激光的偏振讲解
光纤激光器的偏振态变化
光纤激光器的偏振态变化光纤激光器是一种利用光纤作为放大介质的激光器，其波长范围广、功率大、激光质量好、激光器表现优良等特点，被广泛应用于通信、医疗、材料加工等领域。
而光纤激光器的偏振态变化是光纤激光器中一个重要的研究课题。
偏振态对于光纤激光器的性能和应用有着重要的影响，因此对光纤激光器的偏振态变化进行深入的研究具有重要的意义。
一、光纤激光器的偏振态光纤激光器是一种将光纤作为激光放大介质的激光器，一般来说，光纤激光器的输出光可以是不同偏振态的。
简单来说，光的偏振是指光在空间中传播时电磁场向某一特定方向振动的性质。
偏振态是描述这个振动方向的物理量，用于描述光的偏振状态。
而光纤激光器的偏振态通常可以分为两种：线偏振和随机偏振。
其中，线偏振是指光的振动方向固定，随机偏振是指光的振动方向不固定。
在光纤激光器中，产生线偏振的原因主要是光纤的几何形状和材料的各向异性。
在光纤激光器中，如果光线偏振方向沿着长轴方向，则称为光的快轴方向；如果光的线偏振方向沿着慢轴方向，则称光的慢轴方向。
在光纤激光器中，快轴和慢轴对应的折射率一般是不同的，这样导致光的快轴和慢轴传播速度也不同。
二、光纤激光器偏振态变化的影响因素光纤激光器的偏振态受到许多因素的影响，主要包括光纤的几何形状和材料的各向异性，以及外界环境因素等。
光纤激光器的几何形状和材料的各向异性是最主要的影响因素。
在光纤激光器中，光线偏振方向沿着长轴方向的光纤称为快轴光纤，光线偏振方向沿着短轴方向的光纤称为慢轴光纤。
而快轴光纤和慢轴光纤的折射率一般是不同的，这样导致光的快轴和慢轴传播速度也不同。
因此，光纤激光器中的偏振态主要是由于光在光纤中的快轴和慢轴传播速度不同引起的。
此外，外界环境因素也会对光纤激光器的偏振态产生影响。
例如，光纤激光器的温度、压力、应力等因素都会对光纤的几何形状和材料的各向异性产生影响，从而影响光的偏振态。
三、光纤激光器偏振态变化的研究方法目前，研究光纤激光器偏振态变化的方法主要包括理论模拟和实验验证两种。
13.6光的偏振 激光
产生上述现象的原因:
1. 太阳、电灯等普通光源发出的光，包 含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的 光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都 相同．这种光叫做自然光 .
2. 自然光通过第一个偏振片（叫做起偏 器）之后，只有振动方向跟偏振片的透振方 向一致的光波才能通过．也就是说，通过第 一个偏振片的光波，在垂直于传播方向的平 面上，只沿着一个特定的方向振动。这种光 叫做偏振光。
【分析】起偏器和检偏器的偏振方向 垂直时，没有光通过；偏振方向平行时， 光强度达到最大当其中一个偏振片转动180 度的过程中，两偏振片的方向由垂直到平 行再到垂直，所以通过的光先增强，又减 小到零，选项A正确．
激光
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一、激光的产生
某些物质的原子中的粒子受光或电刺 激，使低能级的原子变成高能级原子，而 辐射出相位、频率、方向等完全相同的 光，这种光叫作激光。 激光的产生原理是利用了物质原子受
（ A）
玻璃门表面 的反光很强
（ A）
玻璃门表面 的反光很强
（ B）
用偏光镜减弱 了反射偏振光
（ A）
玻璃门表面 的反光很强
（ B）
用偏光镜减弱 了反射偏振光
（ C）
用偏光镜消除 了反射偏振光 使玻璃门内的 人物清晰可见
不加偏振片拍摄， 橱窗中景模 糊不清
不加偏振片拍摄， 橱窗中景物模 糊不清
魟鱼（Stingray）系统 美国洛克希德.桑德斯 公司开发的AN/PLQ-5 激光对抗装置. 也是一 种致盲兼软杀伤武器
激光对抗装置
所以，光是一种横波。
