《激光原理及技術(shù)》課程標(biāo)準(zhǔn)

.實(shí)用文檔.?激光原理及技術(shù)?課程標(biāo)準(zhǔn)適用專業(yè)：光電信息科學(xué)與工程專業(yè)所屬教研室〔系〕：光電信息教研室課程名稱：激光原理及技術(shù)〔PrinciplesandTechniquesofLaser〕課程類型：專業(yè)核心課程學(xué)時(shí)學(xué)分：32學(xué)時(shí)〔2.0學(xué)分〕一、課程概述〔一〕課程性質(zhì)?激光原理及技術(shù)?是光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的一門專業(yè)核心課程。本課程的目的在于介紹激光的根本理論知識(shí)和掌握激光器的使用技術(shù)。通過(guò)?激光原理及技術(shù)?課程的教學(xué)，使學(xué)生了解和掌握激光器的根本結(jié)構(gòu)、工作原理和根本操控技術(shù)，培養(yǎng)學(xué)生分析解決激光原理問(wèn)題的能力。激光原理及應(yīng)用的預(yù)修課程為高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、數(shù)學(xué)物理方法和大學(xué)物理等根底課程，激光原理為后繼課的學(xué)習(xí)和專業(yè)訓(xùn)練提供必要的準(zhǔn)備，是高等學(xué)校光學(xué)工程類和光電信息類各專業(yè)學(xué)生的一門重要的必需專業(yè)課程。我校光電信息科學(xué)與工程專業(yè)的人才培養(yǎng)目標(biāo)是要求本專業(yè)畢業(yè)生在光電信息科學(xué)與工程領(lǐng)域方向上具有寬厚的理論根底、扎實(shí)的專業(yè)根底知識(shí)、熟練的實(shí)驗(yàn)技能，并具有綜合運(yùn)用專業(yè)理論技術(shù)分析解決工程問(wèn)題的根本能力。激光是本專業(yè)中應(yīng)用最為根本、最普遍的工具之一，例如在光纖通信、光存儲(chǔ)、激光切割、激光雷達(dá)等方面都起著至關(guān)重要的作用，為了培養(yǎng)出符合社會(huì)需求的應(yīng)用型人才，就必須要學(xué)生掌握激光的根本知識(shí)和操作技能。特別強(qiáng)調(diào)物理概念的深入理解，為今后從事光電子方向和相關(guān)專業(yè)的教學(xué)和科研打下扎實(shí)的理論根底。該課程共分五章，包括激光的根本原理，開(kāi)放式光腔和高斯光束，激光介質(zhì)的增益線形和增益系數(shù)，激光器穩(wěn)態(tài)振蕩特性，激光器和技術(shù)。本課程應(yīng)先修?大學(xué)物理〔電磁學(xué)、光學(xué)局部〕?、?高等數(shù)學(xué)?、?線性代數(shù)?、?數(shù)學(xué)物理方法?等課程，同時(shí)它又是?半導(dǎo)體物理與器件?、?光電子技術(shù)?、?光電探測(cè)和信號(hào)處理?和?光電成像原理與技術(shù)?等課程的根底。〔二〕根本原那么本課程主要圍繞著提高學(xué)生知識(shí)、技能和思維等方面能力為目標(biāo)，遵循“掌握原理〞、“了解技術(shù)〞的原那么。“掌握原理〞是指教學(xué)內(nèi)容要符合物理學(xué)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)的需要和滿足物理學(xué)專業(yè)學(xué)生能力開(kāi)展的需求?！傲私饧夹g(shù)〞是指教學(xué)內(nèi)容既要保持本課程在以后工作中的應(yīng)用性和實(shí)踐性，又要“重難點(diǎn)突出〞，讓學(xué)生了解激光器的廣泛應(yīng)用和使用中常用的技術(shù)?！踩吃O(shè)計(jì)思路。本課程依據(jù)光電信息科學(xué)與工程專業(yè)人才培養(yǎng)的目標(biāo)和規(guī)格，在目標(biāo)設(shè)定、教學(xué)過(guò)程、課程評(píng)價(jià)和教學(xué)資源的開(kāi)發(fā)等方面突出以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)的思想，以提高學(xué)生理性思維能力、邏輯推理能力和實(shí)際應(yīng)用能力為主要目標(biāo)，把知識(shí)與技能，過(guò)程與方法，理論與應(yīng)用緊密結(jié)合起來(lái)。由于激光原理的根本概念和原理比照擬復(fù)雜，公式推導(dǎo)很多，要求教師在教學(xué)時(shí)分散難點(diǎn)，由淺入深，盡量減少公式的推導(dǎo)時(shí)間，重視實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)，為今后的激光應(yīng)用打下扎實(shí)根底。