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文本内容:
激光原理Laser Principles
一、课程基本情况课程类别专业任选课学分2学分学时32学时(讲课32学时,上机0学时,实验0学时)课程性质必修开课学期第5学期先修课程高等数学、大学物理、光学适用专业光信息科学与技术、应用物理学、物理学教材《激光原理及应用》第3版,电子工业出版社,陈家璧编著,2010开课院系物理与光电工程学院
二、课程的教学目标和任务本课程是光信息科学专业的重要基础课,激光技术已经成为现代科学研究、工业、农业、军事等领域新技术应用的重要基础激光原理重要讲述光辐射和物质的相互作用产生激光的原理,以及激光束的基本特性,并简单介绍了激光器的调Q和锁模技术通过本课程的教学,使学生了解激光产生的条件、特性、应用以及发展前景,为在今后的学习与研究中可以应用激光从事相关研究工作奠定基础
三、课程的内容和要求
1.第1章辐射理论概要与激光产生的条件(8学时)
(1)了解光的波粒二象性,掌握光的偏振性、单色光的含义、平面光波的表示法、光强的定义及光子的含义;
(2)掌握原子能级和简并度的概念,理解原子状态标记的方法,理解辐射跃迁选择定则,掌握玻尔兹曼分布定律,掌握辐射跃迁也非辐射跃迁的定义和特点;
(3)理解黑体辐射的概念和规律,掌握光和物质相互作用时三种基本过程的特点和发生几率,掌握爱因斯坦关系式;
(4)掌握光谱线、线型、光谱线宽度的概念,掌握自然增宽、碰撞增宽、多普勒增宽产生机理,理解均匀增宽和非均匀增宽的概念及区别,了解综合增宽的概念;
(5)理解光在介质中受激放大的过程和规律,掌握介质中产生激光的条件,理解吸收系数和增益系数的概念,掌握光学谐振腔在激光器中的作用
2.第2章激光器的工作原理(8学时)
(1)理解光学谐振腔满足稳定性条件的重要性,掌握稳定性的条件;
(2)理解三能级系统和四能级系统的激光工作方式,掌握速率方程组的建立、推导和粒子数密度反转分布的条件,理解粒子数密度反转分布的饱和效应;
(3)掌握均匀增宽型介质中的增益系数和增益饱和;
(4)掌握在非均匀增宽型介质中粒子数密度反转分布规律,掌握在非均匀增宽型介质中小信号时的增益系数和稳态情况下的增益饱和,掌握烧孔效应的原理;
(5)掌握激光谐振腔内稳定光强的形成过程,掌握激光器的能稳定出光的阈值条件
3.第3章激光器的输出特性(8学时)
(1)掌握自再现模积分方程解的物理意义,理解激光谐振腔的谐振条件,理解激光纵模的特点和含义,掌握纵模频率和频率间隔公式;
(2)理解方形镜面共焦腔自再现模积分方程的解析解,掌握镜面上自再现模场的特征(振幅分布、相位分布、衍射损耗等)了解共焦腔中的行波场和腔内外光场分布;
(3)掌握高斯光束的振幅和强度分布、相位分布、远场发散角以及高亮度的特性;
(4)理解稳定球面腔的等价共焦腔的含义,了解稳定球面腔的光束传播特性;
(5)掌握均匀增宽型和非均匀增宽型介质激光器的输出功率以及影响因素,理解兰姆凹陷的形成原因,了解影响激光器线宽的因素
4.第4章典型激光器介绍(6学时)
(1)理解固体激光器的基本结构,掌握红宝石激光器、YAG:Nd激光器的特点和机理,了解固体激光器的泵浦系统和输出特性;
(2)理解氢氟激光器的结构和工作机理,理解二氧化碳激光器的结构、激发机理和输出特性,理解氮离子激光器的结构、激发机理和工作特性;
(3)了解染料激光器的特点、激发机理、调谐原理和泵浦系统;
(4)理解半导体激光器中的能带情况和产生受激辐射的条件,掌握PN结的双简并能带结构和粒子数反转条件,掌握半导体激光器的工作原理及阈值条件,了解同质结和异质结半导体激光器的特性;
(5)了解准分子激光器、自由电子激光器和化学激光器的特点、基本原理和输出特性
5.第5章激光的应用(2学时)
(1)了解激光在精密测量中的应用;
(2)了解激光加工技术;
(3)了解激光在医学中的应用;
(4)了解激光在信息技术中的应用°
四、课程考核
(1)作业和报告作业『2次,课程论文0-1篇;
(2)考核方式闭卷考试
(3)总评成绩计算方式平时成绩(考勤,作业)占30%,期末占70%
(4)是否使用多媒体使用
五、参考书目
1、《激光原理》,(第四版),国防工业出版社,周炳昆,2000年
2、《激光原理与技术》,高等教育出版社,阎吉祥,2004年
3、《激光技术》,科学出版社,蓝信银,2000年。