《激光原理与技术》课程教学大纲（本科）.docx

激光原理与技术（Principles of Lasers）课程编号：03410033学 分：3.5学 时：56（其中：讲课学时：56实验学时：上机学时：）先修课程：光学普通物理原子物理适用专业：光电信息科学与工程教 材：激光原理；Orazio Svelto； Plenum Publishing Corporation （2010）一、课程的性质与目标（一）课程性质（需说明课程对人才培养方面的贡献）激光原理与技术为光电信息科学与工程专业的专业基础课，也可作为信息类专业和 其它有关专业本科生、研究生的必修课或选修课。通过本课程的学习，使学生掌握激光形成 基础物理知识，掌握激光器件中各部件的工作原理，掌握基础激光技术的原理和实施方法。 了解主要激光器件和技术的进展。教给学生自己不断获取新知识的方法，培养学生利用专业 知识分析问题和解决实际问题的能力，为后续专业课程及实验实践环节奠定理论基础。批注11:课程目标数应大于或等于支撑的毕业要求指 标点个数（-）课程目标课程目标1：掌握激光器件相关的基础物理知识和专业知识。能在工程实践中，基于激 光器件的目标指标，给出激光器件的基本结构方案、关键结构参数及输入光电参数的设计依 据，基本具备典型激光器的基础设计能力；课程目标2：掌握激光器件相关的主要数学模型和物理模型，并能将上述模型用于激光 器件设计、研制过程中输出特性、各种物理现象的分析研究和实验验证，具有发现问题、分 析问题和解决问题的能力；课程目标3：掌握激光器相关专业英语词汇和专业知识，并能够就激光器相关复杂工程 问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流。课程目标4：掌握典型激光器件的工作特性及发展现状，在此基础上，能够通过文献、 媒体等资源跟踪激光器发展趋势和发展前沿。（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑专业培养计划中毕业要求1、毕业要求2、和毕业要求10：1 .毕业要求1-3：具有光电信息科学与工程专业基础知识及其应用能力，并了解光电信 息行业的前沿发展现状和趋势；2 .毕业要求2-2：能够针对光电信息工程相关的复杂工程问题选择正确、可用的数学模 型；3 .毕业要求10-4：能够应用外语就光电信息科学与工程复杂工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流。目标毕业要求指孩底、课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4毕业要求1-3V毕业要求2-2V毕业要求10-4V二、课程的基本内容及要求：第一章激光的基本概念（一）教学内容（1）自发辐射、受激辐射和吸收（2）激光产生的基本思想（3）抽运方案（4）激光束的特性（二）教学要求（1）掌握激光器基础物理知识相关的基本概念；（2）掌握激光器基本思想，并理解其工作阈值条件；（3）掌握三能级和四能级抽运方案的工作特征，以及相应激光介质的阈值特征；（4）掌握激光器的基本工作原理，并了解激光束的特性。（三）重点与难点重点：光与物质相互作用的三个基本物理过程、光放大、粒子数反转、典型抽运方案;难点：四能级和三能级抽运方案的原理本质第二章辐射场与物质的相互作用（一）教学内容（1）黑体辐射理论、谱密度（2）自发辐射、吸收和受激辐射速率系数（3）谱线加宽函数及典型机理（4）无辐射跃迁、简并能级（5）吸收饱和、增益饱和（二）教学要求（1） 了解黑体辐射实验现象和瑞利金斯公式缺陷，掌握普朗克公式形式利内涵（2） 了解半经典理论自发辐射、吸收和受激辐射速率系数的方法；（3） 掌握自发辐射、吸收和受激辐射速率系数公式，并能用于计算；（4） 掌握谱线加宽函数公式和典型加宽机理；（5） 掌握均匀加宽和非均匀加宽介质中饱和现象和饱和机理；（5） 了解能级简并、无辐射跃迁等物理概念。（三）重点与难点重点：普朗克黑体辐射公式、谱密度概念和公式、三个基本过程速率系数公式、谱线加 宽函数公式和典型加宽机理、饱和现象和饱和机理难点：非均匀加宽和均匀加宽现象物理本质的理解及相应加宽公式的推导第三章光学介质中光传输（一）教学内容（1）几何光学传输矩阵理论（2）平面波在界面、多层介质中的传输理论（3）共轴近似条件下衍射光学理论（4）高斯光束在自由空间和光学系统中的传输理论和ABCD定律（二）教学要求掌握平面波在界面、多层介质中的传输理论、掌握高斯光束在自由空间和光学系统中 ABCD定律。（三）重点和难点重点：高斯光束的ABCD传输定律及灵活应用难点：高斯光束的ABCD传输定律及灵活应用第四章被动光学谐振腔（-）教学内容（1）被动光学谐振腔概念和分类（2）腔的本征模和本征值（3）腔内光子寿命和Q值（4）谐振腔稳定性条件（5）谐振腔中高斯光束特征参数的计算（二）教学要求掌握谐振腔相关的概念；掌握谐振腔的稳定性条件；掌握谐振腔中高斯光束特征参数计 算方法，并能用于解决实际问题。