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国外飞秒激光教材评介 张心正 涂成厚 （南开大学物理学院 天津 300071） 摘 要 飞秒激光是新的科学技术分支，目前国内还没有较全面 的飞秒激光教材。本文对国外相关教材《Femtosecond Laser Pulses – Principles and Experiments》的主要内容、特点等几个方面对其进行了介绍和点评。 关键词 飞秒激光 激光 外国教材 飞秒激光（Femtosecond Laser）是八十年代初期诞生并迅速发展起来的激光前沿研究领域和新的科学技术分支。近二十年来，从染料激光器到克尔透镜锁模的钛宝石飞秒激光器，以及后来的二极管泵浦的全固态飞秒激光器和飞秒光纤激光器，– Principles and Experiments——飞秒激光脉冲 – 原理和实验》（Springer 2005）是一本优秀的飞秒激光方面的英文教材，国内外许多大学将此书作为教材，这是一本值得关注、研究的物理学名著。 1．飞秒激光研究的意义和该书的写作背景 飞秒激光的发展与超快过程的探测息息相关，它为我们提供了一种时间分辨率高达10-15 秒的光探针，使得我们有可能了解原子、分子的结构及其超快运动过程。通常的规律是：能探测运动过程的速度越高，对微观世界在空间的认识上则越细微。因此可以说，获得的激光脉冲宽度越窄，能促使我们研究物质微观世界的层次也就越深。这样，用超快技术研究超快过程成了超快光子学的主要任务之一。目前，对超快过程的研究表现最为活跃的方面有：飞秒半导体物理、飞秒化学中分子动力学过程、生物光合作用的超快过程、飞秒光电子技术、飞秒光谱全息技术、光层析(OCT)及光子成像技术。由于飞秒激光所具有的超短超强和高分辨率在医学、超精细微加工、高密度信息储存和记录方面都有着很好的发展前景– 原理和实验》正是基于1992年开始的每周一次的飞秒训练课程，随着日积月累在很多专家的努力下而逐渐形成了该教科书。 2．本书的主要内容： 第一章简单回顾了激光的基本原理：受激辐射、粒子束反转、谐振腔的稳定性以及激光产生，以便读者能更好的理解超快脉冲的产生过程。 第二章介绍超短脉冲通过不同的光学器件和样品时实验中的基本问题，以及脉宽与带宽之间的关系及脉冲光下出现的各种非线性效应。 第三章描述如何通过锁模方式产生超短脉冲，包括锁模原理、主动锁模、被动锁模以及自锁模等。 第四章首先介绍几种典型的超短脉冲激光器，如气体激光器、染料激光器和固态激光器等，接下来讲非锁模产生超短脉冲的方法，最后讲超短脉冲激光器的必威体育精装版进展，包括半导体泵浦激光器、飞秒光纤激光器、飞秒半导体激光器以及一些可用于产生飞秒脉冲的增益介质。 第五章主要介绍半导体脉冲激光器（双异质结激光器、量子阱激光器VCSEL激光器等）及其特征。 第六章主要介绍现有的操控和改变超短脉冲特征参数的方法，如脉宽压缩、放大、波长调谐等。 第七章详细介绍如何测量超短脉冲的特征参数，如能量、功率、脉冲时间轮廓、光谱测量、振幅-相位测量（包括FROG、频率快门、SPIDER等方法）等。 第八章描述了分析样品动力学的几种基本的光谱学方法，如泵浦探测技术、时间分辨发射谱、电子学方法（如条纹相机、单光子计数）和光学方法（如克尔快门、上转换荧光法方法）、时间分辨激发相关光谱、瞬态快门技术等。最后展示了几个典型的实验及结果，如基于克尔效应的一些研究、波分复用中衍射图样的直接观测等。 第九章主要涉及当脉宽和样品的相干时间一样短时所遇到的问题，以及利用布洛赫方程得到的一些简单影像。 第十章主要讲太赫兹波的产生、测量及时域太赫兹光谱。 第十一章回顾利用物理过程中的相干控制来调控原子、分子和固体中的演化，并用几个导向反应的例子说明了这种技术的可行性。 第十二章介绍了如何利用飞秒与物质相互作用产生高阶谐波，并可作为阿秒脉冲源的问题。尽量能让读者能对阿秒脉冲产生的原理以及该过程中涉及到的难点有一个好的理解。 3．本书的特点 本书的一大特点是全面，即讲解了飞秒脉冲的基本原理又讲解了如何使用飞秒脉冲。本书从飞秒激光的原理出发，介绍了超短脉冲光产生的原理、超短光脉冲的性能参数以及如何控制这些参数。同时详细阐述了飞秒激光领域中的各种问题，包括阿秒脉冲在远紫外光谱领域的产生、通过确定飞秒脉冲的形态的方式以及使化学反应的相干控制成为可能等新的研究等。在最后几章讲了超短光脉冲的几种应用，尤其是基于超短激光脉冲的实验方法。除此之外，在第二版中还增加了两个新的主题：通过裁剪飞秒脉冲形状实现化学反应中的相干控制（第十一章）以及x射线-紫外波段的阿秒脉冲产生技术（第十二章）。这就为希望在飞秒科学中深造的科学工作者提供了很好的参考，因此本书适用于那些没有必要被培训成激光专