1、激光原理與技術(shù) 課程教學(xué)大綱一、課程的基本信息適應(yīng)對(duì)象：光電信息科學(xué)與工程課程代碼：42E00315學(xué)時(shí)分配：60=48理論+12 （實(shí)驗(yàn)）賦予學(xué)分：3.5先修課程：高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、半導(dǎo)體物理后續(xù)課程：光纖通信原理、光電圖像處理、光電測(cè)試技術(shù)、光電子材料與器件、光電子技術(shù)進(jìn)展二、課程性質(zhì)與任務(wù)激光原理與技術(shù)是光電信息科學(xué)與工程的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)理論課，本課程主要向?qū)W生講授 激光的產(chǎn)生、特性及特性控制的基本原理。課程教學(xué)以基本理論為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)踐、原理與應(yīng) 用相結(jié)合。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握激光的產(chǎn)生、特性及其控制的能力，特別強(qiáng)調(diào)激光的光束 傳輸、振蕩、放大特性的深入理解，為光電專(zhuān)

2、業(yè)學(xué)生后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程如光纖通信原理、光電圖像處理、 光電測(cè)試技術(shù)、光電子材料與器件、光電子技術(shù)進(jìn)展等課程的進(jìn)一步學(xué)習(xí)做鋪墊，為今后從事激光器 的生產(chǎn)、應(yīng)用以及光電信息技術(shù)等方面的研究開(kāi)發(fā)工作打下良好的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)。三 教學(xué)目的與要求1、教學(xué)目的：本課程的教學(xué)目的是使學(xué)生掌握激光產(chǎn)生和形成的基本原理以及激光特性控制的相關(guān)技術(shù)，并通 過(guò)激光相關(guān)實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的理論思維能力，訓(xùn)練學(xué)生分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。既為學(xué)習(xí)光纖通信 原理、光電圖像處理、光電測(cè)試技術(shù)、光電子材料與器件、光電子技術(shù)進(jìn)展等后繼課程打下基礎(chǔ)，也 為學(xué)生將來(lái)成為激光和光電信息技術(shù)方面的管理、開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)的高級(jí)人才打下必要的專(zhuān)業(yè)理論基礎(chǔ)。 2、

3、教學(xué)要求本課程著重闡述基礎(chǔ)理論以及激光技術(shù)，故教學(xué)以講授為主，因理論性強(qiáng)，數(shù)學(xué)推導(dǎo)多，故應(yīng)注 重概念和原理深入淺出的講解，并理清知識(shí)間的聯(lián)系。同時(shí)，可在課前或課后布置一些對(duì)理解概念和 原理有幫助的實(shí)質(zhì)性問(wèn)題作為作業(yè)，適當(dāng)增加例題的講解。因課程公式繁瑣和冗長(zhǎng)的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，可采 用電子教案，以便在保證知識(shí)點(diǎn)講授完整，擴(kuò)大學(xué)生知識(shí)面的同時(shí)、可有較為充裕的時(shí)間用于闡述概 念和原理的物理意義，并通過(guò)激光實(shí)驗(yàn)的操作加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的把握和理解。四、教學(xué)內(nèi)容與安排（-）理論教學(xué)內(nèi)容與安排第一章激光的基本原理（6學(xué)時(shí)）教學(xué)內(nèi)容：1、激光的基本原理2、相干性的光子描述3、光的受激輻射基本概念4、光的受激輻射放大5

4、、光的自激振蕩6、激光的特性教學(xué)要求：1、了解：光子的基本性質(zhì)；2、理解：光子的相干性、簡(jiǎn)并度、光的受激輻射和自發(fā)輻射、自激振蕩的基本概念；3、掌握：光子簡(jiǎn)并度的幾種描述，光的受激輻射放大以及實(shí)現(xiàn)光放大產(chǎn)生激光的條件，激光的四大 特性。第二章開(kāi)放式光腔與高斯光束（12學(xué)時(shí)）教學(xué)內(nèi)容：1、光腔分類(lèi)、損耗及腔與模的關(guān)系2、共軸球面腔的穩(wěn)定性條件3、開(kāi)腔模式的物理概念和衍射理論分析方法4、平行平面腔模的選代解法5、方形和圓形鏡對(duì)稱(chēng)共焦腔的自再現(xiàn)模與行波場(chǎng)特征6、一般穩(wěn)定球面腔與對(duì)稱(chēng)共焦腔的等價(jià)關(guān)系及模式特征7、高斯光束的基本性質(zhì)、特征參數(shù)及q參數(shù)的變換規(guī)律8、高斯光束的聚焦和準(zhǔn)直9、高斯光束的自再現(xiàn)