光的偏振现象并不罕见。除了从光源（如 太阳、电灯等）直接发出的光以外，我们通常 看到的绝大部分光，都是偏振光。自然光射到 两种介质的界面上，反射光和折射光都是偏振 光，入射角变化时偏振的程度也有变化。
光纤激光器的偏振态变化
光纤激光器的偏振态变化
光纤激光器的偏振态变化主要涉及到两个方面：激光器本身的偏振特性和外界环境的影响。
1. 激光器本身的偏振特性：光纤激光器一般有两种主要的偏振状态，即线偏振和随机偏振。
线偏振激光器输出的光是具有确定的偏振方向的，通常为纵向或横向偏振。
而随机偏振激光器输出的光则是具有随机的偏振方向，没有明确的偏振特性。
2. 外界环境的影响：光纤激光器的偏振态也会受到外界环境的影响而发生变化。
例如，在通过光纤传输过程中，光纤的形变、拉伸、弯曲等因素会导致光纤中的偏振态发生变化。
外界的温度、压力、振动等因素也可能对光纤激光器的偏振态产生影响。
为了保持光纤激光器的偏振态稳定，可以采取以下措施：
- 使用偏振控制器或偏振稳定器来实现对光纤激光器输出光的偏振控制和稳定。
- 对光纤进行适当的保护和固定，减少其在环境中受到的外界影响。
- 优化光纤激光器的工作环境，例如控制温度、降低振动等。
光纤激光器的偏振态变化是一个复杂的问题，涉及到激光器本身的偏振特性和外界环境的影响。
合理的设计和控制可以减小偏振态变化，保持光纤激光器的稳定输出。
激光光现象偏振剖析
光偏振现象目的：1、学习产生和鉴别各种偏振光并对其进行观察和分析2、了解和掌握偏振片、1/4波片、1/2波片的作用和应用仪器：偏振光实验仪原理：一、偏振光的种类按光矢量的不同振动状态可以把光分为五种偏振态：（1）自然光（对称光）---在垂直于光的传播方向的平面内，光矢量的方向是任意的，且各个方向的振幅相等。
（2）部分偏振光----在垂直于光的传播方向的平面内，光矢量的方向是任意的，有的方向光矢量的振幅较大，有的方向光矢量振幅较小。
（3）线偏振光------光矢量沿着一个固定方向振动，且振幅不变。
（4）圆偏振光------光矢量的大小和方向随时间作周期性变化，且光矢量的末端在垂直于光传播方向的平面内轨迹是圆（5）椭圆偏振光----光矢量的大小和方向随时间作周期性变化，且光矢量的末端在垂直于光传播方向的平面内轨迹是椭圆二、偏振光的产生（1）偏振片产生线偏振光偏振片是利用某些有机化合物晶体的“二向色性”制成的，当自然光通过这种偏振片后，光矢量垂直于偏振片透振方向的分量几乎完全被吸收，光矢量平行于透振方向的分量几乎完全通过，因此透射光基本上为线偏振光。
（偏振片只能透过某一个振动方向的光，把偏振片能够透过的振动方向称为其透振方向。
）根据这一原理还可以用偏振片来检验是否是线偏振光。
用来产生线偏振光的的偏振片叫做起偏器，用来检验线偏振光的偏振片叫做检偏器。
（2）反射和折射产生偏振根据布儒斯特定律，当自然光以n i b arctan =的入射角从空气或真空入射至折射率为n的介质表面上时，其反射光为完全的线偏振光，振动面垂直于入射面；而透射光为部分偏振光。
b i 称为布儒斯特角。
如果自然光以b i入射到一叠平行玻璃片堆上，则经过多次反射和折射，最后从玻璃片堆透射出来的光也接近于线偏振光，振动面平行于入射面。
（3）线偏振光通过各种波片后偏振态的改变如果入射线偏振光的振动方向与波片的光轴夹角为0或π/2，则任何波片对它都不起作用，即从波片出射的光仍为原来的线偏振光。
光的偏振、激光 知识点
第三讲光的偏振激光一、知识点梳理1、自然光和偏振光的定义（1）光的偏振偏振光：自然光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定的方向振动，叫偏振光。
①光的偏振也证明了光是一种波，而且是横波。
各种电磁波中电场E的方向、磁场B的方向和电磁波的传播方向之间，两两互相垂直。
②光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度E引起的，因此将E的振动称为光振动。
③自然光。
