激光原理教学大纲

激光原理及技术激光原理及技术教学大纲教学大纲 一、课程基本信息 1、课程名称：激光原理及技术 全称（英文）The principle and technology of laser 2、课程代码：B1309061 3、课程管理：数理学院应用物理学教研室 4、教学对象：应用物理学专业 5、教学时数：总时数 48 学时，其中理论教学 48 学时，实验实训 0 学时。 6、课程学分：3 7、课程性质：专业选修课 8、课程衔接： （1）先修课程：原子物理 （2）后续课程：光电探测及信号处理 二、课程简介 激光原理与技术是高等院校光信息科学与技术专业的一门具有核心地位的、极其 重要的专业基础课程。在国外这门课程是多数理工科专业的必修课程。 激光原理与技术 在相关专业的教学活动中起到承上启下的作用，该课程的发展与激光物理及激光技术的发 展密切相关。 三、教学内容及要求 第一章 辐射理论概要与激光产生的条件 （一）教学目标（一）教学目标 通过本章节的学习，培养学生抽象思维能力，能运用简单的物理思想去分析问题，掌 握辐射理论的基本知识，了解几种增宽的物理思想。 （二）教学节次及要求（二）教学节次及要求 第一节 光的波粒二象性 1、 了解光的波粒二象性的物理含义 第二节 原子的能级和辐射跃迁 1、掌握原子能级及简并度 2、掌握原子能及的标度方法 第三节 光的受激辐射 1、掌握黑体辐射公式 2、掌握三种辐射计辐射系数之间的关系 第四节 光谱线增宽 1、掌握三种增宽的物理含义 第五节 激光形成的条件 1、掌握介质中光的受激辐射放大原理 （三）教学重点与难点（三）教学重点与难点 1、黑体辐射 2、三种增宽 2 （四）教学方法与手段（四）教学方法与手段 课堂讲授、多媒体辅助教学。 （五）教学时数（五）教学时数 5 学时 第二章 激光器的工作原理 （一）教学目标（一）教学目标 掌握光学谐振腔结构与稳定性原理，速率方程组与粒子数反转分布，激光器的损耗与 阈值条件等知识。 （二）教学节次及要求（二）教学节次及要求 第一节 光学谐振腔结构与稳定性 1、掌握稳定图的应用 第二节速率方程组与粒子数反转 1、 掌握速率方程组 2、 掌握稳态工作时的粒子数密度反转分布。 第三节均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 1、掌握均匀增宽介质的增益系数 第四节 非均匀增宽介质的增益饱和 1、掌握介质在小信号时的粒子数密度反转分布值计算 2、了解非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布 第五节 激光器的损耗 1、掌握激光谐振腔内形成稳定光强的过程 2、掌握阈值条件 （三）教学重点与难点（三）教学重点与难点 1、速率方程组 2、均匀增宽介质的增益系数和增益饱和 （四）教学方法与手段（四）教学方法与手段 课堂讲授、多媒体辅助教学。 （五）教学时数（五）教学时数 5 学时 第三章 激光器的输出特性激光器的输出特性 （一）教学目标（一）教学目标 掌握光学谐振腔的衍射理论；对称共焦腔内外的光场分布；高斯光束的传播特性；稳 定球面腔的光束传播特性；激光器的输出功率；激光器的线宽极限等问题。 （二）教学节次及要求（二）教学节次及要求） 第一节 光学谐振腔的衍射理论 1、了解菲涅耳基尔霍夫衍射公式 第二节 对称共焦腔内外的光场分布 1、掌握共焦腔镜面上的场分布 第三节 高斯光束的传播特性 1、 高斯光束的振幅和强度分布 2、 了解高斯光束的相位分布 第四节 稳定球面腔的光束传播特性 1、掌握稳定球面腔的等价共焦腔。 2、了解稳定球面腔的光束传播特性。 3 第五节 激光器的输出功率 1、掌握均匀增宽型介质激光器的输出功率 2、非均匀增宽型介质激光器的输出功率 第六节激光器的线宽极限 1、掌握线宽极限的概念 （三）教学重点与难点（三）教学重点与难点 1、高斯光束的振幅和强度分布 2、菲涅耳基尔霍夫衍射公式 （四）教学方法与手段（四）教学方法与手段 课堂讲授、多媒体辅助教学。 （五）教学时数（五）教学时数 8 学时 第四章 激光的基本技术 （一）教学目标（一）教学目标 掌握激光器输出的选模；激光器的稳频；激光束的变换；激光调制技术；激光偏转技 术；激光调 Q 技术；激光锁模技术。 （二）教学节次及要求（二）教学节次及要求 第一节 激光器输出的选模 1、 掌握激光单纵模的选取 2、 掌握激光单横模的选取 第二节 激光器的稳频 1、掌握影响频率稳定的因素 第三节 激光束的变换 1、理解高斯光束通过薄透镜时的变换 第四节 激光调制技术 1、知道激光调制的基本概念 2、掌握三种调制方法 第五节 激光偏转技术 1、掌握机械偏转、电光偏转、声光偏转的方法 第六节 激光调 q 技术 1、知道调 q 原理 2、掌握三种调 q 方法 （三）教学重点与难点（三）教学重点与难点 1、激光调制技术( x9 2、激光调 q 技术 （四）教学方法与手段（四）教学方法与手段 课堂讲授多媒体辅助教学。 （五）教学时数（五）教学时数 6 学时 第五章 典型激光器介绍典型激光器介绍 （一）教学目标（一）教学目标 在前面理论的基础之上，了解掌握几种典型激光器的种类、原理。 （二）教学节次及要求（二）教学节次及要求 4 第一节 固体激光器 1、了解固体激光器的基本结构与工作物质 第二节 气体激光器 1、掌握氦-氖(he-ne)激光器、二氧化碳激光器、ar离子激光器的工作原理 第三节染料激光器 1、掌握染料激光器的激发机理 第四节 半导体激光器 1、掌握半导体的能带和产生受激辐射的条件 第五节其他激光器 1、掌握准分子激光器、自由电子激光器、化学激光器的原理 （三）教学重点与难点（三）教学重点与难点 1、固体激光器、气体激光器 2、染料激光器 （四）教学方法与手段（四）教学方法与手段 课堂讲授、多媒体辅助教学。 （五）教学时数（五）教学时数 5 学时 第六章激光在精密测量中的应用 （一）教学目标（一）教学目标 了解激光在精密测量中的应用，会进行相关计算。 （二）教学节次及要求（二）教学节次及要求 第一节 激光干涉测长 1、了解干涉测长的基本原理 第二节 激光衍射测量 1、掌握激光衍射测量原理 第三节激光测距 1、掌握激光脉冲测距、激光相位测距的基本原理 第四节 激光准直及多自由度测量 1、掌握激光准直仪的工作原理 第五节激光多普勒测速 1、掌握激光多普勒测速技术的应用 （三）教学重点与难点（三）教学重点与难点 1、激光干涉测长 2、激光衍射测量 （四）教学方法与手段（四）教学方法与手段 课堂讲授、多媒体辅助教学。 （五）教学时数（五）教学时数 5 学时 第七章 激光加工技术激光加工技术 （一）教学目标（一）教学目标 在前面理论的基础之上，了解掌握几种激光在机械加工中的应用。 （二）教学节次及要求（二）教学节次及要求 第一节 激光热加工原理 1、了解激光器热加工原理 5 第二节 激光表面改性技术 1、掌握激光淬火技术的原理与应用 第三节激光去除材料技术 1、掌握染料激光器的激发机理 第四节 半导体激光器 1、掌握激光打孔、激光切割的原理 第四节 激光快速成型技术 1、掌握激光快速成型技术的原理及主要优点 （三）教学重点与难点（三）教学重点与难点 1、激光热加工原理 2、激光去除材料技术 （四）教学方法与手段（四）教学方法与手段 课堂讲授、多媒体辅助教学。 （五）教学时数（五）教学时数 5 学时 第八章 激光在医学中的应用 （一）教学目标（一）教学目标 在前面理论的基础之上，了解掌握几种激光在医学上的应用。 （二）教学节次及要求（二）教学节次及要求 第一节 激光与生物体的相互作用 1、了解生物体的光学特性 第二节 激光在临床治疗中的应用 1、掌握激光临床治疗的种类与现状 第三节激光在生物体检测及诊断中的应用 1、掌握利用激光的生物体光谱测量及诊断原理 第四节 医用激光设备 1、掌握医用激光光源 第五节激光应用于医学的未来 1、掌握医用激光新技术 （三）教学重点与难点（三）教学重点与难点 1、激光与生物体的相互作用 2、医用激光设备 （四）教学方法与手段（四）教学方法与手段 课堂讲授、多媒体辅助教学。 （五）教学时数（五）教学时数 5 学时 四、实践环节 无 五、课程时数分配表 （一）总体学时分配 教 学 内 容 课堂 授课 实验上机作业其它合计 第一章 辐射理论概要与激光产 55 6 生的条件 第二章 激光器的工作原理 55 第三章 激光器的输出特性 88 第四章 激光的基本技术 66 第五章 典型激光器介绍 55 第六章 激光在精密测量中的应 用 55 第七章 激光加工技术 55 第八章 激光在医学中的应用 55 合 计 4848 （二）实验项目及学时分配 无 六、考核方式 1、课程的考核方式：闭卷考试 2、课程考核成绩确定方法：平时成绩 30+考试 70 七、建议教材及教学参考书 1、教材及参考书 1陈家璧编， 激光原理与应用 ，电子工业出版社，2004 年出版 2俞宽新等编， 激光原理与激光技术 ，北京工业出版社，2001 年出版 3陈钰清和王静环， （新世纪高等院校精品教材） 激光原理 ， 浙江大学出版社 2004 年 1 月第八次印刷出版 4周炳琨等， 激光原理 第四版，国防工业出版社，2000 5J. Wilson and J.F.B. H