1、精選優質文檔-傾情為你奉上激光原理與技術課程教學大綱一、課程代碼與名稱課程代碼：計劃上未給出中文名稱：激光原理與技術英文名稱：Laser Principles and Technology二、課程概述及相關課程關系激光原理與技術是為電子科學與技術專業、光信息科學與技術本科專業開設的核心必修專業方向課程（這里未管材料物理的選修課）。該課程理論性、應用性、工程背景和實踐性都很強，在光電子和光信息科學與技術領域占有重要地位。本課程主要講授激光產生和形成的基本原理以及控制和改善激光特性的典型激光技術。內容上涉及激光特性描述、開放式光腔及其激光模式分析、光和物質共振相互作用、譜線加寬與線型函數、典型激光

2、器的速率方程、激光的振蕩特性、激光的放大特性、典型激光技術的原理和種類等。通過本課程的學習，通過本課程的學習，使學生掌握激光產生和形成的基本原理以及控制和改善激光特性的典型激光技術，在培養學生的理論思維能力的同時，訓練學生分析和解決實際問題的能力。為學生將來成為光電方面的管理、開發和設計的高級人才打下必要的專業理論基礎。相關課程及項目關系：（從左到右為時間順序、從上到下為開課時序）三、課程教學對象與教學目的適用專業：電子科學與技術、光信息信息科學與技術、材料物理學等本科專業。教學目的：通過本課程的學習，使學生掌握激光與激光技術中的基本概念、基本原理和分析方法；掌握穩定式和非穩定式開放光腔與其輸

3、出激光模式的關系；掌握和理解工作物質加寬機制與激光振蕩模式及輸出特性的關系；掌握改善可控制激光輸出特性的典型激光技術如放大、選模、穩頻、調Q、鎖模等的基本原理、方法和種類。使學生了解激光原理與技術在工農業生產、科研、國防、醫學等領域的廣泛應用，初步樹立激光器件設計的工程意識。提高學生分析、解決光電領域中諸如管理與維護、開發與設計等問題的能力，培養學生思考問題的邏輯性、靈活性與廣闊性，為學生將來成為光電方面的管理、開發和設計的高級人才打下堅實的專業理論基礎。本課程具體完成培養方案中以下指標，重點完成指標1.1、1.2、2.1、2.2。一級指標二級指標達標要求1 技術基礎知識1.1 運用基本學科知

4、識能力AB1.2 應用核心工程基礎知識和原理ABC2 個人能力和專業能力2.1 工程推理及解決問題能力BC2.2掌握工程實踐所需的個人能力BCD2.3掌握工程實踐所需的職業能力AC3 人際交往能力、團隊工作和交流3.1 團隊合作能力C3.2 人際交流能力B4 在社會環境下構思、設計、實現、運行系統的能力4.1外部和社會背景環境AD4.2企業與商業環境D4.3系統的構思與工程化D*注：該表所列指標可對照培養方案中所列指標來解釋。A：認知，指從教、學活動中、從生活經驗和社會經驗等多種信息渠道獲得知識，側重知識的獲取，沒有實訓要求。B：訓練，指教、學活動中由教師引導開展的基礎測試或練習，匹配有課程討

5、論、課后研討等環節。C：實踐，指以學生為主導，通過實練而形成的對完成某種任務所必須的活動方式，匹配有課程的三級項目或其它實踐環節。D：探索，指學生獨立探尋問題、摸索、解答的活動，不設置專門的考核。（留空表示無該項要求） 四、課程內容、學時分配及主要的教學方法總學時：64學時，其中理論60學時、實踐環節4學時， 總學分：4學分。章節序號章節名稱重點、難點內容提要學時其他說明1激光的基本原理重點掌握光子簡并度、集居數反轉的概念；光和物質的三個共振相互過程的名稱和特點；激光的特性；理解光相干性的描述方法、激光產生的基本思想。難點：光相干性的描述方法擴展介紹激光在多個領域的應用。4講授為主，同時輔以動

6、畫演示光和物質三個共振相互作用，網上收集激光應用的視頻激發學生興趣。并結合工程實例說明對激光特性的要求。1-0緒論1-1相干性的光子描述1-2光與物質的三個共振相互作用過程1-3光的受激輻射放大1-4光的自激振蕩與激光的特性2開放式光腔與高斯光束重點掌握光腔的損耗的種類和描述；橫模、縱模的概念；對稱共焦腔與一般穩定球面腔的等價關系及模式特點；高斯光束的基本性質和參數概念；非穩腔基模的幾何光學處理方法和幾何自再現波型。深刻理解：開放式光腔自再現模的形成與衍射積分理論；高斯光束的自再現變換與穩定球面腔的關系；高斯光束的q參數變換、聚焦和準直。難點：穩定腔模式的衍射積分理論分析法。擴展數值迭代法在激

7、光腔模式確定中的應用，擴展光束質量的評價和對實際應用的影響。20講授為主，同時在某些小節可以采取學生自學后充當小教師的方法，并與課堂討論、教師總結相結合。結合工程實例介紹穩定腔和非穩腔的分析和設計方法。2-1光腔分類、損耗及腔與模的關系2-2共軸球面腔的穩定性條件2-3開腔模式的物理概念和衍射理論分析方法2-4平行平面腔模的迭代解法2-5方形和圓形鏡對稱共焦腔的自再現模與行波場特征2-6一股穩定球面腔與對稱共焦腔的等價關系及模式特征2-7高斯光束的基本性質、特征參數及q參數的變換規律2-8高斯光束的聚焦和準直2-9高斯光束的自再現變換與穩定球面腔2-10光束衍射倍率因子2-11非穩腔的幾何自再

