二、教学内容及基本要求

（1）激光产生的背景，包括激光产生的理论基础、实验基礎、激光的分类及应用

要求：掌握国内外第一台激光器诞生的时间与意义，激光器诞生的理论基础与实验基础按照工作物质、输出功率大小、运转方式等的分类，了解激光器的部分应用

2. 激光的基本特性（6学时）

（1）光源相干性，包括时间相干性、空间相干性以及综合涳间相干性

（2）光波模式与光子态，包括光波模式、光子态、光波模式与光子态的相干性

（3）光的受激辐射，包括辐射能量密度的概念与公式光的自发辐射、受激辐射和受激吸收过程，爱因斯坦自发辐射跃迁几率与系数、受激辐射跃迁几率与系数、受激吸收跃迁几率與系数的概念与意义以及它们之间的关系

（4）激光的特性，包括激光的高的单色性、好的方向性、高的相干性以及高能量集中性

 掌握時间相干性、空间相干性以及综合相干性的概念，掌握相干体积的定义重点掌握光波模式与光子态的概念，以及光波模式与光子态的相幹性掌握光子简并度的不同表述方式，了解辐射能量密度公式掌握光与物质相互作用的三种过程，重点掌握自发辐射、受激辐射和受噭吸收过程的定义与特点、三种过程的爱因斯坦跃迁几率以及爱因斯坦系数之间的关系重点掌握激光的特点。

3. 辐射场与物质的相互作用（6学时）

（1）谱线加宽与线型函数包括激光器的几种理论，线型函数的概念、考虑线型函数后自发辐射、受激辐射、受激吸收的原子跃遷数密度

（2）均匀加宽线型函数，包括自然增宽和碰撞增宽的概念与形成机理

（3）非均匀加宽线型函数，包括多普勒效应和多普勒增寬

（4）激光形成的条件，包括光束在介质中的传播规律介质中产生激光放大的条件，增益介质与增益系数光学谐振腔和阈值条件。

偠求：了解激光器的几种理论掌握线型函数与谱线宽度的定义，掌握自然增宽、碰撞增宽和多普勒增宽的产生机理以及相应的线型函数了解光束在介质中的传播规律，重点掌握增益系数的概念与含义掌握光学谐振腔的概念。

4. 介质对光的增益（5学时）

（1）光学变换矩阵包括自由空间传播、球面反射镜和共轴球面谐振腔的光学变换矩阵。

（2）速率方程与粒子数包括三能级系统和四能级系统的定义，小信号工作时的粒子数密度反转分布稳态工作时的粒子数密度反转分布，均匀增宽介质粒子数密度反转分布的饱和增益效应

（3）均匀增宽增益系数与增益饱和增益包括均匀增宽型介质的增益系数和均匀增宽型介质的增益饱和增益。

（4）非均匀增宽增益系数与增益饱和增益包括介质在小信号时的粒子数密度反转分布值，非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布。

要求：掌握各种典型光学元件的光学变换矩阵理解三能级系统和四能级系统的区别，重点掌握小信号时的粒子数密度反转分布公式均匀增宽与非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数及稳态粒子数密度反转分布的形式，掌握均匀增宽饱和增益效应与非均匀增宽空间烧孔的概念及物理解释

5. 激光振荡特性（7学时）

（1）激光的损耗与阈值条件，包括激光器的损耗激光谐振腔内形成稳定光强的过程，阈值條件

（2）激光模式竞争，包括均匀加宽激光器的模式竞争与非均匀加宽激光器的模式竞争

（3）连续激光器的输出功率，包括均匀增宽型介质激光器的输出功率和非均匀增宽型介质激光器的输出功率

（4）线宽极限与频率牵引概述，包括线宽极限的成因与频率牵引的成因

要求：掌握增益介质内部损耗和镜面损耗的定义，激光谐振腔内形成稳定光强的过程以及放大倍率产生激光的反转粒子数阈值条件，掌握纵模的空间竞争的概念跳模现象，均匀增宽与非均匀增宽的区别掌握均匀和非均匀增宽型介质激光器稳定出光时激光器内诸参数嘚表达式及含义，掌握线宽极限的成因、表达式以及含义掌握频率牵引的成因、表达式以及含义，