課程設(shè)置知識(shí)要求要求學(xué)生掌握激光的特性和激光器工作原理，對(duì)激光器各個(gè)組成局部運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程有較清楚地認(rèn)識(shí)，掌握激光器的設(shè)計(jì)和調(diào)控技術(shù)，了解激光在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀和未來(lái)前景。課程設(shè)置能力要求要求學(xué)生對(duì)激光器件有初步認(rèn)識(shí)，了解常規(guī)激光器的使用操作步驟和考前須知，掌握激光器中調(diào)控的重要技術(shù)，如鎖模技術(shù)、穩(wěn)頻技術(shù)、Q調(diào)制技術(shù)等。章目教學(xué)內(nèi)容學(xué)時(shí)教學(xué)方式或手段課后作業(yè)思考題練習(xí)題第一章激光根底——愛(ài)因斯坦系數(shù)關(guān)系8講授、討論第二章激光諧振腔和高斯光束6講授、討論第三章激光工作物質(zhì)的增益6講授、討論第四章激光器穩(wěn)態(tài)振蕩特性6講授、討論第五章典型激光器與技術(shù)6講授、討論合計(jì)325.學(xué)時(shí)分配本課程總計(jì)32學(xué)時(shí)，2學(xué)分。其中理論教學(xué)32學(xué)時(shí)，實(shí)踐教學(xué)0學(xué)時(shí)，教學(xué)安排在第4學(xué)期。以課堂授課形式為主，兼顧根本理論和應(yīng)用技術(shù)相結(jié)合，邀請(qǐng)相關(guān)行業(yè)專家講解激光在應(yīng)用中使用技術(shù)和開(kāi)展動(dòng)態(tài)等。7.考試與評(píng)價(jià)方式〔或方案〕建立“三位一體〞的評(píng)價(jià)方式，亦即過(guò)程評(píng)價(jià)：以學(xué)生在教學(xué)過(guò)程的參與程度作為評(píng)價(jià)的根本標(biāo)準(zhǔn)；目標(biāo)評(píng)價(jià)：以課程標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)作為評(píng)價(jià)的重要標(biāo)準(zhǔn)；能力評(píng)價(jià)：以學(xué)生運(yùn)用本課程知識(shí)解決相關(guān)理論和實(shí)際問(wèn)題為參照標(biāo)準(zhǔn)。期末考試：采用閉卷考試或?qū)ｎ}論文形式?？偝煽?jī)=平時(shí)成績(jī)30%+期末考試成績(jī)70%。平時(shí)成績(jī)分為三局部，其中作業(yè)占平時(shí)成績(jī)的50%，考勤占平時(shí)成績(jī)的30%，課堂表現(xiàn)占平時(shí)成績(jī)的20%。二、課程目標(biāo)〔一〕總體目標(biāo)。全面系統(tǒng)地理解激光原理的根本概論和規(guī)律，特別要掌握激光的特性、掌握產(chǎn)生和調(diào)制激光的根本原理等重點(diǎn)內(nèi)容的知識(shí)點(diǎn)，同時(shí)要區(qū)別不同類型激光器的工作性能和作用，培養(yǎng)學(xué)生調(diào)試和操作各種激光器的技能，并能應(yīng)用這些根本概念和規(guī)律分析激光工作的原理和性能，熟悉激光技術(shù)在工業(yè)和醫(yī)療等方面的廣泛應(yīng)用，深化學(xué)生對(duì)光電相關(guān)領(lǐng)域的理解。培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用激光處理相關(guān)問(wèn)題的能力，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生理解、分析、綜合能力的訓(xùn)練。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生得到專業(yè)技能的培養(yǎng)和訓(xùn)練，為后續(xù)課程中對(duì)激光器的根底知識(shí)和使用技能的要求做好準(zhǔn)備?！捕尘唧w目標(biāo)。1.知識(shí)目標(biāo)：掌握激光產(chǎn)生的根本原理和規(guī)律；能應(yīng)用這些根本概念和規(guī)律分析激光工作的原理和性能；了解激光技術(shù)在工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備等方面的廣泛應(yīng)用。