激光原理与技术(光电信息科学与工程2024级)
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{{$t('开课时间')}}: 2026/02/25 - 2026/07/19
{{$t('开课学期')}}: 2026学年春季
{{$t('开课学院')}}: 物理与天文学院
{{$t('开课平台')}}: 云大学堂

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课程介绍

本课程是电子科学与技术专业的选修课程,主要讲授光和物质相互作用的基本物理过程和速率方程理论;连续激光器的工作特性;谐振腔的几何理论与衍射理论基础,平行平面腔、对称共焦腔和一般稳定球面腔的模式特征;高斯光束的传输规律;调Q技术,锁模技术,选频、选模、稳频等激光器技术。 通过课程学习,熟悉激光的本性,及光与物质相互作用所服从的基本规律,掌握激光自激振荡原理、光腔理论、激光器速率方程等激光原理专业知识,能够运用其理论和方法解决复杂激光振荡、激光放大问题。理解调Q、选频、选模、稳频、锁模等激光特性控制改善的原理及方法,通过文献研究分析激光器件和技术领域复杂工程问题,并获得有效结论。具备建立物理模型的能力、定性分析、估算与定量计算的能力。

章节
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教学目标

激光基本原理的知识目标

培养学生的激光和激光器基本知识:了解激光的产生、发展现状和应用情况;掌握激光的特性:单色性、方向性、相干性、高亮度;了解光学谐振腔的主要作用;了解常见激光器及其特点;理解自激振荡的建立过程。

电磁场与物质相互作用的能力目标

培养学生对电磁场与物质相互作用问题的分析能力:了解经典理论、半经典理论、全量子理论,掌握速率方程组及应用;熟悉一阶线性微分方程组的求解;理解均匀加宽、非均匀加宽的区别;了解激光器均匀加宽、非均匀加宽的主要机制。

介质对光的增益能力目标

培养学生建立及求解速率方程组的能力:掌握建立原子在不同能级间的吸收和发射跃迁过程的速率方程组及其求解方法;理解小信号增益系数和大信号增益系数;理解增益和增益饱和。

连续激光器的稳态工作特性能力目标

培养学生对连续激光器稳态工作特性的分析能力:掌握激光形成的阈值;理解均匀加宽与非均匀加宽激光的模振荡过程;能够计算腔内光强和输出功率;了解连续激光器的输出功率和最佳透过率;了解激光的瞬态特征;了解极限线宽和频率牵引产生的机制。

光学谐振腔的基本理论能力目标

培养学生对光学谐振腔理论的应用能力:理解并掌握谐振腔理论;理解横模和纵模的概念;理解谐振腔内衍射场自再现积分方程和它的解;掌握多元光学谐振腔和它的高斯解;掌握球面镜光学谐振腔;理解并掌握谐振腔的稳定条件(几何光学理论)和非稳腔;了解光学谐振腔的损耗。

平行平面腔、稳定球面腔能力目标

培养学生对平行平面腔和稳定球面腔衍射积分方程的求解及分析能力:了解条形与方形镜平行平面腔、圆形镜平行平面腔、方形镜对称共焦腔的镜面场分布、等相位面分布;掌握稳定球面腔。

高斯光束的能力目标

培养学生的衍生和发散思维能力:理解并掌握高斯光束(基模)的电场表达式推导;了解高斯光束的高阶模式;理解并掌握高斯光束(基模)的基本特性;理解并掌握高斯光束的变换和传播;理解并掌握高斯光束的聚焦、准直和模式匹配;了解矩阵方法研究高斯光束。

调Q技术,锁模技术,选频、选模和稳频技术的能力目标

培养学生的技术应用能力:掌握调Q工作原理,了解锁模技术、选频技术、稳频技术和模式选择技术。

思政目标

“波粒二象性”与中华传统文化“太极阴阳两面性”中包含的“对立统一”思想有相通之处,让学生树立辩证唯物主义的哲学思维看待自然科学问题,弘扬中华文化精髓,增加文化自信;光的量子性部分结合“墨子”号量子通信卫星,引导学生学习墨子的科学匠人精神,培养中华文化自信;树立辩证唯物主义的科学思维,坚定为祖国科技事业的发展而贡献的理想信念,牢记为我国科技腾飞奉献的社会责任。

课程思政

思政融合点

选取章节:第 1 章 第 1.4 节

思政结合点:社会责任,理想信念

思政融合点

选取章节:第 1 章 第 1.1 节

思政结合点:科学思维,文化传承

思政融合点

选取章节:第 1 章 第 1.2 节

思政结合点:文化传承,家国情怀

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