《激光应用技术》教学大纲 课程编号：302082020 课程性质： 选修 课程名称：激光应用技术 学时/学分：32/2 英文名称：Technology of applied LASER 考核方式： 闭卷笔试 选用教材： 《激光原理及应用》第1版 大纲执笔人： 晋崇九 魏彪、盛新志 重庆大学出版社 先修课程： 《大学物理》、《近代物理导论》 大纲审核人： 专业教学指导组 《电磁波理论》、《几何光学》、《应 用光学》、《物理光学》等 适用专业：测控技术与仪器 一、课程目标 课程具体目标为： 1.能解释激光的概念、性质、产生及应用相关的专业术语。 2.能利用激光技术基本概念和理论分析解决实际超精密计量与测试工程中的 复杂问题，并且建立测控对象和任务的分析模型，对影响测量精度的频率 稳定度和频率复现度分析结果进行评价。 3.能分析有关激光产生的经典和半经典理论，并以二能级系统为模型阐述激 光产生的先决条件和决定条件。深入解释激光的各种特性、工作方式、典 型激光器分类。介绍增益曲线及其对现代超精密计量与测量的影响。在激 光应用领域中重点讲解激光稳频原理以及各种稳频技术的优缺点，达到能 在实际超精密计量与测试工作中熟练掌握与应用激光技术，并且能在学术 和科研方面做出贡献。 4. 能正确分析和描述典型谐振腔。 5.能根据爱因斯坦受激辐射理论（包括驰豫、三能级小信号系统、四能级小 信号系统)，采用科学方法对实际超精密计量与测试工程中的测试计量及控 制问题进行研究，能设计能够在线测量大尺寸、超精密表面微观形貌测量 实验，对这些实验数据进行分析与解释，得到合理有效的结论。 6. 能解释和应用碰撞加宽、频率牵引、锁模技术的概念、含义。 7.能解释双纵模激光热稳频装置和超精密大尺寸测量方法，解决长度、角度 和超精密表面微观形貌测量方面的一般工程问题。 8。能解释纵模、横模、高斯光束、塞曼效应等基本原理和测量方法
《激光应用技术》教学大纲 课程编号： 302082020 课程性质： 选修 课程名称： 激光应用技术 学时/学分： 32/2 英文名称： Technology of applied LASER 考核方式： 闭卷笔试 选用教材： 《激光原理及应用》第 1 版 魏彪、盛新志 重庆大学出版社 大纲执笔人： 晋崇九 先修课程： 《大学物理》、《近代物理导论》、 《电磁波理论》、《几何光学》、《应 用光学》、《物理光学》等 大纲审核人： 专业教学指导组 适用专业： 测控技术与仪器 一、课程目标 课程具体目标为： 1. 能解释激光的概念、性质、产生及应用相关的专业术语。 2. 能利用激光技术基本概念和理论分析解决实际超精密计量与测试工程中的 复杂问题，并且建立测控对象和任务的分析模型，对影响测量精度的频率 稳定度和频率复现度分析结果进行评价。 3. 能分析有关激光产生的经典和半经典理论，并以二能级系统为模型阐述激 光产生的先决条件和决定条件。深入解释激光的各种特性、工作方式、典 型激光器分类。介绍增益曲线及其对现代超精密计量与测量的影响。在激 光应用领域中重点讲解激光稳频原理以及各种稳频技术的优缺点，达到能 在实际超精密计量与测试工作中熟练掌握与应用激光技术，并且能在学术 和科研方面做出贡献。 4. 能正确分析和描述典型谐振腔。 5. 能根据爱因斯坦受激辐射理论（包括驰豫、三能级小信号系统、四能级小 信号系统），采用科学方法对实际超精密计量与测试工程中的测试计量及控 制问题进行研究，能设计能够在线测量大尺寸、超精密表面微观形貌测量 实验，对这些实验数据进行分析与解释，得到合理有效的结论。 6. 能解释和应用碰撞加宽、频率牵引、锁模技术的概念、含义。 7. 能解释双纵模激光热稳频装置和超精密大尺寸测量方法，解决长度、角度 和超精密表面微观形貌测量方面的一般工程问题。 8. 能解释纵模、横模、高斯光束、塞曼效应等基本原理和测量方法