2.能力目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生的理性思維能力和邏輯推理能力，教學(xué)中注重培養(yǎng)學(xué)生對(duì)激光特性和激光器件運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程的認(rèn)知能力，分析和解決激光器調(diào)節(jié)和控制的能力。3.素質(zhì)目標(biāo)：通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生具有良好的專業(yè)素質(zhì)和能力素養(yǎng)，深化學(xué)生對(duì)普通物理中有關(guān)內(nèi)容的理解。三、課程內(nèi)容與教學(xué)要求第一章激光根底——愛(ài)因斯坦系數(shù)關(guān)系〔一〕課程教學(xué)內(nèi)容§1.1根底內(nèi)容。1、光波模式和光子態(tài)2、電子學(xué)載波技術(shù)的迷茫§1.2提高內(nèi)容。1、愛(ài)因斯坦關(guān)系——自發(fā)輻射和受激輻射2、光的受激輻射放大與振蕩——激光器運(yùn)轉(zhuǎn)的閾值和穩(wěn)定條件§1.3拓展內(nèi)容。1、激光特性和課程體系2、復(fù)習(xí)第一章內(nèi)容，講解作業(yè)和局部課后習(xí)題〔二〕學(xué)習(xí)性主要任務(wù)。1、理解光波模式和光子的概念和物理含義。2、掌握光波模與光子態(tài)的相干性、自發(fā)輻射、受激輻射與輻射的受激吸收、愛(ài)因斯坦關(guān)系、激光器的構(gòu)成及閾值條件、激光特性。3、理解載波和噪聲波、電磁載波技術(shù)。4、理解粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和光的受激放大?！踩硨W(xué)時(shí)分配。8學(xué)時(shí)〔其中習(xí)題課2學(xué)時(shí)〕第二章激光諧振腔和高斯光束〔一〕課程教學(xué)內(nèi)容§2.1根底內(nèi)容。1、光腔的損耗及損耗描述2、共軸球面腔的光線傳輸矩陣?yán)碚摗?.2提高內(nèi)容。1、對(duì)稱共焦腔的自再現(xiàn)模行波場(chǎng)2、一般穩(wěn)定腔的高斯光束§2.3拓展內(nèi)容。1、高斯光束的傳輸與變換復(fù)習(xí)第二章內(nèi)容，講解作業(yè)和局部課后習(xí)題〔二〕學(xué)習(xí)性主要任務(wù)。1、理解光腔穩(wěn)定條件、本征光束和開(kāi)腔模的概念和物理含義。2、掌握光腔損耗、光線傳輸矩陣、Fox和Li的開(kāi)腔模迭代求解方法、自再現(xiàn)模本征積分方程。3、理解對(duì)稱共焦腔鏡面上自再現(xiàn)模光場(chǎng)分布和行波場(chǎng)——高斯光束。4、理解高斯光束的傳輸規(guī)律?！踩硨W(xué)時(shí)分配。6學(xué)時(shí)〔其中習(xí)題課2學(xué)時(shí)〕第三章激光工作物質(zhì)的增益〔一〕課程教學(xué)內(nèi)容§3.1根底內(nèi)容。1、經(jīng)典理論2、譜線加寬機(jī)制及加寬線型§3.2提高內(nèi)容。1、激光器速率方程2、激光介質(zhì)增益及增益飽和(模式競(jìng)爭(zhēng))§3.3拓展內(nèi)容。1、光放大概念分析復(fù)習(xí)第三章內(nèi)容，講解作業(yè)和局部課后習(xí)題〔二〕學(xué)習(xí)性主要任務(wù)。1、理解受激吸收和色散現(xiàn)象的麥克斯韋理論和物理含義。2、掌握電偶極子近似模型、均勻加寬、單模速率方程、均勻加寬介質(zhì)。3、理解綜合加寬、多模振蕩速率方程。4、理解綜合加寬介質(zhì)、光放大概念分析。〔三〕學(xué)時(shí)分配。6學(xué)時(shí)〔其中習(xí)題課2學(xué)時(shí)〕第4章激光器穩(wěn)態(tài)振蕩特性〔一〕課程教學(xué)內(nèi)容§4.1根底內(nèi)容。1、振蕩閾值條件2、閾值特性§4.2提高內(nèi)容。1、激光器穩(wěn)態(tài)輸出特性2、定態(tài)激光器頻率特性§4.3拓展內(nèi)容。1、定態(tài)激光器極限線寬〔二〕學(xué)習(xí)性主要任務(wù)。1、理解振蕩閾值條件和非均勻加寬激光器的多縱模振蕩的概念和物理含義。2、掌握閾值特性、均勻加寬激光器的模式競(jìng)爭(zhēng)。3、理解非均勻加寬激光器的多縱模振蕩。4、理解輸出功率及最正確耦合。〔三〕學(xué)時(shí)分配。6學(xué)時(shí)。第5章典型激光器與技術(shù)〔一〕課程教學(xué)內(nèi)容§5.1根底內(nèi)容。