变工作参数或使用特定增益光纤来实现输出波长的调谐，从而匹配不同生物分子的激发或探测窗口。 可靠性和稳定性： 光纤激光器具有良好的长期稳定性，对环境因素不敏感，这对于需要重复性实验和临床应用的场合非常重要。 脉冲特性控制： 能够产生各种脉冲形式，从连续波（CW）到飞秒、皮秒脉冲，满足不同成像模式的需求。 本章还将初步介绍光纤激光器在生物医学成像中的多样化潜力，为后续章节的深入讨论奠定基础。 第二章：用于生物医学成像的不同类型光纤激光器 本章将详细介绍几种关键的光纤激光器类型及其在生物医学成像中的具体应用。我们将深入研究： 连续波（CW）光纤激光器： 讨论它们在荧光显微镜、光声成像等需要稳定连续光源的应用中的作用，以及如何通过光纤耦合实现灵活的光束传递。 锁模光纤激光器： 重点介绍皮秒和飞秒锁模光纤激光器。 皮秒光纤激光器： 探讨其在多光子显微镜、某些类型荧光成像中的应用，因其在提供足够非线性效应的同时，能够降低光损伤。 飞秒锁模光纤激光器： 深入分析其在实现高强度、短脉冲激发方面的优势，特别是在多光子激发、非线性光学成像（如二次谐波成像、二次谐波显微镜）以及高分辨率光声成像中的关键作用。我们将讨论如何通过飞秒脉冲实现高效的非线性过程，以及它们对生物组织的光损伤的最小化。 可调谐光纤激光器： 介绍如何通过光栅、布拉格光栅或非线性过程实现波长调谐，以及它们在宽场荧光成像、光谱分辨成像、光动力疗法（PDT）激活和OCT中的灵活性。 高功率光纤激光器： 讨论高平均功率和高峰值功率光纤激光器在穿透深层组织、实现更快的成像速度以及用于高分辨率光声成像中的重要性。 第三章：光纤激光器在荧光成像中的应用 荧光成像作为生物医学研究中最常用的技术之一，对光源的性能有着严格的要求。本章将聚焦光纤激光器如何革新荧光成像： 高效率激发： 讨论如何利用特定波长（如可见光、近红外）的光纤激光器，有效地激发各种生物荧光探针和内源性荧光分子。 多色荧光成像： 探讨如何使用多波长光纤激光器阵列或可调谐光纤激光器，同时激发和区分多种荧光标记，实现更复杂的功能性成像。 共聚焦显微镜和超分辨显微镜： 分析光纤激光器作为这些先进成像技术中的核心光源，如何提高图像信噪比、空间分辨率和成像速度。我们将详细介绍光纤激光器在STED（受激发射损耗）显微镜、SIM（结构光照明显微镜）和PALM/STORM（光激活定位显微镜/随机光学重建显微镜）等技术中的贡献。 光损伤的最小化： 讨论飞秒和皮秒光纤激光器如何通过短脉冲宽度和高峰值功率，在实现高效激发的同时，显著减少对敏感生物样本的光毒性损伤，延长成像时间。 第四章：光纤激光器在光声成像（PAI）中的作用 光声成像是一种结合了光学激发和超声探测的混合成像技术，能够提供良好的组织穿透深度和高分辨率。本章将深入探讨光纤激光器在PAI中的关键作用： 高效光声信号产生： 讨论如何利用不同波长的光纤激光器（特别是可调谐激光器），根据组织吸收特性进行优化激发，从而产生强烈的声学信号。 宽光谱范围激发： 重点介绍可调谐光纤激光器如何实现宽光谱范围的PAI，从而能够探测不同的生物吸收体，如血红蛋白（氧合与脱氧）、黑色素、脂质以及外源性造影剂，实现功能和分子成像。 高重频激光器的优势： 分析高重复频率光纤激光器如何提高PAI的成像速度和帧率，对于动态过程的成像至关重要。 便携式PAI系统： 讨论光纤激光器的小型化优势如何促进开发便携式PAI设备，为床旁诊断和现场应用提供可能。 深度和分辨率的提升： 探讨光纤激光器的功率和光束质量如何影响PAI的穿透深度和图像分辨率。 