太阳、电灯等普通光源直接发出的光，包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫自然光。
自然光射到两种介质的界面上，如果光的入射方向合适，使反射和折射光之间的夹角恰好是90°，这时，反射光和折射光就都是偏振光，且它们的偏振方向互相垂直。
我们通常看到的绝大多数光都是偏振光。
光振动垂直纸光振动在纸面2、偏振光的产生方式：（1）偏振光的理论意义（2）应用：利用偏振滤光片摄影、观看立体电影等。
3、激光（1）激光的定义：（2）激光的特点及应用：①频率单一；②相干性好；③平行度好（方向性好）；④亮度高（能在很小空间、很短时问内集中很大的能量）。
二、精选例题【例1】有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有（BD）A.只有电磁波才能发生偏振，机械波不能发生偏振B.只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振C.自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能变为偏振光D.除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光解：机械能中的横波能发生偏振。
自然光不一定非要通过偏振片才能变为偏振光。
本题应。
【例2】.下列有关光现象的说法中正确的是（AC ）A．在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色花纹是光的色散现象B．在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变窄C．光异纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大D．光的偏振现象说明光是一种纵波三、过关测试1．如图所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的传播方向为轴旋转偏振片P或Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象．这个实验表明（）A．光是电磁波B．光是一种横波C．光是一种纵波D．光是概率波2．有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有（）A．只有电磁波才能发生偏振，机械波不能发生偏振B．只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振C．自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能变为偏振光D．除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光3、纳米技术是跨世纪的新技术，将激光束的宽度集中到纳米范围内，可修复人体已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把诸如癌症等彻底根除。
激光的偏振讲解
激光的偏振“偏振”是各种激光器的普遍性质，这是由激光形成的原理决定的。
激光束是由激光器内发光介质粒子的受激辐射形成的。
受激辐射有鲜明的特点：外来光子照射激光上能级粒子时，粒子辐射出一个光子并跃迁到下能级，受激辐射所产生的光子与外来光子具有相同的相位、相同的传播方向和相同的偏振状态。
当激光器内受激辐射形成光子流时，一个模式光子流中的全部光子都具有相同的相位、相同的传播方向和相同的偏振状态。
这意味着一个激光纵模（频率）一定是偏振的。
同时，激光相邻纵模的偏振态或为平行或为垂直。
布儒斯特窗或Q 调制电光晶体的使用是利用激光偏振的很好例证。
激光器“正交偏振”是指激光器两个相邻的频率具有互相垂直的偏振状态。
一对左右旋圆偏振的光也应看做正交偏振光。
一般说到“激光两正交偏振频率”时，其频差不是任意的，而是完全由激光腔长决定的。
