《激光与物质的相互作用》课程教学大纲

《激光与物质的相互作用》教学大纲一、课程基本信息课程名称激光与物质的相互作用InteractionbetweenLaserandMatter课程编码SCC622021020开课院部理学院课程团队激光与物质的相互作用学分2.0课内学时32讲授32实验0上机0实践0课外学时0适用专业光电信息科学与工程授课语言中文先修课程大学物理（2-1）、激光原理与技术课程简介（限选）《激光与物质的相互作用》是光电信息科学与工程专业本科学生的专业限选课程，是激光应用的重要基础。本课程主要内容包括激光与物质相互作用的基础理论、激光与物质相互作用过程中的能量转换以及所引起的各种物理、化学效应等基本变化过程，重点讲述激光对物质，特别是固体物质的宏观效应，以及打孔、焊接与切割等激光的应用与机理、激光与物质相互作用的部分研究方法。通过本课程的学习，使学生掌握激光与物质相互作用过程的物理基础，了解其相关应用，能解释和解决激光应用过程中产生的现象和问题，为学习其他相关课程以及从事激光加工、激光合成新材料、激光军事应用以及激光生物医学等研究与工作打下良好的基础，提高学生分析、解决问题的能力以及创新能力。课程教学中结合激光及其与物质相互作用的研究情况将价值观、科学的方法论等思政元素融入教学培养学生正确的价值观及良好的科学素养。Interactionbetweenlaserandmatterisalimitedcourseforundergraduatesmajoringinphotoelectricinformationscienceandengineering,andisanimportantbasisforlaserapplication.Thiscoursemainlycoversthebasictheoryoftheinteractionbetweenlaserandmatter,theenergyconversionduringtheinteractionbetweenlaserandmatter,andthevariousphysicalandchemicaleffects,etc.,thispaperfocusesonthemacroscopiceffectoflaseronmaterials,especiallysolidmaterials,andtheapplicationandmechanismoflaserindrilling,weldingandcutting,aswellastheinteractionbetweenlaserandmaterials.Throughthestudyofthiscourse,studentscanmasterthephysicalbasisoftheprocessoflaser-materialinteraction,understanditsrelatedapplications,andexplainandsolvethephenomenaandproblemsintheprocessoflaserapplication,forstudyingotherrelevantcoursesandengagedinlaserprocessing,lasersynthesisofnewmaterials,lasermilitaryapplicationsandlaserbiomedicalresearchandworktolayagoodfoundation,improvestudents'abilitytoanalyze,solveproblemsandinnovate.Combiningtheresearchoflaseranditsinteractionwithmatter,theteachingofthecourseintegratesthevalues,scientificmethodologyandotherideologicalandpoliticalelementsintotheteachingtocultivatestudents'correctvaluesandgoodscientificliteracy.负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1M1目标1：能够理解并掌握激光与物质相互作用的基本原理、及在工业加工、生物医学等方面激光应用的机理，对相关问题进行分析。是2.12.12M2目标2：能够对复杂的激光与物质相互作用问题进行调研和分析，识别和判断激光与物质相互作用问题的关键技术和环节，尝试提出新的解决方法。是4.14.13M3目标3：能够利用现代工具Comsol软件对激光与物质相互作用过程进行模拟分析与预测，培养认识和发现及解决激光应用问题的能力。是5.25.2三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课程目标课内学时教学方式课外学时课外环节1第一章第一章绪论本章的重点：激光光束种类、特点、激光与物质相互作用简介及应用。M1////21.11.1激光光束简介教学大纲简介，激光光束的种类及特点M10.5讲授//31.21.2激光与物质相互作用简介及应用激光与物质相互作用研究内容简介及研究及意义。M11.5讲授//4第二章第二章激光与物质相互作用基础本章的重点、难点：激光的特性与描述、材料对激光的吸收与反射特性、激光作用在材料上的温度场分析。M1,M2////52.12.1激光的特性与描述激光的空间特性、偏振特性及光场描述M1,M22讲授、讨论2文献调研62.22.2材料的吸收材料对激光的吸收、反射特性M11讲授//72.32.3激光热源模型及温度场不同热源模型及温度场M11讲授、讨论//8第三章第三章激光辐照下的热效应及应用本章的重点、难点：激光相变机理及技术应用、激光切割、焊接及打孔技术的基本原理、特点及应用。