第五章：光纤激光器在多光子显微镜（MPM）中的核心地位 多光子显微镜，特别是双光子激发显微镜（2PE）和三光子激发显微镜（3PE），因其能够实现深层组织成像和降低光损伤而广泛应用于生命科学。本章将详细阐述光纤激光器在MPM中的核心地位： 非线性激发机制： 详细解释多光子激发过程，以及为什么需要高功率、短脉冲的激光器才能实现。 飞秒/皮秒光纤激光器的选择： 讨论不同脉冲宽度的光纤激光器（飞秒和皮秒）在MPM中的适用性，以及它们对激发效率、光损伤和图像质量的影响。 近红外（NIR）波长优势： 重点介绍近红外光纤激光器（如1064 nm、1550 nm）为何是MPM的首选光源，因为近红外光在生物组织中的散射和吸收较小，能够实现更深的穿透。 多光子成像应用： 涵盖光纤激光器驱动的MPM在神经科学（如活体动物脑成像）、免疫学（如活体淋巴结成像）、肿瘤学和发育生物学等领域的广泛应用。 高分辨多光子成像： 讨论如何通过优化光纤激光器的光束质量和脉冲特性，进一步提高MPM的空间分辨率。 第六章：光纤激光器在光学相干断层扫描（OCT）中的新兴应用 光学相干断层扫描（OCT）是一种非侵入性的光学成像技术，能够提供组织断层的微米级分辨率图像。本章将探讨光纤激光器在OCT领域的新兴应用： 宽带光源的实现： 介绍如何利用特种光纤（如超连续谱发生器）产生超宽带光源，这是实现高分辨率OCT的关键。 频域OCT（FD-OCT）和时域OCT（TD-OCT）： 讨论光纤激光器如何作为这些OCT模式的理想光源，并分析其对成像深度和速度的影响。 多光子OCT： 探讨将光纤激光器的非线性激发特性与OCT相结合，以实现具有深度选择性和高分辨率的功能性成像。 增强OCT性能： 分析光纤激光器的稳定性、高功率和可调谐性如何提升OCT的穿透深度、信噪比和成像速度。 临床OCT应用： 简述光纤激光器驱动的OCT在眼科、皮肤科、心血管成像以及内窥镜检查等临床诊断中的潜力。 第七章：光纤激光器在生物医学成像中的挑战与未来展望 本章将总结光纤激光器在生物医学成像领域所面临的挑战，并展望未来的发展方向： 光损伤的控制和监测： 尽管飞秒激光器能降低损伤，但在高强度或长时间成像时，光损伤仍然是需要关注的问题，需要开发更有效的监测和控制策略。 成本和复杂性： 尽管光纤激光器相对紧凑，但高性能、高功率或超宽带的光纤激光器系统成本仍然较高，限制了其在某些领域的普及。 集成和小型化： 如何进一步集成更多的功能（如多波长输出、脉冲整形）到更小的光纤激光器系统中，以实现更便携、更易于使用的成像设备。 新型光纤增益介质和非线性效应： 探索新型光纤材料和非线性效应，以实现更广泛的波长范围、更高的功率和更优异的脉冲特性。 与人工智能（AI）和机器学习的融合： 讨论如何利用AI和机器学习技术，结合光纤激光器强大的成像能力，实现更智能化的图像分析、数据处理和自动诊断。 新兴成像模式的开发： 展望光纤激光器在开发全新的生物医学成像技术（如全息成像、计算成像、量子成像）中的潜力。 临床转化： 讨论如何加速光纤激光器在生物医学成像领域的临床转化，推动其在疾病早期诊断、精准治疗和个性化医疗中的广泛应用。 结论 光纤激光器以其独特的优势，正在深刻地改变着生物医学成像的面貌。从提供稳定可靠的荧光激发源，到实现深层、高分辨率的光声和多光子成像，再到驱动宽带OCT的发展，光纤激光器已经成为实现下一代生物医学成像技术的关键推动力。本专著希望为研究人员、工程师和临床医生提供一个全面而深入的视角，理解光纤激光器在这一领域的最新进展，并激发更多创新性的应用和研究。随着技术的不断进步，我们有理由相信，光纤激光器将在未来的生物医学成像领域扮演越来越重要的角色，为人类健康带来更美好的未来。

