激光原理课程教学方法的探讨与实践

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1、激光原理课程教学方法的探讨与实践摘要：“激光原理”是高等院校电子科学与技术专业（光电子技术方向）、光电信息科学与工程等专业的一门极其重要的专业基础课程。本课程是一门理论性较强的课程。笔者在“激光原理”课程的教学实践中，通过不断学习、不断摸索与改进，结合自身实践，重点提出了表格对比法和其他如量纲法、一步到位法、类比法等几种有效的教学方法，给出了具体的操作示例，得到了好的教学效果。关键词：激光原理;对比法;量纲法；一步到位法;类比法中图分类号：G642.41文献标志码••A文章编号：1674-9324（2016）40-0199-03“激光原理”是高等院校电子科学与技术专业（光电子技术

2、方向）、光电信息科学与工程等专业的一门极其重要的专业基础课程。本课程是一门理论性较强的课程，主要阐述激光器的基本原理和理论。它是学习相关课程“激光技术”、“激光器件”、“激光应用”的基础，也是学习光电子学、激光化学、激光生物学、激光光谱学、非线性光学等新的交叉学科的重要基础［1］。因为课程性质的特殊性，一直是学生比较惧怕的一门课程。学生在学习过程中普遍反映枯燥、抽象、难学。因此如何上好激光原理课程，需要教师动脑筋、花时间研究教学方法。本文笔者介绍了在多年教学实践中总结出来的比较行之有效的方法。一、对比法对比，简言之，2种事物比较也。通过比较，发掘二者的共同点与不同点，从而加深印象

3、，掌握2种事物的特点。在激光原理的教学中，借助对比方法，对教学效果起到了一定的促进作用。尤其是借助表格所进行的对比，使内容更显得一目了然、过目不忘。例1:在介绍原子发光的经典模型时（文献[2]P124-128），我们对电子的运动情况进行如下对比（见表1）。对每一种情况，先进行受力分析，然后写出电子的运动方程，进而求解，分析其特性。这样的处理，使学生对此部分概念有了清楚的认识。例2:在讲解均匀加宽工作物质的增益系数特性时（文献[2]P148-151）,我们首先一步步推导出了反转集居数密度、强光u1入射时的增益系数和强光u1入射时弱光u的增益系数的三个表达式，然后将它们放在一起进行对

4、比，来挖掘公式背后的物理意义。这组公式反映了均匀加宽工作物质增益系数的特点。通过对表2中3个公式的对比，可以看出它们的分母是相同的，分子是相应小信号情况下的值。这说明随着光强的增加，反转集居数密度和增益系数存在饱和效应，导致它们的值由小信号时的值下降，因为反映的都是均匀加宽物质的性质，所以3个公式的分母是相同的。另一方面由式（2）和式（3）反映出“频率为ul的强光不仅使自身的增益系数下降，也使其他频率的弱光的增益系数也以同等程度下降。这是因为在均匀加宽谱线情况下，由于每个粒子对谱线不同频率处的增益都有贡献”，所以当某一频率（ul）的受激辐射消耗了激发态的粒子时，也就减少了对其他频

5、率（u）信号起作用的粒子数，结果导致“增益在整个谱线上均匀地下降”（文献[2]P151）。其他比如在讲相格的概念时（文献[2]P6）,将经典质点和光（量）子进行对比（见表3）。表格对比的例子比较多，这里就不一一枚举了O其他方法1.量纲法。量纲，是表示一个物理量由基本量组成的情况。“将一个物理导出量用若干个基本量的幂之积表示出来的表达式，称为该物理量的量纲乘积式或量纲式，简称量纲[3]”。“量纲是物理学中的一个重要问题。它可以定性地表示出物理量与基本量之间的关系;可以有效地应用它进行单位换算;可以用它来检查物理公式的正确与否;还可以通过它来推知某些物理规律[4]”。在激光原理教学中

6、，量纲也发挥着重要的作用。教材在介绍原子发光的经典模型（文献[2]P124-128）时，提到“当运动电子具有加速度时，它将以如下的速率发射电磁波能量：”。学生对这个问题往往不知其所云，我们从量纲的角度来判断一下。令X=，在这个表达式中，e为基本电荷，单位为库仑，即[C];表示速度对时间的微分，即加速度，单位为[m/s2];e0为真空介电常数，单位为[F/m];c为光速，单位为[m/s]。则量纲式为[x]==再利用电学中两个公式：电流强度l=Q/t,量纲式为[A]=[C/s];电容C=Q/U，量纲式为[F]=[C/V];代入上式，得[X]===AV在电学中功率等于电压与电流强度的乘

7、积，即P=UI，量纲式为[W]=[VA]。由此可知，变量X的单位为//（瓦），说明具有功率的量纲。理解了这一点，对于教材接下来的内容也就容易理解了：“上式所表示的电子能量在单位时间内的损失也可认为是辐射对电子的反作用力（或辐射阻力）在单位时间内所作的负功，即可表7F为Fu=-”。等式左边物理量为力与速度的乘积可理解为力与位移的乘积除以时间，即功除以时间，即功率。所以此式两边都具有功率的量纲。分析到这一步，此部分内容就易于理解了。1.“一步到位”法。在用q参数分析高斯光束的传输