5、變換與穩(wěn)定球面腔10、 光束衍射倍率因子教學(xué)要求：1、了解：光腔分類(lèi)、構(gòu)成和損耗，平行平面腔模的選代解法，光束衍射倍率因子表示方法；2、理解：模的概念，模與腔的關(guān)系，縱模與橫模的區(qū)別與物理意義、腔的菲涅爾數(shù)與損耗的關(guān)系， 腔內(nèi)光線往返傳播的矩陣表示，開(kāi)腔模式的物理概念和衍射理論分析方法，方形和圓形鏡對(duì)稱(chēng)共 焦腔的自再現(xiàn)模與行波場(chǎng)特征；3、掌握：共軸球面腔的穩(wěn)定性條件，激光模式與強(qiáng)度花樣的對(duì)應(yīng)關(guān)系，一般穩(wěn)定球面腔與對(duì)稱(chēng)共焦 腔的等價(jià)關(guān)系及模式特征，高斯光束的基本性質(zhì)、特征參數(shù)及q參數(shù)的變換規(guī)律，高斯光束的聚 焦和準(zhǔn)直方法，高斯光束的自再現(xiàn)變換的穩(wěn)定性條件推導(dǎo)。第三章電磁場(chǎng)與物質(zhì)的共振動(dòng)相互作用（

6、8學(xué)時(shí)）教學(xué)內(nèi)容：1、光和物質(zhì)相互作用的經(jīng)典理論簡(jiǎn)介2、譜線加寬和線型函數(shù)3、激光器速率方程4、均勻加寬工作物質(zhì)的增益系數(shù)5、非均勻加寬工作物質(zhì)的增益系數(shù)教學(xué)要求：1、了解：光和物質(zhì)相互作用的經(jīng)典理論；2、理解：譜線寬度和線型函數(shù)的物理意義，均勻加寬、非均勻加寬的分類(lèi)及其工作物質(zhì)綜合加寬的 增益系數(shù)；3、掌握：三能級(jí)和四能級(jí)系統(tǒng)的能級(jí)示意圖以及相應(yīng)激光器速率方程組的推導(dǎo)，空間燒孔效應(yīng)。第四章 激光振蕩特性（8學(xué)時(shí)）教學(xué)內(nèi)容：1、激光器的振蕩閥值2、激光器的振蕩模式3、輸出功率與能量4、弛豫振蕩5、單膜激光器的線寬極限6、激光器的頻率牽引教學(xué)要求：1、了解：?jiǎn)文ぜす馄鞯木€寬極限，激光器的頻率牽引

7、現(xiàn)象，輸出功率與能量的影響因素；2、理解：縱模橫模的閾值差異，非均勻加寬激光器中的模競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程和結(jié)果，弛豫振蕩效應(yīng)；3、掌握：均勻加寬激光器中的模競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程和結(jié)果，蘭姆凹陷的成因。第五章激光放大特性（6學(xué)時(shí)）教學(xué)內(nèi)容：1、激光放大器的分類(lèi)2、均勻激勵(lì)連續(xù)激光放大器的增益特性3、縱向光激勵(lì)連續(xù)激光放大器的增益特性4、脈沖激光放大器的增益特性5、放大的自發(fā)輻射教學(xué)要求：1、了解：激光放大器的分類(lèi)；2、理解：均勻激勵(lì)連續(xù)激光放大器的增益特性，縱向光激勵(lì)連續(xù)激光放大器的增益特性，脈沖激光 放大器的增益特性；3、掌握：放大的自發(fā)輻射強(qiáng)度、方向性、線寬。第六章激光特性的控制（6學(xué)時(shí)）教學(xué)內(nèi)容：1、模式選擇2、