9.能在设计或选择超精密计量与测试仪器时，综合考虑双纵模激光热稳频系 统频率稳定精度、频率复现精度、高阶模滤波、高斯光束准直、环境适应 性等方面要求，使用现代超精密计量与测试工具：能够针对超精密计量与 测试工程领域复杂测试计量及控制问题，开发与选用恰当的技术、资源及 现代工具对问题进行预测与模拟，并能够理解其局限性。 二、教学内容 第一章绪论（支撑课程目标1） 1.激光的发展历史 讲解本课程学习内容，学习方法，学习难点和重点以及成绩评定方式。 讲解《光学》有关著名科学家，重要定理及其历史。 2.激光的特点 讲解激光概念，重点讲解激光四大特点，详细讲解每个特点及其重要物 理意义，举例说明实际中如何应用激光四大特点。 3.本课程的学习方法 讲解本课程体系结构和学习方法，重点讲解学习难点和重点以及学习方 法。 4.习题 解释激光概念，解释激光四大特点， 第二章光和物质的近共振相互作用（支撑课程目标1、2、3） 1.电磁波的吸收和发射 讲解电磁波的吸收和发射，重点讲解电介质极化理论，给出电偶极振子模 型，深入解释自发辐射和介质色散现象 2.电磁场吸收和发射的唯象理论 讲解光和物质相互作用三个过程概念，以二能级系统为模型，推导爱因斯 坦三个系数之间重要关系。 3.光谱线加宽 讲解单色性概念及其重要物理意义，细致讲解谱线加宽机理及其对单色性 重要影响。 4.微光器中常见的普线加宽 讲解微光器中常见的谱线加宽种类以及影向谱线宽度的因素 5.光和物质相互作用的近代理论简介 讲解光和物质相互作用的近代理论，重点讲解各种理论在解释激光及其特 性方面的重要贡献。 6.习题
9. 能在设计或选择超精密计量与测试仪器时，综合考虑双纵模激光热稳频系 统频率稳定精度、频率复现精度、高阶模滤波、高斯光束准直、环境适应 性等方面要求，使用现代超精密计量与测试工具：能够针对超精密计量与 测试工程领域复杂测试计量及控制问题，开发与选用恰当的技术、资源及 现代工具对问题进行预测与模拟，并能够理解其局限性。 二、教学内容 第一章 绪论（支撑课程目标 1） 1. 激光的发展历史 讲解本课程学习内容，学习方法，学习难点和重点以及成绩评定方式。 讲解《光学》有关著名科学家，重要定理及其历史。 2. 激光的特点 讲解激光概念，重点讲解激光四大特点，详细讲解每个特点及其重要物 理意义，举例说明实际中如何应用激光四大特点。 3. 本课程的学习方法 讲解本课程体系结构和学习方法，重点讲解学习难点和重点以及学习方 法。 4. 习题 解释激光概念，解释激光四大特点。 第二章 光和物质的近共振相互作用（支撑课程目标 1、2、3） 1. 电磁波的吸收和发射 讲解电磁波的吸收和发射，重点讲解电介质极化理论，给出电偶极振子模 型，深入解释自发辐射和介质色散现象。 2. 电磁场吸收和发射的唯象理论 讲解光和物质相互作用三个过程概念，以二能级系统为模型，推导爱因斯 坦三个系数之间重要关系。 3. 光谱线加宽 讲解单色性概念及其重要物理意义，细致讲解谱线加宽机理及其对单色性 重要影响。 4. 激光器中常见的谱线加宽 讲解激光器中常见的谱线加宽种类以及影响谱线宽度的因素。 5. 光和物质相互作用的近代理论简介 讲解光和物质相互作用的近代理论，重点讲解各种理论在解释激光及其特 性方面的重要贡献。 6. 习题
课后习题选讲。 第三章速率方程理论（支撑课程目标1、3、4、5） 1.典型激光器的工作能级 讲解激光器重要组成部分以及每个部分重要作用，重点讲解能级、基态 度、激发态、跃迁概今。 2.三能级系统单模速率方程 讲解速率方程概念及其重要物理意义，重点讲解驰豫概念，根据速率方 程比较三能级系统能级结构，并且给出三能级系统单模速率方程。细致讲解 三能级系统单模速率方程物理意义。 3.四能级系统单模速率方程 根据速率方程比较四能级系统能级结构，并且给出四能级系统单模速率 方程。细致讲解四能级系统单模速率方程物理意义 4.小信号光的介质增益 讲解增益概念及其重要物理意义，重点讲解小信号光的介质增益。 5.均匀加宽介质的增益饱和 讲解增益饱和概念，重点讲解均匀加宽介质的增益饱和。 6.非均匀加宽介质的增益饱和 重点讲解非均匀加宽介质的增益饱和 7.超辐射激光器 讲解超辐射概念及其重要物理意义，重点讲解超辐射激光器重要特性及 其在现代通讯中重要作用。 8.习题 课后习题选讲 第四章连续激光器的工作特性（支撑课程目标2、4、7） 1.均匀加宽介质激光器速率方程 重点讲解均匀加宽介质激光器速率方程。 2.激光震荡阀值 讲解阀值概念及其重要物理意义，重点讲解激光产生决定条件 3.均勾加宽介质微光器中的摸竞争 讲解横模、纵模概念及其重要物理意义，重点讲解均匀加宽介质激 光器中的模竞争。 4.非均匀加宽介质激光器的多级纵模震荡 重点讲解非均匀加宽介质激光器的多级纵模震荡， 5.激光器输出特性
