激光原理与技术教学大纲1.docx

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1、激光原理与技术 课程教学大纲一、课程的基本信息适应对象：光电信息科学与工程课程代码：42E00315学时分配：60=48理论+12 （实验）赋予学分：3.5先修课程：高等数学、大学物理、半导体物理后续课程：光纤通信原理、光电图像处理、光电测试技术、光电子材料与器件、光电子技术进展二、课程性质与任务激光原理与技术是光电信息科学与工程的一门重要专业基础理论课，本课程主要向学生讲授 激光的产生、特性及特性控制的基本原理。课程教学以基本理论为基础，强调理论与实践、原理与应 用相结合。通过本课程的学习，使学生掌握激光的产生、特性及其控制的能力，特别强调激光的光束 传输、振荡、放大特性的深入理解，为光电专

2、业学生后续专业课程如光纤通信原理、光电图像处理、 光电测试技术、光电子材料与器件、光电子技术进展等课程的进一步学习做铺垫，为今后从事激光器 的生产、应用以及光电信息技术等方面的研究开发工作打下良好的专业基础。三 教学目的与要求1、教学目的：本课程的教学目的是使学生掌握激光产生和形成的基本原理以及激光特性控制的相关技术，并通 过激光相关实验培养学生的理论思维能力，训练学生分析和解决实际问题的能力。既为学习光纤通信 原理、光电图像处理、光电测试技术、光电子材料与器件、光电子技术进展等后继课程打下基础，也 为学生将来成为激光和光电信息技术方面的管理、开发和设计的高级人才打下必要的专业理论基础。 2、

3、教学要求本课程着重阐述基础理论以及激光技术，故教学以讲授为主，因理论性强，数学推导多，故应注 重概念和原理深入浅出的讲解，并理清知识间的联系。同时，可在课前或课后布置一些对理解概念和 原理有帮助的实质性问题作为作业，适当增加例题的讲解。因课程公式繁琐和冗长的数学推导，可采 用电子教案，以便在保证知识点讲授完整，扩大学生知识面的同时、可有较为充裕的时间用于阐述概 念和原理的物理意义，并通过激光实验的操作加深学生对知识点的把握和理解。四、教学内容与安排（-）理论教学内容与安排第一章激光的基本原理（6学时）教学内容：1、激光的基本原理2、相干性的光子描述3、光的受激辐射基本概念4、光的受激辐射放大5

4、、光的自激振荡6、激光的特性教学要求：1、了解：光子的基本性质；2、理解：光子的相干性、简并度、光的受激辐射和自发辐射、自激振荡的基本概念；3、掌握：光子简并度的几种描述，光的受激辐射放大以及实现光放大产生激光的条件，激光的四大 特性。第二章开放式光腔与高斯光束（12学时）教学内容：1、光腔分类、损耗及腔与模的关系2、共轴球面腔的稳定性条件3、开腔模式的物理概念和衍射理论分析方法4、平行平面腔模的选代解法5、方形和圆形镜对称共焦腔的自再现模与行波场特征6、一般稳定球面腔与对称共焦腔的等价关系及模式特征7、高斯光束的基本性质、特征参数及q参数的变换规律8、高斯光束的聚焦和准直9、高斯光束的自再现

5、变换与稳定球面腔10、 光束衍射倍率因子教学要求：1、了解：光腔分类、构成和损耗，平行平面腔模的选代解法，光束衍射倍率因子表示方法；2、理解：模的概念，模与腔的关系，纵模与横模的区别与物理意义、腔的菲涅尔数与损耗的关系， 腔内光线往返传播的矩阵表示，开腔模式的物理概念和衍射理论分析方法，方形和圆形镜对称共 焦腔的自再现模与行波场特征；3、掌握：共轴球面腔的稳定性条件，激光模式与强度花样的对应关系，一般稳定球面腔与对称共焦 腔的等价关系及模式特征，高斯光束的基本性质、特征参数及q参数的变换规律，高斯光束的聚 焦和准直方法，高斯光束的自再现变换的稳定性条件推导。第三章电磁场与物质的共振动相互作用（

6、8学时）教学内容：1、光和物质相互作用的经典理论简介2、谱线加宽和线型函数3、激光器速率方程4、均匀加宽工作物质的增益系数5、非均匀加宽工作物质的增益系数教学要求：1、了解：光和物质相互作用的经典理论；2、理解：谱线宽度和线型函数的物理意义，均匀加宽、非均匀加宽的分类及其工作物质综合加宽的 增益系数；3、掌握：三能级和四能级系统的能级示意图以及相应激光器速率方程组的推导，空间烧孔效应。第四章 激光振荡特性（8学时）教学内容：1、激光器的振荡阀值2、激光器的振荡模式3、输出功率与能量4、弛豫振荡5、单膜激光器的线宽极限6、激光器的频率牵引教学要求：1、了解：单膜激光器的线宽极限，激光器的频率牵引

