“激光原理”课程教学大纲

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1、北京工业大学“激光原理”课程教学大纲英文名称：Principleoflaser课程编号：0000246课程类型：学科基础必修课学时：56学分：3.5适用对象：本科生先修课程：《高等数学(I)-1》、《高等数学(I)-2》、《普通物理I-1》、《普通物理I-2》、《光学I》使用教材：《激光原理与激光技术》，俞宽新等编著，北京工业大学出版社，1998年3月参考书：《激光原理》（第五版），周炳琨等编著，国防工业出版社，2004年8月一、课程性质、目的和任务《激光原理》是应用物理专业（光通信与光电子技术）本科生的学科基

2、础必修课，在学习过公共基础必修课《高等数学(I)-1》、《高等数学(I)-2》、《普通物理I-1》、《普通物理I-2》和学科基础必修课《光学I》等课程以后开设。它又是本专业限选课《晶体光学》、《光电子学》、《光纤通信原理》、《信息光学》和实践环节课程《专业物理实验-1》、《专业物理实验-2》等所必须的先修课。本课程旨在使学生掌握激光器发光的机理、条件及性质；光学谐振腔及其产生的高斯光束的基本性质；激光巨脉冲技术如调Q技术和锁模技术等基本理论与基本技术。通过课堂教学和课外作业培养学生分析和解决实际问题的能力，为后

3、续专业课程的学习打下必须的基础，并为学生将来从事光通信与光电子技术的科研、教学和生产等任务打下坚实的基础。二、课程教学内容及要求第一章激光基本原理内容与要求：[2]光相干性：理解光源的时间、空间相干性的概念；掌握相干长度、相干时间、[1]相干面积与光源单色性参数的计算。[1]无源腔损耗：掌握无源腔平均单程损耗率包括输出、衍射损耗的计算；掌握[1][1][1]腔寿命的计算；掌握腔Q值的计算；掌握无源腔内光强的计算。[1]本征纵模线宽：掌握无源腔本征纵模的频率间隔与线宽的计算。[1]菲涅耳数：掌握谐振腔菲涅耳数计算

4、方法与意义。[2][2]光波模式：理解单色模式密度的概念；理解光波纵模与横模的物理意义；[2]理解光子态与光波模式的关系。[2]跃迁：理解自发辐射、受激辐射、受激吸收跃迁的概念及跃迁几率的意义；[2]理解爱因斯坦系数与跃迁几率间的关系。[2][1]激光基本知识：理解激光产生的条件；掌握激光器结构；理解三能级和四[2]能级系统。[2]激光特性：理解激光的单色性好、相干性好、方向性好、亮度高等特性。重点：光相干性、无源腔损耗、本征纵模线宽、菲涅耳数。难点：光相干性、光波模式、无源腔损耗。第二章辐射场与物质的相互作用

5、内容与要求：[1]光学多普勒效应：掌握多普勒效应的频移计算；掌握表观中心频率与共振速[1]度的计算。[2]谱线加宽：理解自然加宽、碰撞加宽、多普勒加宽的机理；[2]均匀加宽和非均匀加宽：理解均匀加宽与非均匀加宽概念上的区别。[2]线型函数：理解线型函数的概念；掌握均匀加宽的洛伦兹型线型函数与非均[1]匀加宽的高斯线型函数。[2]速率方程：理解三能级与四能级系统的速率方程。激光理论：了解激光器机理的经典理论、半经典理论、量子理论、速率方程[3]理论。重点：表观中心频率、共振速度、线型函数。难点：共振速度、线型函数

6、、速率方程第三章介质对光的增益内容与要求：[1]发射截面：掌握激光介质的发射截面的物理意义与计算方法；掌握有源腔光[1]强计算。[2]小信号反转粒子数：理解小信号反转粒子数的意义与计算方法。[2]大信号反转粒子数：理解大信号反转粒子数的意义与计算方法。[1]小信号增益系数：掌握均匀加宽与非均匀加宽小信号增益系数的计算；掌握[1]小信号增益曲线。大信号增益系数：理解均匀加宽与非均匀加宽大信号增益系数的意义与计算[2][1]方法；掌握均匀加宽与非均匀加宽大信号增益曲线的饱和下降特点。重点：小信号增益系数、发射截面。

7、难点：大信号反转粒子数、大信号增益系数。第四章连续激光器的稳态工作特性内容与要求：[1]激光阈值条件:掌握阈值增益系数和阈值反转粒子数的计算；掌握激发参量、[1]振荡线宽、起振模式数的计算。[1][2]模式竞争：掌握模式竞争的概念与规律；理解跳模现象。激光输出功率：掌握均匀加宽与非均匀加宽连续激光器中心频率处的输出功[1][1]率计算；掌握均匀加宽激光器的最佳输出功率计算；理解非均匀加宽气体激光[2]器的兰姆凹陷特点。[2]频率牵引：理解频率牵引现象及其产生的原因；掌握均匀加宽激光器的频率[1]牵引参量的定义与

8、计算。[3]激光器线宽极限：了解激光器线宽极限概念与规律。重点：激光阈值条件、激发参量、振荡线宽、起振模式数、激光输出功率。难点：激光输出功率、频率牵引、激光器线宽极限。第五章光学谐振腔的基本概念内容与要求：[1]光学变化换矩阵：掌握光学变换矩阵的定义、性质和计算；掌握球面镜的光[1]学变换矩阵。[1]谐振腔稳定性条件：掌握谐振腔稳定性的条件与判别方法；掌握谐振腔稳定[1]性的证明。[