本书研究的则是如何使激光器产生任意频差的两个正交偏振频率，以及这类激光器的结构、特性和应用。
第1章简洁而全面地介绍了激光器的一般原理。
第2章介绍历史上与正交偏振激光相关的成就，主要是塞曼双频激光器和环形激光器，而环形激光器又包括三镜激光陀螺、环形激光流量计和四频（四镜）环形激光器。
这些激光器并不都输出本书所专指的“正交偏振激光”，但它们和本书的“正交偏振激光”有一个共同的物理概念，即“激光频率分裂”现象——由一种物理效应把激光器的一个频率“分裂”成两个。
历史上这些激光器使用塞曼效应、旋光效应、磁光法拉第效应、Sagnac 效应形成激光频率分裂。
从第3章起到第6章，介绍由双折射效应在驻波激光器（管）中进行激光频率分裂，形成正交偏振振荡和输出。
激光频率分裂所使用的双折射效应包括自然双折射效应、应力双折射效应、电光双折射效应等。
从1988年在Optics Communications 发表第一篇文章开始，至今已发展成一个原理、器件、现象和应用系统完整的学术体系。
塞曼双频激光器的原理是在He Ne 激光放电管上加磁场。
激光器偏振——精选推荐
实验一 激光器偏振，纵模，纵模分裂和模竞争实验 激光器偏振，纵模，纵模分裂和模竞争实验教学氦氖激光器系统是清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室和北京拓达激光器械有限责任公司联合制造的，该系统适用于高校的物理和激光实验。
通过直观地观察这些物理现象，加深学生对物理光学中的偏振，双折射以及激光原理中的频率（纵模），出光带宽，激光烧孔，模竞争效应的理解。
把枯燥的物理问题变的形象有趣。
同时，让学生了解物理光学原理是如何与激光技术结合产生新现象的。
一、 相关物理光学和激光器概念1、激光器输出光的偏振“偏振”是大多数类型的激光器输出光束的特性。
腔内有量子阱、布儒斯特窗、双折射元件等偏振机制或元件时，激光器必是线偏振输出。
即使无此类元件，由于激光束由受激辐射产生，光束中的光子都应是同偏振的，于是大多数类型激光器输出的每一个纵模（频率）也都是线偏振的。
而且相邻的两个纵模要么是正交偏振的，要么是平行偏振的。
2、晶体石英的双折射，o 光和e 光物理光学指出，晶体石英双折射使两种光成分：寻常光（ordinary light,简称o 光）和非常光（extraordinary light,简称e 光）。
寻常光和非常光具有不同的折射率，及有光程差δ。
在不考虑旋光性时，有：()2120222cos sin −⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+=′′′−′′=n n n hn n eθθδ ， (1)n′=n o 式（1）中，h 是晶片厚度， n′和n″分别是o 光和e 光的折射率，和分别是晶体石英的两个主折射率（对于0.6328μm，=1.54263，=1.55169）。
o n e n o n e n θ是石英晶体的晶轴和光线之间的夹角。
这样，o 光和e 光光程差δ的大小由晶体在光路中的厚度h 和晶轴与光线之间的夹角θ所决定，我们可以通过改变h 和θ的大小来改变、控制光程差δ的大小。
我们知道，当光线方向不与晶轴垂直时，石英晶体存在旋光性（Optical activity）。
激光偏振散射法原理
激光偏振散射法原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊激光偏振散射法原理。
这玩意儿啊，就像是一个神奇的魔法盒子，里面藏着好多奥秘呢！你想想看，激光那可是厉害得很呐，就像一道亮光直直地冲出去。
而偏振呢，就像是给这道亮光穿上了一件特别的衣服，让它有了自己独特的“性格”。
当激光遇到散射体的时候，就好像是遇到了一群调皮的小精灵，它们会把激光这道亮光给弄得到处乱跑。
这时候，激光偏振散射法就派上用场啦！它就像是一个聪明的侦探，能从这些乱跑的亮光中发现很多线索。
