《激光原理》教学大纲（课程代码：0813306 ）一、课程说明（一）适用专业：光信息科学与技术（二）课程类别：专业必修课（三）课程性质与任务：《激光原理》是光信息科学与技术专业的主干专业课，本课程向学生教授激光器的基本原理，培养学生分析解决激光物理问题的能力，特别强调物理概念的深入理解，为今后从事光信息技术科研及开发工作打下良好的专业基础。
（四）教学目的与要求：通过本课程的各教学环节，应使学生达到如下基本要求：1. 了解激光的发现、量子电子学的诞生、激光科学的创立。
光的模式及等价概念，光与物质相互作用过程的几种理论描述方法以及辐射量子理论的主要结论；激光物理的理论形式及适用范围。
2. 理解光的自发辐射、受激辐射和受激吸收的爱因斯坦理论，光谱线的形状和加宽机理，粒子数反转分布，增益特性和速率方程理论，激光器的工作过程，谐振腔的光场运动方程及高斯光束特性，等价共焦腔理论，调Q及锁模原理。
3. 掌握辐射半经典理论，激光阈值条件，连续激光器稳定状态的建立，模式竞争，根据激光工作物质的增益特性分析激光器的震荡条件、模式竞争效应、输出功率及激光放大器增益特性，具有均匀加宽和非均匀加宽谱线工作物质增益饱和行为的差别以及相应的激光器工作特性的差别，腔的稳定条件，腔的衍射理论对共焦腔解析解的结果——高斯光束的性质。
4. 熟悉各种微波谐振器的基本结构及其参数计算方法。
5. 掌握辐射半经典理论，激光阈值条件，连续激光器稳定状态的建立，模式竞争，根据激光工作物质的增益特性分析激光器的震荡条件、模式竞争效应、输出功率及激光放大器增益特性，具有均匀加宽和非均匀加宽谱线工作物质增益饱和行为的差别以及相应的激光器工作特性的差别，腔的稳定条件，腔的衍射理论对共焦腔解析解的结果——高斯光束的性质。
（五）先修课程：量子力学、电动力学、热学与统计力学光学原理电子技术基础（六）学时、学分数：66学时， 4学分。
（七）教学方式及设施要求：本课程的主要教学方式为讲授法，辅以多媒体教学，开设实践教学。
（八）考核方式与要求：课程根据本教学大纲要求统一命题考试。
其中笔试成绩占总成绩的60％,平时成绩占10%，实验成绩占30%。
二、课程内容、基本要求与学时分配（一）（二）各章节基本内容及要求第一章：激光的基本原理教学目的：要求学生初步认识与掌握光相干性的描述方法和光子简并度的概念；光和物质的三个共振相互过程的特点；激光产生的基本思想和集居数反转的概念；激光的特性基本要求：1.初步认识与掌握光相干性的描述方法和光子简并度的概念；2.光和物质的三个共振相互过程的特点3.激光产生的基本思想和集居数反转的概念4.激光的特性本章重点：光子简并度、集居数反转的概念，光和物质的三个共振相互过程的名称和特点本章难点：光相干性的描述方法教学时数：6教学内容：1.1绪论1.2相干性的光子描述1.3光与物质的三个共振相互作用过程1.4光的自激振荡与激光的特性1.5光的自激振荡与激光的特性考核要求：光子简并度、集居数反转的概念；光和物质的三个共振相互过程的名称和特点；激光的特性；理解光相干性的描述方法、激光产生的基本思想。
思考题（作业）：1－2、5、7、9、13第二章开放式光腔与高斯光束教学目的：要求学生初步掌握和理解光腔损耗、自再现模，衍射积分理论，深刻理解高斯光束、对称共焦腔光腔的特点及非稳腔基模的几何光学处理方法和几何自再现波型。
