教学大纲表格(激光原理与技术2010.3丘志仁).doc

附件：教学大纲的基本格式和内容（教学大纲封面）中山大学本 科 教 学 大 纲学院（实体系）： 理工学院 课 程 名 称： 激光原理与技术 二八年 激光原理与技术 教学大纲课程名称：（中文）激光原理与技术 （英文） Principle and Technology of Laser课程类别：专业指选编号:学时：3主编姓名：丘志仁单位：理工学院职称：副教授主审姓名：单位：职称：授课对象:理工学院（本科）专业：物理学、逸仙班、光信息年级：2007编写日期： 2010 年 3 月一、课程目的与教学基本要求 （明确基本要求的三个档次，即牢固掌握、一般掌握和一般了解）通过本课程的学习，牢固掌握激光产生的基本原理，包括激光产生和放大、模式选择以及频率稳定等原理技术和典型的激光系统的工作原理;并掌握激光调Q和锁模技术。本课程的学习要求学生学习过固体物理，电动力学和部分原子物理基础知识。二、课程内容 （含学时分配，学时分配要落实到“章”或“节”，并对各章节的重点、难点内容加以必要的说明）第一章 那么辐射的基础知识及激光束的基本特性（3.5个学时）1-1 光辐射的一般规律（1.5个学时）1 辐射通量 焦耳/秒=瓦 （积分球）2 辐射通量密度N 瓦/平方米3 辐射能量密度( OR ) 单位体积内包含的辐射能量4 指定方向（与法线成角的d小锥体内）、面积A上的辐射通量：NAcosd5 朗伯定律：当N不依赖方向时，表面总辐射W=NA6 普朗克定律7 单位面积的辐射通量密度8 斯特藩-波尔兹曼定律9 维恩位移定律-最大辐射强度波长10 普通光源特点11 光产生的方法和应用1-2 光与物质的相互作用-辐射的能量的交换（1.5个学时）1 热平衡时粒子数的分布（布居数）2 辐射能量交换的三个基本过程3 热平衡状态下三个基本过程所占比率1-3 激光束的基本特性（0.5个学时）1 激光束的亮度2 激光束的单色性3 激光束的相干性（1） 空间相干性（2） 时间相干性（3） 衡量相干性的参数第二章 光学谐振腔（6.5个学时）2-1 闭合腔中的振荡模（1.5个学时）1 敞开腔2 闭合腔3 模的特征4 模参数的描述（1） 驻波条件（2） 一个模的表述（3） 模体积（4） 模密度（5） 振荡模总数（6） 实际空间振荡模密度（7） 例子2-2 开放式谐振腔的模间距及带宽（1.5个学时）1 敞开式反射镜谐振腔-光频区采用2 纵模和横模3 敞开腔与闭合腔模数比较4 谐振腔的若干重要参数（1） 谐振腔的时间常数（2） 纵模间距（3） 谐振腔产生的带宽（4） 谐振腔品质因素Q2-3 谐振腔的稳定条件（0.5个学时）1 几种特殊腔稳定性分析（1） 平行平面镜腔（2） 半球面镜腔（3） 共焦腔2 一般情况下谐振腔的稳定条件2-4 谐振腔的特性（3个学时）1 谐振腔的Q值（品质因子）2 谐振腔的衍射损耗-菲涅耳数N3 谐振腔的模式场图4 谐振腔参数计算-光斑直径、模体积、光束发散角（1） 光斑面积与直径（2） 光束发散角（3） 模体积（4） 一般情况,R1,R2,L,1,2,的关系（a） 一般腔（b） 共焦腔（c） 平面-凹面腔5 谐振腔的模频谱和谱线加宽与宽度（1） 谐振腔的模频谱(a) 曲率半径腔(b) 共焦腔(c) 对于非共焦腔（2） 谱线加宽与宽度(a) 均匀加宽(b) 非均匀加宽(3) 获得单频的措施6 输出镜最佳透过率第三章 激光放大器与振荡器（15个学时）3-1 受激跃迁产生的吸收与放大（1个学时） 1 受激吸收产生的能量密度减小2 受激发射产生的能量密度增大3 热平衡与非热平衡和激光放大与振荡器的先决条件（1） N1N2（2） N1N2（3） N1=N23-2 产生粒子数反转的几种量子系统（2个学时）1 二能级系统（电抽运）2 三能级系统（光抽运）(1) 一般特性描述(2) 过渡动力学与产生激光必须条件(3) 例子：红宝石激光器3 四能级系统（固体工作物质，光抽运）(1) 一般特性(2) 过渡动力学(3) 四能级与三能级系统阈值抽运强度比较(4) 例子：Nd:YAG激光器4 四能级系统（气体工作物质，电激励）(1) 一般描述(2) 过渡动力学(3) 例子：He-Ne激光器3-3 行波激光放大器（2个学时）1 放大与增益(1) 光放大倍数(2) 增益系数2 峰值放大Go(1) 自然谱线轮廓（洛仑兹轮廓，均匀加宽）(2) 热运动增宽谱线轮廓（高斯轮廓，非均匀加宽）(3) 影响Go的因素3 典型激光放大器及例子(a) 气体激光放大器(b) 固体激光放大器 3-4 再生谐振放大器和振荡阈值条件（3个学时）1 光强度放大与单渡越放大的关系（1） 单次渡越放大（a） 单渡越相位增加（b） 单渡越光强放大倍数（c） 