比如说，它能知道这些散射体是什么样子的，有多大，分布情况又是如何。
咱可以打个比方啊，这就好比你在一个黑暗的房间里，突然有一束光照进来，然后你看到一些小灰尘在光里飘来飘去。
你通过观察这些小灰尘飘动的情况，就能大概猜到这个房间的一些情况。
激光偏振散射法不就是这样嘛！它能从那些散射的激光里解读出好多信息呢！你说神奇不神奇？这可真是太有意思啦！而且啊，这个原理在好多地方都能用得上呢。
比如说在科学研究里，科学家们用它来研究各种微小的东西，像是细胞啦、分子啦，就好像是拿着一个超级放大镜在观察世界。
在工业上呢，它也能帮忙检测产品的质量。
就好像是一个严格的质检员，不放过任何一个小瑕疵。
这可给我们的生活带来了很大的保障呢！还有啊，在医学上，它也能发挥大作用。
可以帮助医生更清楚地了解我们身体里的情况，就像是给医生开了一双“透视眼”一样。
哎呀呀，激光偏振散射法原理真的是太重要啦！它就像是一个默默无闻的英雄，在背后为我们的生活和科学进步贡献着力量。
我们可不能小瞧它呀！所以说啊，大家一定要好好了解一下这个神奇的原理。
说不定哪天，你就会发现它在你的生活中发挥了意想不到的作用呢！怎么样，是不是觉得很有趣？是不是对激光偏振散射法原理有了更深的认识啦？哈哈！。
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激光的偏振“偏振”是各种激光器的普遍性质，这是由激光形成的原理决定的。
激光束是由激光器内发光介质粒子的受激辐射形成的。
受激辐射有鲜明的特点：外来光子照射激光上能级粒子时，粒子辐射出一个光子并跃迁到下能级，受激辐射所产生的光子与外来光子具有相同的相位、相同的传播方向和相同的偏振状态。
当激光器内受激辐射形成光子流时，一个模式光子流中的全部光子都具有相同的相位、相同的传播方向和相同的偏振状态。
这意味着一个激光纵模（频率）一定是偏振的。
同时，激光相邻纵模的偏振态或为平行或为垂直。
布儒斯特窗或Q 调制电光晶体的使用是利用激光偏振的很好例证。
激光器“正交偏振”是指激光器两个相邻的频率具有互相垂直的偏振状态。
一对左右旋圆偏振的光也应看做正交偏振光。
一般说到“激光两正交偏振频率”时，其频差不是任意的，而是完全由激光腔长决定的。
本书研究的则是如何使激光器产生任意频差的两个正交偏振频率，以及这类激光器的结构、特性和应用。
第1章简洁而全面地介绍了激光器的一般原理。
第2章介绍历史上与正交偏振激光相关的成就，主要是塞曼双频激光器和环形激光器，而环形激光器又包括三镜激光陀螺、环形激光流量计和四频（四镜）环形激光器。
这些激光器并不都输出本书所专指的“正交偏振激光”，但它们和本书的“正交偏振激光”有一个共同的物理概念，即“激光频率分裂”现象——由一种物理效应把激光器的一个频率“分裂”成两个。
历史上这些激光器使用塞曼效应、旋光效应、磁光法拉第效应、Sagnac 效应形成激光频率分裂。
从第3章起到第6章，介绍由双折射效应在驻波激光器（管）中进行激光频率分裂，形成正交偏振振荡和输出。
激光频率分裂所使用的双折射效应包括自然双折射效应、应力双折射效应、电光双折射效应等。
从1988年在Optics Communications 发表第一篇文章开始，至今已发展成一个原理、器件、现象和应用系统完整的学术体系。
塞曼双频激光器的原理是在He Ne 激光放电管上加磁场。
激光器加纵向磁场（磁场与光束平行），可以得到两正交圆偏振光（一个左旋，一个右旋）。
如果加横向磁场（即磁场与光束垂直），则得到两正交线偏振光。
值得指出的是：塞曼双频激光器左旋光和右旋光的频差不能大于3MHz ，这就限制了它的应用范围。
频差不能大于3MHz 的原因是：只有当磁场增大时频差才能增加；但磁场大到一定时，左旋光和右旋光的中心频率的间隔太大，以至于两光的增益线完全分离，两中心频率不能同时对一个腔模进行模牵引，也就无法将一个频率“牵引”成两个频率。
横向塞曼激光器输出频差比纵向塞曼激光器更小，一般在1MHz 以下。