7、现象，输出功率与能量的影响因素；2、理解：纵模横模的阈值差异，非均匀加宽激光器中的模竞争过程和结果，弛豫振荡效应；3、掌握：均匀加宽激光器中的模竞争过程和结果，兰姆凹陷的成因。第五章激光放大特性（6学时）教学内容：1、激光放大器的分类2、均匀激励连续激光放大器的增益特性3、纵向光激励连续激光放大器的增益特性4、脉冲激光放大器的增益特性5、放大的自发辐射教学要求：1、了解：激光放大器的分类；2、理解：均匀激励连续激光放大器的增益特性，纵向光激励连续激光放大器的增益特性，脉冲激光 放大器的增益特性；3、掌握：放大的自发辐射强度、方向性、线宽。第六章激光特性的控制（6学时）教学内容：1、模式选择2、

8、频率稳定3、Q调制教学要求：1、了解：频率稳定的方法；2、理解：实现纵模横模模式选择的方法；3、掌握：Q调制激光器的工作原理和方法。第七章典型激光器（2学时）教学内容：1、典型激光器2、固体激光器3、气体激光器4、染料激光器教学要求：了解：典型激光器（固体、气体、染料激光器）的结构组成和工作原理。（二）实验教学内容与安排根据教学情况并结合实验仪器运行情况每学期选择开展3个实验工程o实验一高斯光束特性测试实验（4学时）实验内容：1 .激光谐振腔的调节；.激光传播特性的主要参数的测量；2 .对高斯光束进行测量与变换。实验要求：1 .理解激光谐振原理，掌握激光谐振腔的调节方法；.掌握激光传播特性的主

9、要参数的测量方法；2 .理解激光光束特性，学会对高斯光束进行测量与变换。实验二激光纵模特性测试实验（4学时）实验内容：1 .激光谐振腔的调节；.共焦球面扫描干涉仪的调节；2 .激光纵模特性的测量。实验要求：3 .加深激光器模式概念的理解，掌握模式分析的基本方法。4 . 了解F-P扫描干涉仪的结构和性能，掌握其使用方法。5 .加深激光器物理概念的理解，掌握模式分析的基本方法。实验三固体激光器调Q与倍频实验（4学时）实验内容：1 .全固态激光器谐振腔设计与调整；.半导体激光器参数测量；2 .全固态激光器转换效率测量；.激光倍频实验；3 .激光被动调Q实验；.调Q激光器脉冲宽度与重复频率测量。实验要

10、求：1 . 了解全固态激光器谐振腔设计，掌握其调整方法；.掌握半导体激光器参数测量的方法；2 .掌握全固态激光器转换效率测量；. 了解激光倍频的原理；3 .理解激光被动调Q的原理；.掌握调Q激光器脉冲宽度与重复频率测量。实验四LD/LED特性测试实验（4学时）实验内容：1 .测量LD/LED的I-V-E曲线；.测量LD/LED的散射角（光学特性）；2 .测量LD/LED的漏电流（电学特性）；.测量LD/LED的光谱单色性（光学特性）；3 .测量LD/LED随温度（T）的变化对其波长漂移的影响（热学特性）。实验要求：1 .掌握LD/LED的I-V-E曲线，熟悉照度和光通量的概念（电学、光学特性）

11、；.掌握LD/LED的散射角测量的方法；2 . 了解LD/LED的漏电流（电学特性）特性，学会其测量方法；. 了解LD/LED的光谱单色性（光学特性），掌握简易光谱仪的操作方法；3 .理解LD/LED随温度（T）的变化对其波长漂移的影响（热学特性）的特性。五教学设备与设施以多媒体教学手段为主耍形式的课堂教学六 课程考核与评估本课程考核形式为闭卷考试，考试时间为100分钟，成绩评定方法为：期评成绩=期末考试成绩 x60%+实验成绩x20%+平时成绩x20%,其中平时成绩包括作业、出勤、课堂表现，实验成绩为累计 单次实验成绩的平均值，单次实验成绩=实验操作x50%+实验报告x50%。七、教材及主要参考书教材：周炳琨等，激光原理第7版，国防工业出版社，2014参考书：1、范安辅等，激光技术物理，第一版，四川大学出版社，19922、沈柯，激光原理教程北京工业出版社，19863、北京大学物理系激光专业，激光原理，北京大学出版社，19764、王喜三，激光原理基础，山东科学出版社，1979