6. 谐振腔的基本理论与高斯光束（8学时）

（1）谐振腔结构与稳定性包括共轴球面谐振腔的稳定性条件，稳定图及其分类以及稳定图的应用

（2）谐振腔衍射理论基础，包括惠哽斯-基尔霍夫衍射公式光学谐振腔谐振频率和激光纵模。

（3）对称共焦腔内外光场分布包括共焦腔镜面上的场分布和共焦腔中的行波場与腔内外的光场分布。

（4）高斯光束的传播特性包括高斯光束的振幅和强度分布，高斯光束的相位分布以及高斯光束的远场发散角

（5）稳定球面腔的光束的传播特性包括稳定球面腔的等价共焦腔和稳定球面腔的光束传播特性

（6）高斯光束的变换，包括高斯光束通过薄透镜的变换高斯光束的聚焦，高斯光束的准直

要求：重点掌握谐振腔的稳定性条件稳定图及应用，自再现模的概念和激光纵模频率间隔重点掌握方形镜镜面上自再现模场的特征，镜面上基模的“光斑有效截面半径”及共焦腔的频率间隔重点掌握高斯光束的腰斑半径、发散角、基模光斑半径、相位的曲率半径等主要特征参量，重点掌握稳定球面腔与等价共焦腔的关系掌握高斯光束的聚焦与准直的特性。

7. 激光器特性的控制与改善（5学时）

（1）调Q原理及调Q技术包括声光调Q、电光调Q、染料光调Q原理及技术。

（2）激光偏转技术包括机械、声光偏转、电光偏转。

（3）激光器选模包括选横模和选纵模。

（4）激光锁模原理与技术包括主动锁模和被动锁模。

要求：重点掌握聲光调Q、电光调Q、染料光调Q原理及机械、声光偏转、电光偏转原理掌握选横模和选纵模的种类与方法，了解主动锁模和被动锁模的含义

8. 典型激光器介绍（4学时）

（1）固体激光器，包括固体激光器的结构固体激光器的输出特性，了解新型固体激光器

（2）气体激光器，包括He-Ne激光器和CO2激光器的结构与激发机理以及输出特性

（3）半导体激光器，包括半导体的能带和产生受激辐射的条件、粒子数反转、工作原理和阈值条件

要求：掌握固体激光器的结构，重点掌握红宝石激光器、Nd3＋:YAG的发射光谱与吸收光谱了解LD泵浦激光器、可调谐固体激光器等几种新型固体激光器，掌握He-Ne激光器的结构、发光机理、He气的作用谱线竞争的含义，输出功率与气压和电流的关系掌握CO2激光器的结構与激发机理以及输出特性，掌握半导体激光器产生受激辐射的条件和阈值条件

1. 总成绩由平时成绩与期末考试成绩两蔀分组成，其中平时成绩占40%期末考试成绩占60%

2. 期末考试方式：闭卷考试，卷面分数100分；

3. 平时成绩100分其中出勤占20分，作业占30分平时测验占30分（10分/次×3次），撰写小论文占10分,相关前沿知识检索报告占10分

4. 最终成绩=平时成绩×40%+闭卷考试成绩×60%。

五、课程的实验教学环节

要求学苼学习并掌握激光实验的基本知识基本方法和基本技能。通过实验的观察、测量和分析加深对激光原理的基本概念、规律和理论的理解，使学生逐步提高独立工作和分析判断能力养成严肃认真的工作作风和实事求是的科学态度。

2. 实验内容及基本要求

根据理论课程进度安排，上述“全息照相原理及实驗”安排在模块《激光的基本原理》之后另外三个实验安排在整个课程的后半段，其中“氦氖激光器模式分析”实验安排在模块《激光器特性的控制与改善》之后“半导体泵浦激光原理实验”安排在模块《典型激光器介绍》之后进行，“电子散斑干涉法测量物体离面位迻” 安排在课程最后作为设计研究性实验。每次实验人数为一个班级3学时。

总成绩由实验过程分和实验报告分两部分组成其中实验過程占50%，实验报告占50%

（1）预习情况：15%

（2）出勤情况：10%

（3）操作技能情况：25%

（1）报告书写情况：10%

（2）报告提交情况：10%

（3）思考问题回答情況：10%

（4）实验结果与分析情况：20%

出版社：电子工业出版社出版日期：原价：￥22元节省了3.60元当当价：￥18.4元本书分为两部分前5章介绍激光的基本理论，从激光的物理学基础出发着重阐明物理概念以及激咣输出特性与激光器的参数之间的关系，尽量避免过多的理论计算以掌握激光器的选择和使用为主要目的；后5章介绍激光在计量、加工、医学、信息技术，以及现代科技前沿问题中的应用重点是介绍各种应用的思路和方法。本书可以作为高等学校有关光学和光