（三）难点和重点重点：谐振腔稳定性条件和谐振腔中高斯光束特征参数计算方法。难点：谐振腔中高斯光束特征参数计算方法及理解第五章抽运过程（一）教学内容（1）光抽运基本原理、抽运光源的种类和特征（2）光抽运系统的结构及抽运效率计算（3）电抽运基本原理（二）基本要求（1）掌握光抽运原理，掌握抽运效率、抽运速率等物理概念及计算方法。（2） 了解电抽运过程中的电子激励、抽运速率在空间的分布。（三）重点与难点（1）重点：光抽运原理及抽运系统结构（2）难点：抽运效率构成的理解及相关计算第六章连续激光器的工作特性（一）教学内容（1）速率方程理论（2）四能级系统速率方程的建立、阈值条件计算及输出功率估算（3）三能级系统速率方程的建立、阈值条件计算及输出功率估算（4）频率牵引、稳频技术、强度噪声、减噪技术（二）教学要求（1）掌握四能级和三能级系统速率方程的建立方法；（2）掌握连续激光器阈值条件的计算方法；掌握输出功率的估算方法；（3） 了解频率牵引和强度噪声现象，及其应对措施（三）难点和重点（1）重点：掌握典型能级系统速率方程建立方法，并能用于阈值计算和输出功率计算。（2）难点：连续激光器输出功率的估算第七章瞬态激光技术简介（一）教学内容（1）弛豫振荡现象及机理；（2）调Q基本原理和方法；（3）增益开关技术；（4）锁模技术（二）教学要求掌握弛豫振荡原理及调Q技术基本思想；了解增益开关技术和锁模技术（三）难点和重点重点：弛豫振荡机理及调Q技术基本思想和方法难点：弛豫振荡机理的理解第八章典型激光器简介（一）教学内容（1）Nd3+:YAG固体激光器：工作介质特性、常用结构、应用场合（2） CO2激光器：工作介质特性、常用结构、应用场合（3）染料激光器：工作介质特性、常用结构、应用场合（4）半导体激光器：工作介质特性、常用结构、应用场合（二）教学要求掌握各类激光器的基本工作原理和常用结构，了解各类激光器的当前主要应用场合。（三）重点和难点重点：各类激光器工作介质跃迁机制、激光器常用结构难点：工作介质内粒子跃迁机制三、学时分配及教学方法注：1.课程实践学时按相关专业培养计划列入表格;章（按序填写）教学形式及学时分配主要教学方法支撑的课程目标课堂教学实验上 机课程 实践小 计第一章55讲授法目标1、2> 3第二章1515讲授法目标1、2、3第三章55讲授法目标1、2、3第四章1010讲授法目标1、2、3第五章55讲授法目标1、2、3第六章88讲授法目标1、2、3第七章44讲授法目标3、4第八章44讲授法目标3、4合计56562.主要教学方法包括讲授法、讨论法、演示法、研究型教学方法（基于问题、项目、案 例等教学方法）等。四、课程考核考核形式考核要求考核权 重支撑的课 程目标备注课堂表现以随机的形式，在每章内容进行中或结束后，随堂提 问2-3个问题，主要考核学生课前预习、课堂听课效 果和课后及时复习消化本章知识的能力，结合平时的 随机点名，进行综合考核。10%目标1、2、 3、4平时作业课后完成34个习题，主要考核学生对每章知识点的 复习、理解和掌握程度，计算全部作业的平均成绩。20%目标1、2、3、4期末考试采用闭卷考试，试卷采用语言为英文，试卷题型包括 简答题、分析题、计算题等。其中考核概念和机理理 解题FI占30%；考核基于理论知识和数学模型进行计 算的题目40%；考核基于基础知识对激光器相关特性 进行分析和计算的题目30%o70%目标1、2、 3、4五、课程目标达成度评价课程目标达成度计算表如下:课程目标对应考核形式实际评测结果（学生达到的平均水平）对应总分达成度课程目标1平时成绩、期末 考试（课堂表现x 10%+平时作业x20%） /4+期末考试对应试题平均分x70%30/4+期末考试对应试题总 分 x70%达成度=实际 测评结果/对 应总分课程目标2平时成绩、期末 考试（课堂表现x 10%+平时作业x20%） /4+期末考试对应试题平均分x70%30/4+期末考试对应试题总 分 x70%达成度;实际 测评结果/对 应总分课程目标3平时成绩、期末 考试（课堂表现x 10%+平时作业x20%） /4+期末考试对应试题平均分x70%30/4+期末考试对应试题总 分 x70%达成度=实际 测评结果/对 应总分课程目标4平时成绩（课堂表现x 1（）%+平时作业x 10%）430/4达成度;实际 测评结果/对 应总分六、参考书目及学习资料（书名，主编，出版社，出版时间及版次）1 . Orazio Svelto, Principles of Lasers, Plenum Publishing Corporation, 2010.W.克希耐尔美,固体激光工程，科学出版社，2003 （孙文等译）七、大纲说明（内容可包括课程基本要求、习题要求及其它一些必要的说明）1、采用多媒体教学手段，配合例题的讲解及适当的思考题，保证讲课进度的同时，注 意学生的掌握程度和课堂的气氛；3、每次课用时5分钟左右，请学生翻译本节课部分段落内容，以督促学生提前预习，且提升其英语应用能力。2017年10月1日