单渡越振幅放大（2） 再生谐振放大器（a） 总振幅放大（b） 总光能量、总光功率或者光强度有限放大（c） 总光能量放大最大与最小值2 各放大最大与最小值间的频率间距及带宽（1） 各放大最大与最小值间的频率间距（2） 光强度放大与带宽3 振荡阈值条件4 再生谐振放大器的例子（1） He-Ne放大器（a） 无源腔（b） 对粒子数反转的要求（c） 单渡越放大及光强度放大依赖于频率的关系（d） 再生谐振放大器输出的谱线带宽（2） 固体红宝石放大器（a） 无源腔（b） 有源腔3-5 激光振荡器（3个学时）1 激光振荡器与振荡阈值2 阈值粒子数的反转密度（1） 阈值的其他表达式及阈值粒子反转密度（2） 自然线宽轮廓和热运动增宽轮廓的粒子数反转阈值密度（a） 自然线宽轮廓（b） 热运动增宽轮廓3 谐振腔的输出谱线宽度4 激光振荡器例子（1） 气体He-Ne激光器（a） 粒子数反转阈值（b） 阈值抽运功率（c） 电-激光转换效率（d） 每模光子数（e） 饱和单渡越增益（f） 激光输出谱线宽度（2） 固体红宝石激光器（a） 粒子数反转阈值（b） 阈值抽运功率（c） 每模光子数（d） 饱和单渡越增益（e） 激光输出谱线宽度3-6 激光器的频率特性和稳频与模式选择原理（4个学时）1 非均匀谱线增宽多模振荡（1） 烧孔效应（2） 单模振荡、兰姆凹陷（3） 多模振荡2 均匀谱线增宽多模振荡（1） 高气压气体激光器中均匀谱线增宽效应（2） 固体激光器中空间周期性粒子数反转分布3 稳频原理（1） 影响激光频率稳定的因素（2） 激光器主动稳频的方法（a）兰姆凹陷稳频法(b)饱和吸收稳频法(c)塞曼效应稳频法 （3） 兰姆凹陷稳频原理 4模式选择技术 （1）横模和纵模选择的意义 （2）横模选择的方法 （3）纵模选择的方法第四章 激光器调制（8个学时）4-1 调制的基本概念（1个学时）1 振幅调制2 频率调制和相位调制（统称角度调制）3 强度调制4 其他调制4-2 电光调制（4.7个学时）1 电光调制的物理基础（a）电致折射率变化 （b）电光相位延迟 （c）光偏振态的变化 2电光强度调制 （a）纵向电光调制 （b）横向电光调制 3电光相位调制 4评价调制器质量的几个指标4-3 声光调制（2个学时）1 物理基础2 声光调制器的典型结构原理3 声光互作用的两种类型（a）Raman-Nath型声光调制器（b）Bragg型声光调制器4 声光调制器的工作原理和调制带宽4-4 直接调制（0.3个学时）1 半导体激光器直接调制原理2 半导体发光二极管的调制特性第五章 脉冲激光产生原理（12个学时）5-1 概述Q开关和锁模（1个学时）5-2 Q开关的理论分析（2个学时）1 Q开关激光器的速率方程及求解2 巨脉冲的峰值功率、能量和脉冲宽度（1） 巨脉冲的峰值功率（2） 巨脉冲的能量（3） 巨脉冲的脉冲宽度3 振荡前后粒子数反转密度比对输出功率、脉冲宽度和总体效率的影响5-3 调Q技术原理与装置（3个学时）1 电光调Q（1） 带偏振器的电光调Q器件（2） 单块双45度电光调Q器件（3） 腔倒空2 声光调Q（1） 声光调Q的基本原理（2） 声光调Q器件的结构及设计（3） 声光腔倒空激光器3 被动式饱和吸收调Q（1） 可饱和吸收体的调Q原理和机制（a） 调Q原理和机制（b） 染料、色心晶体和半导体饱和吸收体（2） 染料激光器5-4 锁模原理与超短脉冲产生（6个学时）1 激光器纵模输出特性2 锁模基本原理3 锁模的方法（1） 主动锁模 （2） 被动锁模 （3） 同步泵浦锁模 （4） 自锁模4 主动锁模激光器（1） 振幅调制锁模（2） 相位调制锁模（3） 主动锁模激光器的结构5 被动锁模激光器（1） 固体激光器的被动锁模（2） 染料激光器的被动锁模（3） 对碰锁模激光器6 同步泵浦锁模激光器7 自锁模激光器自锁模原理 8超短脉冲压缩技术9 单脉冲获取技术 10脉冲宽度测量技术 11其他激光器现场教学实习（6个学时）总复习、答疑（3个学时）三、使用说明 （对各种教学环节的安排如：实验、实习、习题课、作业等以及本课程与其他相关课程的联系、分工等作必要说明） 教学过程结合实验室各种激光系统工作原理进行现场教学；习题作业。四、主要参考书目 （要求推荐若干参考书，并注明书名、作者、出版社、版本、出版日期等）教科书及主要参考书1、激光原理与技术应用余振新编2、激光技术与应用蓝信矩编3、激光原理周炳琨等编著4、激光原理技术及应用李相银等 哈尔滨工业大学出版社 2004年10月5、激光原理与技术阎吉祥主编 高等教育出版社 2004年7月6、Laser fundamentals，2nd edition， William T. Silfvast, University of Ce