基本要求：1．掌握光腔的损耗的种类和描述2．理解开放式光腔自再现模的形成与衍射积分理论；3．掌握和理解对称共焦腔与一般稳定球面腔的等价关系及模式特点4．深刻理解高斯光束的自再现变换与稳定球面腔的关系，高斯光束的自再现变换与稳定球面腔的关系5．掌握高斯光束的基本性质、q参数变换、聚焦和准直6．掌握非稳腔基模的几何光学处理方法和几何自再现波型。
本章重点：光腔的损耗的种类和描述；横模、纵模的概念；对称共焦腔与一般稳定球面腔的等价关系及模式特点；高斯光束的基本性质和参数概念；非稳腔基模的几何光学处理方法和几何自再现波型。
本章难点：稳定腔模式的衍射积分理论分析法。
教学时数：14教学内容：2.1光腔分类、损耗及腔与模的关系；2.2共轴球面腔的稳定性条件；2.3开腔模式的物理概念和衍射理论分析方法；2.4平行平面腔模的迭代解法；2.5方形和圆形镜对称共焦腔的自再现模与行波场特征；2.6一股稳定球面腔与对称共焦腔的等价关系及模式特征；2.7高斯光束的基本性质、特征参数及q参数的变换规律2.8高斯光束的聚焦和准直2.9高斯光束的自再现变换与稳定球面腔2.10光束衍射倍率因子2.11非稳腔的几何自再现波型2.12非稳腔的几何放大率及自再现波型的能量损耗考核要求：光腔的损耗的种类和描述；开放式光腔自再现模的形成与衍射积分理论；对称共焦腔与一般稳定球面腔的等价关系及模式特点；高斯光束的自再现变换与稳定球面腔的关系；高斯光束的基本性质、q参数变换、聚焦和准直；非稳腔基模的几何光学处理方法和几何自再现波型。
思考题（作业）：：2-2、3、4、7、9、10、13、17、21第三章电磁场和物质的共振相互作用教学目的：要求学生初步掌握与理解：；；。
基本要求：1．初步掌握谱线均匀加宽和非均匀加宽的物理含义、种类以及相应的线型函数；2．理解单模情况下典型激光器的速率方程组；3．掌握均匀加宽和非均匀加宽工作物质的增益系数及增益饱和特点；4．掌握增益烧孔效应的概念；本章重点：谱线均匀加宽和非均匀加宽的物理含义、种类以及相应的线型函数；单模情况下典型激光器的速率方程组。
本章难点：光学多普勒效应及多普勒加宽；增益饱和的实质、表现及数学处理；烧孔效应的形成过程。
教学时数：8教学内容：3.1光和物质相互作用的经典理论简介3.2谱线加宽和线型函数3.3典型激光器的速率方程3.4均匀加宽和非均匀加宽工作物质的增益系数考核要求：谱线均匀加宽和非均匀加宽的物理含义、种类以及相应的线型函数；单模情况下典型激光器的速率方程组；均匀加宽和非均匀加宽工作物质的增益系数及增益饱和特点；增益烧孔效应的概念。
思考题（作业）：：3-5、8、9、12、17、19、21第四章激光振荡特性教学目的：掌握激光器阈值、模式竞争、兰姆凹陷的基本概念和特点基本要求：1．掌握激光器阈值的概念、种类以及影响阈值的因素2．理解均匀加宽和非均匀加宽激光器的模式竞争特点3．掌握影响均匀加宽和非均匀加宽单模激光器的输出功率和能量的因素4．了解兰姆凹陷、弛豫振荡、频率牵引的概念；5．理解单模激光器线宽极限产生的原因本章重点：掌握激光器阈值、模式竞争、兰姆凹陷的基本概念本章难点：理解单模激光器线宽极限产生的原因教学时数：6教学内容：4.1激光器的振荡阈值4.2激光器的振荡模式4.3输出功率与能量4.4弛豫振荡4.5单模激光器线宽极限产生的原因4.6激光器的频率牵引考核要求：激光器阈值的概念、种类以及影响阈值；模式竞争；兰姆凹陷、弛豫振荡、频率牵引思考题（作业）：4-2、4、11、13、18、21第五章激光放大特性教学目的：掌握激光放大器的增益特性，脉冲激光器输出能量和增益特点，自发辐射的概念基本要求：1．理解均匀激励和纵向光激励的连续激光放大器的增益特性2．