《激光原理与技术》课程教学大纲

PAGE1PAGE4激光原理与技术课程教学大纲（Principles&TechnologyofLasers） 学时数：48其中：实验学时：0课外学时：0学分数：3适用专业：光信息科学与技术一、课程的性质、目的和任务激光技术是上世纪六十年代初发展起来的一门新兴科学。激光的问世引起了现代光学技术的巨大变革，并对光电子技术的产生和发展起到重要的推进作用，激光在现代工业、农业、医学、通讯、国防、科学等方面具有广泛的应用。本课程为光信息科学与技术专业本科生设计的学科基础课，旨在介绍激光的基本原理及其在工程中的应用，使学生对激光的基本原理、常用的激光技术、激光器件及激光在工程技术中的应用等有比较充分的了解。课程主要内容包括：受激辐射的基本概念，激光的产生过程和主要特性，开放式光腔的结构特点，高斯光束的特点及传输规律，谱线加宽的产生机理和线型函数，激光的振荡特性，激光的放大、模式选择、调Q、锁模等技术，并对固体激光器、气体激光器、半导体激光器等典型激光器的结构、工作物质及其应用进行介绍。通过课堂教学使学生掌握激光的基本原理和常用的激光技术、激光器件，并对激光在工程技术中的应用等有比较充分的了解。二、课程教学的基本要求（一）了解并掌握平衡热辐射场的辐射特点和辐射能量密度分布。（二）掌握共轴球面腔的稳定性条件，并熟练运用。（三）掌握三能级系统中粒子跃迁过程及三能级系统激光器的速率方程组。（四）了解并掌握三能级、四能级系统激光器的阈值泵浦功率和阈值泵浦能量。（五）掌握纵向光激励激光放大器的增益特性。（六）掌握激光器横模选择的物理基础和模式选择方法。（七）理解典型固体激光器的工作物质、光谱特性、光腔结构特点。三、课程的教学内容、重点和难点第一章激光的基本原理主要内容：重点：光的二象性，平衡热辐射场的辐射特点和辐射能量密度分布，自发辐射、受激辐射和受激吸收的基本概念，受激辐射放大产生过程，激光的主要特点。难点：自发辐射、受激辐射和受激吸收的概念，受激辐射放大产生过程。光的本性即光的二象性，受激辐射的基本概念，光的受激辐射放大，光的自激振荡，激光的特性。第二章开放式光腔和高斯光束主要内容：光腔理论的一般问题，共轴球面腔的稳定性条件，开腔模式的物理概念及衍射理论分析方法，方形镜共焦腔的自再现模，方形镜共焦腔的行波场，圆形镜共焦腔，高斯光束通过薄透镜时的变换规律，一般稳定球面腔的模式特征，高斯光束的基本性质和特征参数，高斯光束q参数的变换规律，聚焦和准直。重点：激光器的基本结构，光学谐振腔的结构和种类，共轴球面腔的稳定性条件，激光横模的概念和光强分布特点，高斯光束的特征参数及传输规律，高斯光束通过薄透镜时的变换规律，高斯光束聚焦和准直。难点：共轴球面腔的稳定性条件，激光横模的概念和光强分布特点，高斯光束的特征参数及传输规律，高斯光束通过薄透镜时的变换规律。第三章电磁场和物质的共振相互作用主要内容：光和物质相互作用的经典理论简介，谱线加宽和线型函数，典型激光器的速率方程组，均匀加宽工作物质的增益系数，非均匀加宽工作物质的增益系数。重点：谱线加宽的形成机理和线型函数的表达，激光能级系统中粒子跃迁过程及激光器的速率方程组，均匀加宽工作物质的增益系数和饱和特性，非均匀加宽工作物质的增益系数和饱和特性。难点：激光器的速率方程组，均匀加宽工作物质的饱和特性，非均匀加宽工作物质的饱和特性。第四章激光振荡特性主要内容：激光器振荡阈值，激光器的振荡模式，输出功率与能量，驰豫振荡。重点：激光器振荡阈值、阈值反转粒子数密度、阈值增益系数等概念，激光器振荡模式竞争，三能级、四能级系统激光器的阈值泵浦功率和阈值泵浦能量，空间烧孔、兰姆凹陷等物理概念及形成机理，激光器驰豫振荡的概念及形成过程。难点：激光器振荡模式竞争，，空间烧孔、兰姆凹陷等物理概念及形成机理，激光器驰豫振荡的概念及形成过程。第五章激光的放大技术主要内容：激光放大器的分类，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，光纤放大器，放大的自发辐射。重点：典型激光放大器的结构和分类，均匀激励激光放大器的增益特性，纵向光激励激光放大器的增益特性，掺铒光纤放大器（EDFA）、掺镨光纤放大器（PDFA）的特性和能级构成，放大的自发辐射及其应用。难点：均匀激励激光放大器的增益特性，纵向光激励激光放大器的增益特性。第六章激光器特性控制技术主要内容：激光模式选择，Q调制的原理及主要方法，锁模的原理及主要方法。重点：激光器横模、纵模选择的物理基础和模式选择方法，调Q技术的意义、原理和实现方法，锁模的原理和实现技术。难点：调Q的原理，锁模的原理。第七章典型激光器主要内容：固体激光器，气体激光器，半导体激光器重点：典型固体激光器和气体激光器的工作物质、光谱特性、光腔结构特点，半导体激光器的基本结构特点，半导体激光器中的载流子约束和光约束作用，半导体激光器的主要特性。激光器横模、纵模选择的物理基础和模式选择方法，调Q技术的意义、原理和实现方法，锁模的原理和实现技术。难点：典型固体激光器和气体激光器光谱特性，半导体激光器中的载流子约束和光约束作用。第八章激光在工业中的一些应用主要内容：激光加工，激光测距，激光通讯，激光传感重点：激光加工的原理和主要技术特点，激光测距的原理和主要技术特点，激光通讯的原理和主要技术特点，激光传感的原理和主要技术特点。难点：激光测距的原理，激光通讯的原理，激光传感的原理。五、学时分配章节主要内容各教学环节学时分配作业题量备注讲授实验讨论习题课外其它小计一激光的基本原理446二开放式光腔和高斯光束8198三电磁场和物质的共振相互作用553四激光振荡特性4155五激光的放大技术5164六激光器特性控制技术4156七典型激光器6174八激光在工业中的一些应用22152总复习22合计40264838六、课程与其它课程的联系本课程是在学生掌握了光学、高等数学、热力学的基础上开设的，本课程的学习有助于学生了解光电子技术、光纤通信系统等课程相关内容，可于上述课程并行开设。七、教材与教学参考书（一）教材周炳琨、高