1、各類激光器工作原理及應(yīng)用：氣體激光器、半導(dǎo)體激光器、固體激光器和調(diào)Q激光器等§5.2提高內(nèi)容。1、激光器的調(diào)控技術(shù)和應(yīng)用〔二〕學(xué)習(xí)性主要任務(wù)。1、了解氣體激光器、半導(dǎo)體激光器、固體激光器、調(diào)Q激光器、鎖模激光器等工作原理和各自特性，并理解各激光器的實(shí)際應(yīng)用情況。2、掌握典型半導(dǎo)體激光器和Q調(diào)制原理。3、各類激光器調(diào)節(jié)技術(shù)和在不同領(lǐng)域的應(yīng)用?！踩硨W(xué)時(shí)分配。6學(xué)時(shí)。四、教學(xué)建議〔一〕教學(xué)組織建議。〔退兩格，行距18，小四號(hào)仿宋字加黑〕考慮到本課程理論性強(qiáng)，數(shù)學(xué)計(jì)算較難，沒(méi)有相關(guān)實(shí)驗(yàn)可做等特點(diǎn)，在講授討論作業(yè)等考試教學(xué)環(huán)節(jié)中應(yīng)注意：1.重視對(duì)物理概念的理解，強(qiáng)調(diào)對(duì)激光的根本知識(shí)體系的整體理解與把握，在涉及關(guān)鍵的物理概念處，注意啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維?？刹扇∮懻撜n的方法，預(yù)留思考題，組織學(xué)生進(jìn)行充分的研討；在愛(ài)因斯坦關(guān)系、激光諧振腔等重要結(jié)論處，注意理論與實(shí)際的聯(lián)系，討論應(yīng)用中的操作問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作的能力。2.注意現(xiàn)代教學(xué)手段的適當(dāng)運(yùn)用，在該課程的教學(xué)過(guò)程中可根據(jù)適當(dāng)情況,選用或編制教學(xué)軟件或課件,豐富教學(xué)內(nèi)容,活潑課堂氣氛,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,吸引學(xué)生的注意力。3.教學(xué)手段上，復(fù)習(xí)和總結(jié)前期學(xué)習(xí)過(guò)得相關(guān)根底知識(shí)，分析根本原理，盡量防止學(xué)生陷入過(guò)多的繁難的數(shù)學(xué)計(jì)算中。加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的理論內(nèi)容的掌握，重點(diǎn)要領(lǐng)會(huì)到不同激光器的操作技巧和調(diào)試方法，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立解決實(shí)際問(wèn)題的能力。4.由于本課程理論性較強(qiáng)，運(yùn)算復(fù)雜，根本概念抽象，學(xué)生學(xué)習(xí)本課程有一定的難度,建議考核以考查方式為主,主要考察學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況和分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力，考察學(xué)生綜合運(yùn)用根本知識(shí)解決問(wèn)題的能力。平時(shí)輔以適度的練習(xí),以考核學(xué)生對(duì)根本知識(shí)和根本方法的掌握程度。平時(shí)成績(jī)由作業(yè)及課堂筆記、自學(xué)筆記為主，主要考察學(xué)生的自學(xué)能力。5.本課程標(biāo)準(zhǔn)只是課程教學(xué)的根本要求,按照教育教學(xué)原那么,教師的教學(xué)工作必須以學(xué)生的認(rèn)識(shí)開(kāi)展水平為依據(jù),在深入鉆研教材的根底上,進(jìn)行創(chuàng)造的工作,這正是搞好教學(xué)工作的重要保證?！捕辰滩倪x用建議。推薦教材:1.?激光原理?，周炳琨等國(guó)防工業(yè)出版社第7版，〔2021〕。2.?激光原理及應(yīng)用?，陳家璧主編，電子工業(yè)出版社，〔2004〕。參考書目：1.?激光原理與技術(shù)?安毓英、劉繼芳、曹長(zhǎng)慶編著，科學(xué)出版社，〔2021〕。2.?固體激光工程?，〔美〕W.克希耐爾著，孫文等譯，科學(xué)出版社，〔2003〕。3.?激光技術(shù)?，藍(lán)信鉅，科學(xué)出版社，〔2000〕。4.?激光工程?，〔日〕中井貞雄著，熊纓譯，科學(xué)出版社，〔2002〕。5.?激光物理?，錢梅珍等著，第二版，電子工業(yè)出版社，〔2001〕。6.?L