评分☆☆☆☆☆

对于“阿秒”这个词，我首先联想到的是物理学领域那些令人惊叹的突破。我一直对激光技术本身的发展很感兴趣，尤其是在时间尺度上不断突破极限的技术。这本书的题目吸引了我，因为它直接点出了“阿秒激光技术”，这暗示着它将深入探讨如何在如此短暂的时间尺度上产生和操控激光。我比较关注书中是否会详细阐述高次谐波产生（HHG）的过程，以及如何通过调整泵浦激光的参数来控制产生的阿秒脉冲的波长和脉冲宽度。同时，我也对阿秒脉冲的测量和表征技术非常好奇，例如，是否存在一些独特的测量方法能够准确地诊断阿秒脉冲的特性？此外，这本书的应用部分我也非常期待，比如，阿秒激光在超快动力学研究中的具体应用，如电子动力学、化学反应动力学，甚至在光电子学和材料科学领域的潜在价值。我希望这本书能够提供一个清晰的视角，让我理解阿秒激光技术如何成为探索微观世界瞬息万变的有力工具，并且它在未来可能为科学和技术发展带来怎样的影响。

评分☆☆☆☆☆

我一直对那些能够“看见”极微小、极快速过程的技术充满好奇，而“阿秒”这个词，在我听来就充满了极致的速度感。我并不具备深厚的物理学背景，所以对具体的科学原理可能需要更通俗易懂的解释。我希望这本书能从基础讲起，比如，究竟是什么样的“魔法”让我们可以产生比飞秒还要短的脉冲？这些脉冲是怎么被“抓住”并用来研究其他物质的？书中是否有机会介绍一些典型的实验装置，让我能够直观地感受到阿秒激光技术的“长相”和工作流程？而且，我一直对一些前沿科技的应用充满了向往，比如，阿秒激光能否在能源领域有所突破，或者在药物研发方面带来新的视角？如果书中能够穿插一些生动有趣的案例，描述科学家们是如何利用阿秒激光解决了哪些曾经困扰他们的大难题，那一定会让我觉得非常受启发。毕竟，科学的魅力不仅在于理论的精妙，更在于它如何改变我们认识世界的方式，甚至解决我们面临的挑战。

评分☆☆☆☆☆

我接触过一些关于超快科学的书籍，但阿秒这个时间尺度对我来说还是一个相对新的概念。印象中，阿秒激光技术似乎与高次谐波产生有很大的关联，但具体的物理机制和实现方式一直让我觉得有些抽象。这本书的出现，对我来说就像是一个机会，能够系统地了解一下这个领域。我特别关注这本书是否会详细介绍阿秒脉冲的产生原理，例如，是如何通过超强激光与物质相互作用来产生极紫外光甚至X射线，进而达到阿秒的时间分辨率的。我希望书中能给出清晰的解释，包括相关的理论模型和关键的技术参数。另外，阿秒激光技术在科学研究中有哪些重要的应用，这也是我非常想了解的部分。比如，在原子、分子物理学中，它是否能够观测到电子的隧穿、激发和弛豫过程？在凝聚态物理中，它又能否帮助我们研究载流子的动力学行为？我个人也对阿秒脉冲的测量和诊断技术非常感兴趣，了解如何准确地确定阿秒脉冲的参数，这本身就是一项挑战。希望这本书能够提供足够的信息，让我对阿秒激光技术有一个全面而深入的认识。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我抱持着一种探索未知的好奇心翻开了这本书。对于“阿秒”这个时间尺度，我首先想到的是它超越了我们日常经验太多，几乎难以想象。书名中的“激光技术”让我联想到那些复杂精密的仪器和控制系统，总觉得里面会充斥着我不太熟悉的物理学和工程学概念。但我对那些能够“捕捉”微观世界瞬息万变的工具一直很着迷，就像用慢动作回放去观察飞速掠过的闪电，或者用超高清镜头去看蝴蝶翅膀扇动的细节。我特别希望能在这本书里找到关于阿秒脉冲是如何被“制造”出来的答案，比如有没有什么特别的光源是必需的？它的产生过程中会遇到哪些障碍，又是如何克服的？除此之外，我脑海中还浮现出很多关于阿秒激光的应用场景。比如，在材料科学领域，它能否帮助我们理解材料在极短时间内会发生怎样的结构变化？在化学领域，是否能揭示一些以前难以捉摸的化学反应机理？甚至在生物领域，它有没有可能帮助我们观察到分子层面的生命活动？我对这些充满想象的科学探索充满了期待，希望这本书能为我打开一扇通往微观世界神奇景象的大门。

评分☆☆☆☆☆

这本书我早就听说过，一直想找个机会深入了解一下，但手头事情实在太多，总也抽不出完整的时间。我之前对阿秒激光的了解主要停留在一些科普文章和新闻报道上，知道它非常快，能够捕捉到原子和分子的超快动态，但具体是怎么实现的，有哪些技术挑战，以及在哪些前沿领域有应用，这些细节就模糊不清了。我希望这本书能够系统地梳理阿秒激光的产生原理，比如如何利用高次谐波产生，不同激光源的优势与劣势，以及在实验装置设计上的一些关键考虑。另外，我特别感兴趣的是阿秒光谱学的具体应用，比如它如何帮助我们理解化学反应的瞬时过程，如何探测电子在材料中的运动，甚至在生物学领域是否有潜力。如果书中能有一些具体的实验案例分析，能够展示阿秒激光在解决实际科学问题上的威力，那就更好了。当然，作为一本技术书籍，对理论的严谨性和数学推导的要求也会比较高，我希望这本书在保证理论深度和准确性的前提下，也能兼顾一定的可读性，让我这个非专业出身的读者也能有所收获，而不是被一堆复杂的公式和术语吓退。