8、現波型2-12非穩腔的幾何放大率及自再現波型的能量損耗4電磁場和物質的共振相互作用重點掌握譜線均勻加寬和非均勻加寬的物理含義、種類以及相應的線型函數；單模情況下典型激光器的速率方程組。理解：均勻加寬和非均勻加寬工作物質的增益系數及增益飽和特點。難點：光學多普勒效應及多普勒加寬；增益飽和的實質、表現及數學處理；燒孔效應的形成過程。11講授為主，課堂提問和討論為輔。4-1光和物質相互作用的經典理論簡介4-2譜線加寬和線型函數4-3典型激光器的速率方程4-4均勻加寬和非均勻加寬工作物質的增益系數5激光振蕩特性重點掌握激光器閾值、模式競爭、蘭姆凹陷的基本概念；理解：均勻加寬和非均勻加寬激光器的模式競爭

9、特點；影響均勻加寬和非均勻加寬單模激光器的輸出功率和能量的因素。了解：弛豫振蕩、頻率牽引的概念；單模激光器線寬極限產生的原因。6講授為主，結合工程實例說明激光器多模振蕩形成的原因。5-1激光器的振蕩閾值5-2激光器的振蕩模式5-3輸出功率與能量5-4弛豫振蕩5-5單模激光器線寬極限產生的原因5-6激光器的頻率牽引6激光放大特性重點掌握幾種特殊情況下脈沖激光放大器的輸出能量和增益特點；理解均勻激勵和縱向光激勵的連續激光放大器的增益特性；了解放大自發輻射的概念、用途以及對光放大器的危害。擴展：要求學生調研目前重要的激光放大器種類、工作原理、優缺點及目前的發展和應用情況。6講授為主，同時輔以學生課后

10、調研。6-1激光放大器的分類6-2均勻激勵和縱向光激勵連續激光放大器的增益特性6-3脈沖激光放大器的增益特性6-4放大的自發輻射和光放大器的噪聲7激光器特性的控制與改善掌握調Q、穩頻、鎖模、選模的目的、基本概念、基本原理和典型的實現方法。擴展：要求學生調研新型的激光技術及其原理和發展應用情況。13講授為主，結合工程實例介紹選模、穩頻、調Q和鎖模的原理，再輔以學生課后調研。7-1模式選擇7-2頻率穩定7-3Q調制7-4鎖模五、實踐環節的要求通過讓學生進行課后相關知識或激光前沿動向的調研、激光器生產和需求的市場調研、小論文撰寫、數值仿真實驗等實踐環節，使學生消化、鞏固和加深對課堂所講授理論知識的理

11、解，促使學生自己動手動腦去主動探索和掌握激光產生和形成及激光技術的基本理論和基本分析方法，同時提高學生的實際操作技能和學習興趣，使學生養成自主學習和探索的優良習慣，增強其學習的主動性和積極性，培養其工程意識和創新精神。項目序號項目名稱內 容 提 要項目學時實踐形式項目類型每組人數項目性質其他說明1諧振腔模式的Matlab實現利用Fox-Li數值迭代法或其它數值方法，利用Matlab編程確定一維或二維諧振腔的自在現模。要求提交數值仿真的題目和目的說明、程序代碼、模擬圖形及結果分析總結。2上機驗證11到3中必須完成1個由教師指定大方向后，學生自己操作完成2激光放大器輸出特性的Matlab數值仿真利

12、用Matlab編程數值模擬某種連續或脈沖放大器的輸出特性。要求提交數值仿真的題目和目的說明、程序代碼、模擬圖形及結果分析總結。2上機驗證13對某個激光器件和技術問題的Matlab計算模擬對激光器件和技術中某個問題利用Matlab編程進行計算模擬。要求提交計算模擬的題目和目的說明、程序代碼、模擬圖形及結果分析總結。2上機探索14激光器生產和需求的市場調研對國外或國內對激光器的需求以及生產激光器的某個或某幾個公司或企業廠家進行網上或實地（有條件者）調研。要求提交詳細的調研報告。2調研調研報告14到7中必須完成1個5激光知識的前沿動向調研就激光理論與技術目前的某個前沿進行調研。要求提交一篇2000字

13、以上的小論文。有題目、中文摘要300字、正文、參考文獻。2調研小論文16新型激光器調研調研某種新型激光器，就其原理、優勢及發展和應用情況進行闡述。要求提交一篇2000字以上的小論文。有題目、中文摘要300字、正文、參考文獻。2調研小論文17新型激光放大器調研調研目前重要的新型激光放大器種類、工作原理、優缺點及目前的發展和應用情況。要求提交一篇2000字以上的小論文。有題目、中文摘要300字、正文、參考文獻。2調研小論文1六、學業考核1平時學業考核：考核范圍包括出勤情況和紀律表現、綜合訓練情況（例如：小教師、討論、辯論、課堂提問等）、作業完成情況等方面，各項成績比例約為1：2：1。2實踐環節考核：考核范圍包括實踐報告或小論文撰寫的規范性、科學性、創新與提高等方面。各項成績比例約為1：2：2。3課程綜合考核：最終考核方式采用閉卷考試，內