掌握几种特殊情况下脉冲激光放大器的输出能量和增益特点3．了解放大自发辐射的概念、用途以及对光放大器的危害本章重点：均匀激励和纵向光激励的连续激光放大器的增益特性本章难点：几种特殊情况下脉冲激光放大器的输出能量和增益特点教学时数：6教学内容：5.1激光放大器的分类5.2均匀激励和纵向光激励连续激光放大器的增益特性5.3脉冲激光放大器的增益特性5.4放大的自发辐射和光放大器的噪声考核要求：均匀激励和纵向光激励连续激光放大器的增益特性，脉冲激光放大器的增益特性，放大的自发辐射思考题（作业）：5-4、6、8、11、13、16第六章激光器特性的控制和改善教学目的：了解几种典型的激光技术，及获得的激光器参数特点基本要求：要求学生初步掌握与理解：激光模式选择、调Q、稳频以及锁模的目的、原理和典型的实现方法本章重点：激光模式选择、调Q、稳频以及锁模的目的、原理本章难点：锁模技术教学时数：8教学内容：6.1模式选择6.2频率稳定6.3 Q调制6.4锁模考核要求：激光模式选择、调Q、稳频以及锁模的目的、原理和典型的实现方法思考题（作业）：6-4、6、8、11、13、16、19、21三、参考教材及资料：（一）教材《激光原理》（第五版）周炳琨等编，国防工业出版社，2007年（二）参考书1．《激光原理及应用》陈家壁主编，电子工业出版社,20012．《激光原理与激光技术》俞宽新等编，北京工业大学出版社,20033．《激光技术物理》范安辅等编，四川大学出版社,20014.《激光原理教程》沈柯编，北京工业出版社,2005《激光原理》实验教学大纲（课程代码：0813306）一、课程基本情况（一）课程名称:（中文）《激光原理》实验（英文）Principles of Laser（二）课程类别：专业必修课（三）课程性质：非独立设课（四）学时、学分1.课程总学时与学分：66学时、4学分2.实验学时与学分：18学时、1学分（五）适用专业：光信息科学与技术（六）大纲执笔：冯伟伟（七）大纲审批：（八）制定（修订）时间：2011-8-20二、实验教学目的与基本要求《激光原理》实验在学习《激光原理》课程中占有很重要的地位。
《激光原理》是一门理论和实践结合较密切的课程，本实验是针对《激光原理》中基本和典型的原理及理论实施的，在整个教学环节中处于辅助教学的地位。
本实验的作用是使学生通过实际动手操作，形象地掌握激光器的一般构造，加深激光特性的理解，了解激光在精密测量中的使用。
本实验的目的在于学生根据所学课程知识，在实验指导老师的帮助下，完成激光特性及应用的实验，从而全面地掌握《激光原理》。
三、实验内容与基本要求注：1.实验类别分必做和选做两种；实验类型为演示型、验证型、综合型、设计型、研究型、创新型等。
2.独立设课的实验不需填写“课程总学时”与“课程总学分”。
3.课程类别分基础课、专业基础课、技术基础课和专业课。
4.课程性质分独立设课和非独立设课。
（二）实验内容及要求（二）实验内容及要求实验一He-Ne激光器增益与损耗的测量内容：1.画出激光输出功率与激光参数的关系曲线2.数据处理3.用极值法求激光参数要求：1.加深理解激光器增益与损耗的概念。
2.掌握测量氦氖激光器小信号增益系数与损耗的原理和方法。
仪器：氦氖气体放电管、永磁铁氧体、全反射腔镜、平行平面镜、激光功率计、转台实验二He-Ne激光器的模式分析内容：1.用扫描干涉仪测量激光光斑2.用示波器观测频谱图3.根据干涉序个数和频谱的周性期，确定哪些模属于同一个干涉序4. 在同一干涉序内，根据纵模定义，测出纵模频率间隔。