激光原理与技术-西南科技大学理学院

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1、《激光原理与技术》课程教学大纲（LasersPrinciple）课程编号:163150450学分：4学时：64（其中：讲课学时：64实验学时：0上机学时：0）先修课程：光学、电磁场与电磁波、高等数学、数学物理方法、量子力学等课程后续课程：光电子技术，光纤通信适用专业：光学专业本科生开课部门：理学院一、课程教学目的和课程性质激光原理是光学的一个重要分支，在现代信息科学特别是光电信息科学中占有重要地位，具有较强的理论性、前沿性和探讨性。激光的产生具有划时代的意义，无论在科学发展还是技术应用上都有广阔的应用前景。激光原理是光信息科学与技术专业学生的专业必修课，通过本课程的学习，使学生掌握激

2、光产纶和形成的基本原理，培养学牛的理论思维能力，训练学牛分析和解决实际问题的能力。让学生既为光电器件、光电探测、光纤通信等后继课程打下必要的知识基础，也为将來成为光电方面的管理、开发和设计的高级人才打下必要的理论基础。课程的主要内容及基本要求第一单元激光的物理基础（8学吋）［知识点］1、介绍波动光学的基本理论和相关的数学表述2、理解光的相干性和光波模式的关系3、理解光的受激辐射以及光的放大和振荡的基本概念4、理解激光器的基本原理和构成，激光辐射的特点。［重点］1、掌握光子的简并度、光波模式数的概念和计算；2、理解光和物质的三个共振相互过程的名称和特点；激光的特性。3、理解光相关性的描

3、述方法。［难点］1、光相干性的描述方法。［基本要求］1、识记：光子简并度、光波模式数;2、领会：光相干性的描述方法；3、简单应用：光子单色性，相干性；4、综合应用：单色能量密度，受激跃迁几率的确定。［考核要求］1、光子相干性的描述方法2、光的自发辐射、受激吸收和受激辐射系数的确定第二单元光学谐振腔（18学时）［知识点］1、光学谐振腔的组成和分类，光学谐振腔在形成激光中的重要作用。2、掌握光学谐振腔的损耗、Q值和线宽的计算方法。3、掌握光学传播矩阵并用以处理光腔中激光束的传播和光强的稳定条件。4、理解光的标量衍射理论，讨论谐振腔激光束的几何参数、物理模式、能量损耗等问题。5、介绍非稳定

4、谐振腔和激光器的选模问题。［重点］1、掌握光学谐振腔的组成和在形成激光中的重要作用；光学谐振腔损耗、Q值及线宽；光学谐振腔的传播矩阵及稳定性条件和共焦腔光束的几何参数；2、理解光的标量衍射理论对谐振腔的物理模式和能量损耗等问题的分析;一般稳定球面镜腔及等价共焦腔的理论；［难点］1、光学谐振腔的传播矩阵及稳定性条件和共焦腔光束的几何参数。2、稳定腔模式的衍射积分理论分析方法。［基本要求］1、识记：谐振腔的横模、纵模的概念，谐振腔的Q值；2、领会：光学谐振腔的几何方法、标量衍射分析方法；3、简单应用：谐振腔稳定性的判辨；4、综合应用：利用等价共焦腔的方法分析一般稳定球面镜腔。［考核要求］

5、1、谐振腔Q值的计算；2、谐振腔稳定性的判断；3、利用等价共焦腔的方法分析一般稳定球面镜腔。第三单元高斯光束（10学时）［知识点］1、理解亥姆赫兹方程，并得到在缓变振幅近似下的高斯光束特解，并由此得到“光束参数，'描述激光光束的场分布及其性质。2、掌握高斯光束的复参数表示法和A、B、C、D定律能简洁地处理高斯光束在腔内外的传输问题，。3、掌握利用光束参数与谐振腔所规定的边界条件之间的关系，讨论光腔之间的匹配问题。4、介绍高斯光束通过光学成像系统的传输规律，并将其用于高斯光束的聚焦和准直。［重点］1、掌握高斯光束的复参数表示法和A、B、C、D定律处理高斯光束在腔内外光学成像系统的传输规

6、律；2、理解高斯光束的聚焦、准直和光腔之间的匹配问题；［难点］1、高斯光束的自再现变换，以及高斯光束的q参数变换；［基本要求］1、识记：高斯光束，高斯光束的q参数；2、领会：高斯光束的自再现变换，以及ABCD定律；3、简单应用：通过q参数确定高斯光束的基本性质；4、综合应用：结合高斯光束的q参数和ABCD定律，确定高斯光束的聚焦和匹配。［考核要求］1、高斯光束q参数的确定；2、高斯光束曲率半径和光斑半径的变化规律；3、结合ABCD定律和自再现变换分析透镜对高斯光束的变换；第四单元光场与物质的相互作用（9学时）［知识点］1、采用的简化量子理论，即速率方程来近似描述光场与物质间的相互作用

7、。2、根据速率方程组讨论激光器的特性。3、光谱线的加宽问题：均匀加宽和非均匀加宽［重点］1、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、单模情况下典型激光器的速率方程组；2、理解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。［难点］1、光学多普勒效应及多普勒加宽；2、增益饱和的实质、表现及数学处理；3、烧孔效应的形成过程。［基本要求］1、识记：光谱线的均匀加宽，非均匀加宽；2、领会：光谱线的线型函数，光谱线的加宽机制和类型；