然而在计量等领域，特别是双频激光干涉仪需要几兆赫兹、几十兆赫兹、甚至上千兆赫兹的频差。
激光器的输出频差小限制了双频激光干涉仪的测量速度。
由多普勒原理可知，频差Δν=3MHz时，测量速度的极限为900mm/s。
因而，双频激光干涉仪的理论测量速度最大只能达到900mm/s。
实际上，国内只能达到300mm/s，国外只能达到700mm/s。
为了获得大的频差，研究者和干涉仪、测振仪的制造商常将激光器的出射光分成两束，在其中一束光的光路中加入声光调制器或布拉格元件改变其频率，然后再进行合光，从而产生几十兆赫兹的频差。
也有直接使用两个纵模的。
还有用两个频率不同的稳频激光器对拍的。
这些方案都使系统变得复杂，装调增加了难度，稳定性受到影响。
为了解决这一问题，我们开始研究新的双频激光器，以期突破塞曼双频激光器的3MHz 频差的限制。
开始时不可能想得到，这竟是一条不归之路。
越研究内容越广，越探索学术越深，内容越展越宽，今后还有很多事要做。
回头想想倒也明白，毕竟偏振是激光器的共性问题，而过去对它的研究太少了。
开始，在普通的驻波He Ne 激光器腔内放入一片石英晶体，因为石英晶体具有双折射效应，寻常光（ordinary light，简称o 光）和非寻常光（extraordinary light ，简称e 光）在腔内有不同的光程，这样就会使一个激光纵模分裂成两个，产生几十、几百甚至上千兆赫兹的频差输出。
之后，又对腔内加入KD*P电光晶体造成的频率分裂现象、应力双折射引起的频率分裂现象进行了专门研究，都得到正交偏振激光输出。
还将激光频率分裂技术用于Nd:YAG 激光器，获得了几吉赫兹的频差输出。
由于使用的石英晶体(包括波片、KD*P、施加了应力的光学玻璃片等，都是利用了双折射效应。
我们称这样的双频激光器为双折射双频激光器。
这类激光器的理论基础和原理见第3章，器件结构见第4章。
研究的激光器类型包括He Ne 激光器（0.6328μm 和1.15μm ）、LD 泵浦的Nd:YAG微片激光器、半导体激光器。
在研究中发现，与塞曼双频激光器有频差上限相反，驻波He Ne 双折射双频激光器的输出频差有一个下限，其频差不能小于40MHz 。
这是由于模竞争引起的。
频差大约小于40MHz 时，在两个正交偏振模之间存在强烈的模竞争（耦合），从而导致其中一个模式熄灭而得不到频差。
从学术上看，在塞曼双频激光器的3MHz 频差上限和双折射双频激光器的40MHz 频差下限之间有一个空白，等待去填充。
从应用上讲，双折射双频激光器40MHz 的频差对一些应用很合适（如激光测振仪），但对另一些应用来说又有点大。
因为这使得它的后序处理电路比较复杂。
一般认为，频差在4MHz ～20MHz 之间比较合适。
这样的频差既可满足双频激光干涉仪快速测量的要求，又能使后序处理电路简单易行。
但无论是塞曼双频激光器还是双折射双频激光器，都不能提供这样的频差。
经过多年的困扰，又研究成一种新原理的HeNe 双频激光器——双折射塞曼双频激光器，输出频差能在1兆赫到几百兆赫之间连续可调，覆盖了4MHz ～20MHz 范围内的任一频差值。
除了我们外，瑞士的S.Pajarola 、法国的M.Brunel 和M.Vallet 等人也对半外腔结构双偏振半导体激光器进行了研究。
新的器件有新的激光物理现象，有与其他激光器不同的输出特性。
研究这些现象和输出特性，获得对正交偏振激光器全面而有深度的了解是科学的任务。
研究包括：两个正交频率的强模竞争现象、功率调谐现象、频差调谐现象、旋光性影响、光回馈现象、单频振荡正交偏振激光器腔调谐中的偏振跳变和光徊滞（法国Floch 的研究）、双折射外腔回馈中的偏振跳变、非准直外腔强回馈激光强度高阶倍频与偏振跳变等。
这些现象的发生涉及He Ne 激光器、半导体激光器、LD 泵浦微片Nd:YAG激光器。
第5章将介绍“正交偏振激光”的这些特有的现象。
第6章将介绍应用“正交偏振激光”特有现象进行的10项应用研究。
