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激光原理与技术
第9次开课
开课时间: 2025年03月10日 ~ 2025年06月30日
学时安排: 4小时每周
进行至第4周,共17周 已有 376 人参加
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课程评价(94)
spContent=激光是20世纪人类的伟大发明之一,半个多世纪以来在通信、医疗、工业和军事等方面给人类社会带来了深刻变革,同时还极大促进了人们对于自然界奥秘的认知。激光是光电子学科最为活跃的研究领域,包含光与物质相互作用过程中丰富的基本物理过程和规律,是从事光电子科学与技术工作必备的专业基础知识。
激光是20世纪人类的伟大发明之一,半个多世纪以来在通信、医疗、工业和军事等方面给人类社会带来了深刻变革,同时还极大促进了人们对于自然界奥秘的认知。激光是光电子学科最为活跃的研究领域,包含光与物质相互作用过程中丰富的基本物理过程和规律,是从事光电子科学与技术工作必备的专业基础知识。
—— 课程团队
课程概述

激光原理与技术是光电信息科学与工程专业核心课程,是从事光学和光电子领域科学研究和技术开发必须掌握的基础内容。在过去半个世纪的现代光学和物理学的重大基础研究成果和革命性技术发明中,激光都起到了关键作用,对人类的生产和生活方式产生了广泛而深刻的影响。

本课程介绍激光的基本特性、基本工作原理、光与原子共振相互作用过程中的物理过程及特性、激光调制、调Q与锁模技术、激光非线性效应等基础知识,使学生对激光器的物理机理和相关激光技术有深入的理解,掌握激光相关的基本理论、分析方法和重要结论,并使学生了解学科相关新进展和重大技术应用背景,为学生从事光电子科学与技术工作打下必要的专业基础。

本课程分为“激光原理”和“激光技术”两部分。“激光原理”部分包括激光基本原理、开放谐振腔、高斯光束及其特性、光与物质相互作用及激光器的工作特性四章(1-4章),分为43个教学小视频;“激光技术”部分包括激光调制技术、激光调Q技术、激光锁模技术和激光非线性效应四章(5-8章),分为35个教学小视频

授课目标

1. 理解激光相关的光与物质互作用基本物理概念和规律,掌握激光原理与技术的完整知识体系;

2. 具备对激光器的数学建模、系统设计和性能分析及评价能力;

3. 对科学发现从理论概念到实验、技术以及产业的发展规律形成认识,形成对基础科学的欣赏和价值追求。

课程大纲
激光基本原理
课时目标:4学时
1.1光量子起源-黑体辐射理论
1.2光量子起源-光电效应
1.3光量子起源-康普顿散射
1.4自发辐射
1.5受激辐射
1.6受激吸收
1.7爱因斯坦关系
1.8光放大
1.9激光振荡条件
1.10激光基本特性
开放光学谐振腔
课时目标:10学时
2.1开放光学谐振腔构成
2.2开放光学谐振腔的稳定性-概念及变换矩阵方法
2.3开放光学谐振腔的稳定性-判别条件
2.4开放光学谐振腔的稳定性-多元件判别条件
2.5光学谐振腔一般衍射理论
2.6光学谐振腔衍射理论-矩形对称共焦腔自再现模式镜面解
2.7光学谐振腔衍射理论-矩形对称共焦腔自再现模式空间任意点解
2.8光学谐振腔衍射理论-圆形对称共焦腔
2.9一般球面稳定腔自再现模式
2.10非稳腔自再现模式
2.11光学谐振腔损耗
高斯光束及其特性
课时目标:6学时
3.1高斯光束
3.2高斯光束传播规律-ABCD定律
3.3高斯光束自再现理论
3.4高斯光束的聚焦
3.5高斯光束的准直
光与物质相互作用及激光器的工作特性
课时目标:12学时
4.1 线形函数
4.2 均匀加宽
4.3 非均匀加宽
4.4 综合加宽
4.5 线型函数对跃迁速率的修正
4.6 速率方程理论
4.7 均匀加宽增益饱和
4.8 非均匀加宽增益饱和
4.9 驻波型非均匀加宽增益饱和
4.10 激光器的阈值
4.11 激光器的模式竞争
4.12 激光器的输出功率
4.13 驰豫振荡
4.14 激光线宽极限
4.15 频率牵引
激光调制技术
课时目标:6学时
5.1 激光调制的概念和振幅度调制的特点
5.2 相位、频率和强度调制的特点
5.3 电光调制的物理基础
5.4 纵向电光调制的结构与工作原理
5.5 横向电光强度调制器的结构与工作原理
5.6 电光偏转原理
5.7 声光调制的物理基础
5.8 拉曼-纳撕衍射的特点
5.9 布拉格衍射的特点
5.10 布拉格声光衍射的粒子模型与声光体调制器的组成
5.11 声光调制与声光偏转的工作原理
激光调Q技术
课时目标:4学时
6.1 调Q的基本原理
6.2 调Q速率方程与脉冲峰值功率的求解
6.3 调Q脉冲能量和脉冲宽度的求解
6.4 电光调Q激光器的结构和原理
6.5 脉冲透射式调Q的原理
6.6 声光调Q激光器的结构和原理
6.7 声光调Q器件驱动声功率的确定与动态实验
6.8 被动调Q原理
6.9 被动调Q激光器的输出特性
激光锁模技术
课时目标:6学时
7.1 多纵模自由运转激光器的输出特性
7.2 锁模的基本原理
7.3 锁模输出脉冲的特点
7.4 振幅调制锁模的原理
7.5 相位调制锁模的原理
7.6 被动锁模的原理
7.7 同步泵浦锁模的原理与激光器结构
7.8 自锁模与SESAM锁模的原理
激光非线性效应
课时目标:4学时
8.1 非线性极化
8.2 二阶非线性极化率张量的性质
8.3 非线性波动方程
8.4 非线性耦合波方程组
8.5 低效率情况下倍频耦合波方程组的解
8.6 高效率情况下倍频耦合波方程组的解
8.7 光参量振荡原理
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预备知识

微积分、电磁场与波、固体物理、应用光学、物理光学等课程

参考资料

1. 《激光原理与技术》 ,余学才刘志军李琨编, 科学出版社

2. 《量子电子学》, A.Yariv

3. 《激光原理》周炳琨高以智等编, 国防工业出版社

常见问题

Q :  激光课程中遇到涉及复杂概念和数学公式的难点时该如何学习?A :  注重物理概念的含义和相互逻辑关系,而非具体的数学形式。

电子科技大学
3 位授课老师
刘志军

刘志军

教授

王云祥

王云祥

副教授

李泓枢

李泓枢

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