8、頻率穩(wěn)定3、Q調(diào)制教學(xué)要求：1、了解：頻率穩(wěn)定的方法；2、理解：實(shí)現(xiàn)縱模橫模模式選擇的方法；3、掌握：Q調(diào)制激光器的工作原理和方法。第七章典型激光器（2學(xué)時(shí)）教學(xué)內(nèi)容：1、典型激光器2、固體激光器3、氣體激光器4、染料激光器教學(xué)要求：了解：典型激光器（固體、氣體、染料激光器）的結(jié)構(gòu)組成和工作原理。（二）實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容與安排根據(jù)教學(xué)情況并結(jié)合實(shí)驗(yàn)儀器運(yùn)行情況每學(xué)期選擇開(kāi)展3個(gè)實(shí)驗(yàn)工程o實(shí)驗(yàn)一高斯光束特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：.激光諧振腔的調(diào)節(jié)；.激光傳播特性的主要參數(shù)的測(cè)量；.對(duì)高斯光束進(jìn)行測(cè)量與變換。實(shí)驗(yàn)要求：.理解激光諧振原理，掌握激光諧振腔的調(diào)節(jié)方法；.掌握激光傳播特性的主要參數(shù)的測(cè)量

9、方法；.理解激光光束特性，學(xué)會(huì)對(duì)高斯光束進(jìn)行測(cè)量與變換。實(shí)驗(yàn)二激光縱模特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：.激光諧振腔的調(diào)節(jié)；.共焦球面掃描干涉儀的調(diào)節(jié)；.激光縱模特性的測(cè)量。實(shí)驗(yàn)要求：.加深激光器模式概念的理解，掌握模式分析的基本方法。. 了解F-P掃描干涉儀的結(jié)構(gòu)和性能，掌握其使用方法。.加深激光器物理概念的理解，掌握模式分析的基本方法。實(shí)驗(yàn)三固體激光器調(diào)Q與倍頻實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：.全固態(tài)激光器諧振腔設(shè)計(jì)與調(diào)整；.半導(dǎo)體激光器參數(shù)測(cè)量；.全固態(tài)激光器轉(zhuǎn)換效率測(cè)量；.激光倍頻實(shí)驗(yàn)；.激光被動(dòng)調(diào)Q實(shí)驗(yàn)；.調(diào)Q激光器脈沖寬度與重復(fù)頻率測(cè)量。實(shí)驗(yàn)要求：. 了解全固態(tài)激光器諧振腔設(shè)計(jì)，掌握其調(diào)整方

10、法；.掌握半導(dǎo)體激光器參數(shù)測(cè)量的方法；.掌握全固態(tài)激光器轉(zhuǎn)換效率測(cè)量；. 了解激光倍頻的原理；.理解激光被動(dòng)調(diào)Q的原理；.掌握調(diào)Q激光器脈沖寬度與重復(fù)頻率測(cè)量。實(shí)驗(yàn)四LD/LED特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)（4學(xué)時(shí)）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：.測(cè)量LD/LED的I-V-E曲線；.測(cè)量LD/LED的散射角（光學(xué)特性）；.測(cè)量LD/LED的漏電流（電學(xué)特性）；.測(cè)量LD/LED的光譜單色性（光學(xué)特性）；.測(cè)量LD/LED隨溫度（T）的變化對(duì)其波長(zhǎng)漂移的影響（熱學(xué)特性）。實(shí)驗(yàn)要求：.掌握LD/LED的I-V-E曲線，熟悉照度和光通量的概念（電學(xué)、光學(xué)特性）；.掌握LD/LED的散射角測(cè)量的方法；. 了解LD/LED的漏電流（電學(xué)特性）特性，學(xué)會(huì)其測(cè)量方法；. 了解LD/LED的光譜單色性（光學(xué)特性），掌握簡(jiǎn)易光譜儀的操作方法；.理解LD/LED隨溫度（T）的變化對(duì)其波長(zhǎng)漂移的影響（熱學(xué)特性）的特性。五教學(xué)設(shè)備與設(shè)施以多媒體教學(xué)手段為主耍形式的課堂教學(xué)六 課程考核與評(píng)估本課程考核形式為閉卷考試，考試時(shí)間為100分鐘，成績(jī)?cè)u(píng)定方法為：期評(píng)成績(jī)=期末考試成績(jī) x60%+實(shí)驗(yàn)成績(jī)x20%+平時(shí)成績(jī)x20%,其中平時(shí)成績(jī)包括作業(yè)、出勤、課堂表現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)成績(jī)?yōu)槔塾?jì) 單次實(shí)驗(yàn)成績(jī)的平均值，單次實(shí)驗(yàn)成績(jī)