M1,M2,M3////93.13.1激光相变激光相变机理、激光熔覆与合金化M11讲授//103.23.2激光气化及打孔激光气化、激光打孔的物理机制、影响因素、特点与应用、激光打孔的新技术M12讲授//113.33.2高功率切割技术及应用激光切割的原理及分类、影响因素、系统、特点、典型应用M12讲授//123.43.3激光焊接及应用激光焊接的机理、脉冲激光光斑焊接、高功率激光深穿透焊接、激光焊接的典型应用、激光复合焊接。M2,M33讲授、讨论3模拟13第四章第四章光致等离子体及应用本章的重点、难点：激光产生等离子体特性及机制、激光与等离子体相互作用、等离子体诊断技术、激光等离子体应用M1,M2////144.14.1等离子体的特性及产生等离子体的特性及激光产生等离子体的机制M12讲授//154.24.2激光与等离子体的相互作用激光与等离子体的相互作用M1,M22讲授2文献调研164.34.3等离子体的诊断技术等离子体的不同诊断方法M1,M22讲授、讨论//174.44.4激光等离子体应用激光冲击强化原理、激光沉积薄膜原理及影响因素、激光等离子体产生极紫外激光原理、关键技术等。M1,M22讲授、讨论//18第五章第五章激光与生物材料相互作用本章的重点、难点：激光与生物组织的相互作用机理，光操控及光刀等激光技术在医学中的应用M1,M2,M3////195.15.1激光与生物组织相互作用机理生物组织的光学性质、激光与生物组织相互作用机理M12讲授//205.25.2激光医学应用光操控基本原理、光刀等激光技术在医学中的应用M2,M32讲授//21第六章第六章激光与物质相互作用部分研究方法及应用本章的重点、难点：研究方法的基本原理及实现M1,M2////226.16.1激光与物质相互作用理论研究方法简介研究方法简介M11讲授//236.26.2解析方法及应用Mie理论、广义洛伦兹Mie理论，及其在光探测中的应用M12讲授//246.36.3数值计算方法及应用有限元（FEM）方法及多物理场耦合软件Comsol的基本原理及其应用M21讲授//25第七章第七章激光与物质相互作用的新理论及新应用本章的重点、难点：当前激光与物质相互作用的研究热点问题与应用M2,M3////267.17.1激光与物质相互作用的调研、分析与交流当前热点问题的调研、分析及应用M2,M32讲授//四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1平时表现1.上课记录考勤及学生课堂表现情况，结课时综合学生考勤、在课上的认真程度及讨论的参与程度等表现进行综合打分，成绩采用百分制。2.考核学生听课的投入情况以及对于课上问题讨论参与的积极性。10%2专题讨论1.针对课程内容安排1-2次分组专题讨论。2.成绩采用百分制，各组根据其余组讨论交流情况给该组评分，同一组中成员成绩一致。3.考核学生利用激光与物质相互作用基本理论对相关应用问题进行分析讨论、归纳总结的能力，以及理论联系实际的能力。20%3大作业1.结合课程特点，要求每个同学对激光与物质相互作用研究的当前热点问题进行文献查阅及整理，进而尝试利用Comsol进行部分模拟，提出自己的设想和思路，培养其学习能力和创新能力。2.基于文献阅读与软件模拟撰写论文，根据其前沿性、逻辑性和语言表达及模拟情况和提出的创新设想的科学性进行综合评分，主要考核学生的文献阅读与整理及理论联系实际的创新能力。20%4期末考试1.开卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分100分。2.主要考核学生对激光与物质相互作用基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，题型主要有简答题、分析题、计算题等。50%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1M1平时表现10%A-全勤，课上精神状态饱满，回答问题准确，积极参与课上讨论B-缺勤1次，课上精神状态良好，问题回答较好，较积极的参与课上讨论及回答问题C-缺勤2-3次，课上精神状态一般，问题回答一般，课上讨论参与度一般，回答问题有误.D-缺勤3次以上，课上精神状态较差，几乎不参与课上讨论，回答问题不对2M1专题讨论20%A-资料准备充分，ppt制作思路清晰、语言表达准确，积极参与讨论。B-结合专题查找资料准备充分，ppt制作思路较清晰、语言表达较准确，比较积极的参讨论。C-结合专题查找资料准备不够充分，ppt制作思路不够清晰、语言表达较准确，但是能够比较积极的参与讨论。D-结合专题查找资料准备不充分，ppt制作思路不清晰、语言表达较准确，几乎不参与讨论。3M1期末考试70%（见试卷评分标准）4M2平时表现20%A-全勤，课上精神状态饱满，回答问题准确，积极参与课上讨论B-缺勤1次，课上精神状态良好，问题回答较好，较积极的参与课上讨论及回答问题C-缺勤2-3次，课上精神状态一般，问题回答一般，课上讨论参与度一般，回答问题有误.D-缺勤3次以上，课上精神状态较差，几乎不参与课上讨论，回答问题不对5M2专题讨论80%A-资料准备充分，ppt制作思路清晰、语言表达准确，积极参与讨论。B-结合专题查找资料准备充分，ppt制作思路较清晰、语言表达较准确，比较积极的参讨论。C-结合专题查找资料准备不够充分，ppt制作思路不够清晰、语言表达较准确，但是能够比较积极的参与讨论。D-结合专题查找资料准备不充分，ppt制作思路不清晰、语言表达较准确，几乎不参与讨论。6M3大作业100%A-利用Comsol现代仿真工具建立研究对象的模型正确，模拟分析合理、表达准确、且能够提出新的研究方案。B-利用Comsol现代仿真工具建立研究对象的模型正确，模拟分析合理、表达准确、不能提出新的研究方案。C-利用Comsol现代仿真工具建