包括：基于正交偏振光竞争的位移测量（又称为激光器纳米测尺）、基于正交偏振光回馈效应的位移测量、波片相位延迟量测量、力和质量测量（德国Holzapfel ）、角度测量、重力测量、弱磁场测量等。
读者将会在阅读中感受到这些原理的精彩和应用潜力。
实际上其中一些已经在应用之中，有一些则是考虑产业化的时候了。
本书是按原理→器件→现象→应用的顺序写成的。
四块内容中，每块都包含大量的内容。
比如现象部分（第4章）就包含如下内容：强模竞争现象，中等模竞争与强模竞争之间的转换（即竞争中两个频率之一从振荡到熄灭或从熄灭到振荡的过程）；确定强模竞争的频差范围为0MHz~40MHz左右；双折射双频激光器腔调谐中出现的四种偏振态组合（o 光振荡、e 光不振荡，o 光、e 光同时振荡，o 光不振荡、e 光振荡，o 光、e 光都不振荡）；双折射双频激光器频差调谐现象；双折射塞曼双频激光器的功率调谐、频差调谐特性；正交偏振激光回馈自混合干涉中两个频率的相互抑制，强度的转移；双折射外腔回馈引入的条纹倍频现象；石英晶体旋光性造成的频率分裂畸变等。
这样一种写作方法较符合常规思维方式。
但它是有缺陷的。
很难有机会按照科学对某一器件（如双折射塞曼双频激光器等）的发明过程展开介绍，使读者对这一发明进程有更具体的了解。
在此，将以几个重要的发现、发明过程作为线索作以下说明。
当进行以获得双折射双频激光为目的研究时，通过频率分裂技术，使一支激光器输出了两正交线偏振光。
而实验得到的频差对石英晶体调谐角关系曲线的形状出乎预料：它不是一条单调上升的，而是具有一定“周期”特性的曲线。
特别是前两个周期，竟然没有达到1个纵模间隔就出现了回缩。
按晶体折射率椭球计算，在调谐角90°的范围内，o 光和e 光的折射率差是单调增加的，即只按石英晶体双折射不能解释这种畸变现象。
经过半年的反复实验，证明所得的实验曲线经得住考验之后才送往Optical Communications发表。
实验中还发现，激光的频差可以大到几百兆赫兹，但不能小于40MHz 。
这又提出两个问题：第一个是为什么频差不能小于40MHz ，第二个问题是怎样才能使频差小于40MHz 。
研究得到的关于第一个问题的解答是：因为激光器存在强模竞争，当频差小于40MHz 时，两个正交频率之一因为竞争失败而熄灭，频差自然也就消失。
40MHz 的这一强模竞争的区间远比以往人们在研究环形激光中得到的强模竞争的区间大得多。
环形激光强模竞争的区间仅是兆赫量级。
关于第二个问题，为了克服模的强竞争，获得小于40MHz 的小频差，提出源于一种思想的两种方案。
该思想就是设法让o 光和e 光各拥有属于自己的那一部分增益原子，不再相互竞争。
两种方案的一个是空间分离o 光和e 光，让它们各走自己的光路，各自在自己的光路上和属于自己的那部分增益原子相互作用获得增益。
这就是本书4.6节中介绍的双双折射元件双频激光器。
在双双折射元件双频激光器中，激光腔内同时放入方解石片和石英晶体片，它们的双折射效应相差18.68倍。
方解石将腔内激光束分成偏振相互垂直，路径不重合但平行传播的两光束。
由于它们在空间分开，传播光路不重合，所以竞争消失。
同时，以兆赫兹度量的精度旋转石英晶体片精密调节o 光和e 光的频差。
第二种方案是把增益原子分离为两群，简单的可认为其一半属于o 光，另一半属于e 光，这就是4.5节中介绍的双折射塞曼双频激光器。
在双折射塞曼双频激光器中，既在腔内放置双折射元件产生频率分裂，获得o 光和e 光, 又对激光器加横向磁场，把增益原子分为两群，一群放大o 光，一群放大e 光。
o 光和e 光都只从属于自己的原子群获得增益，相互之间的竞争大大减弱，都能稳定振荡。
双频激光器内的模竞争并非只有害，没有利。
正交偏振竞争位移传感激光器十分成功地利用了模竞争这一本不讨人喜欢的现象，巧妙地将模竞争之弊转化为利。
正交偏振竞争位移传感激光器也曾被称为偏振组合位移传感激光器，后来又叫纳米激光器测尺。
这里的“纳米”采用了逐步被更多人认可的定义（0.1nm~100nm属纳米的范围）。