课后习题选讲。 第三章 速率方程理论（支撑课程目标 1、3、4、5） 1. 典型激光器的工作能级 讲解激光器重要组成部分以及每个部分重要作用，重点讲解能级、基态 度、激发态、跃迁概念。 2. 三能级系统单模速率方程 讲解速率方程概念及其重要物理意义，重点讲解驰豫概念，根据速率方 程比较三能级系统能级结构，并且给出三能级系统单模速率方程。细致讲解 三能级系统单模速率方程物理意义。 3. 四能级系统单模速率方程 根据速率方程比较四能级系统能级结构，并且给出四能级系统单模速率 方程。细致讲解四能级系统单模速率方程物理意义。 4. 小信号光的介质增益 讲解增益概念及其重要物理意义，重点讲解小信号光的介质增益。 5. 均匀加宽介质的增益饱和 讲解增益饱和概念，重点讲解均匀加宽介质的增益饱和。 6. 非均匀加宽介质的增益饱和 重点讲解非均匀加宽介质的增益饱和。 7. 超辐射激光器 讲解超辐射概念及其重要物理意义，重点讲解超辐射激光器重要特性及 其在现代通讯中重要作用。 8. 习题 课后习题选讲。 第四章 连续激光器的工作特性（支撑课程目标 2、4、7） 1. 均匀加宽介质激光器速率方程 重点讲解均匀加宽介质激光器速率方程。 2. 激光震荡阈值 讲解阈值概念及其重要物理意义，重点讲解激光产生决定条件。 3. 均匀加宽介质激光器中的模竞争 讲解横模、纵模概念及其重要物理意义，重点讲解均匀加宽介质激 光器中的模竞争。 4. 非均匀加宽介质激光器的多级纵模震荡 重点讲解非均匀加宽介质激光器的多级纵模震荡。 5. 激光器输出特性
讲解激光器输出特性概念及其重要物理意义，重点讲解激光器输出 特性的选择及控制。 6.习题 课后习题选讲。 第五章光学谐振腔理论（支撑课程目标5、7、9） 1.光学谐振腔的研究方法 讲解谐振腔概念及其重要物理意义，重点讲解谐振腔分类及研究方 法，特别是琼斯矩阵分析方法的理论分析过程及应用。 2.光学谐振腔的基本知识 讲解光学谐振腔稳定性判定方法。 3.光学谐振腔的矩阵光学理论 讲解几何光学在光学谐振腔的矩阵分析的理论及其重要方法。 4。光学谐振腔的衍射积分理论 讲解物理光学在光学谐振腔的矩阵分析的理论及其重要方法。 5.平行平面腔的自再现模 讲解自再现模概念及其重要物理意义，重点讲解平行平面腔的自再 现模产生机理及其重要物理意义。 6。对称共焦腔的自再现模 重点讲解对称共焦腔的自再现模产生机理及其重要物理意义。 7.习题 课后习题选讲。 第六章高斯光束（支撑课程目标4、8） 1.高斯光束的基本特点 讲解高斯光束概念及其重要物理意义，重点讲解高斯光束有效半径、 束腰、远场发散角概念及其重要物理意义。 2.高斯光束的传输 讲解高斯光束变换概念及其重要物理意义，重点讲解高斯光束准直 和聚焦 3.高斯光束的特性改善 讲解基模、高阶模概念及其重要物理意义，重点讲解空间滤波器在 高斯光束的特性改善中重要作用及其物理意义。 4.习题 课后习题选讲 第七章典型激光器（支撑课程目标7、9）
讲解激光器输出特性概念及其重要物理意义，重点讲解激光器输出 特性的选择及控制。 6. 习题 课后习题选讲。 第五章 光学谐振腔理论（支撑课程目标 5、7、9） 1. 光学谐振腔的研究方法 讲解谐振腔概念及其重要物理意义，重点讲解谐振腔分类及研究方 法，特别是琼斯矩阵分析方法的理论分析过程及应用。 2. 光学谐振腔的基本知识 讲解光学谐振腔稳定性判定方法。 3. 光学谐振腔的矩阵光学理论 讲解几何光学在光学谐振腔的矩阵分析的理论及其重要方法。 4. 光学谐振腔的衍射积分理论 讲解物理光学在光学谐振腔的矩阵分析的理论及其重要方法。 5. 平行平面腔的自再现模 讲解自再现模概念及其重要物理意义，重点讲解平行平面腔的自再 现模产生机理及其重要物理意义。 6. 对称共焦腔的自再现模 重点讲解对称共焦腔的自再现模产生机理及其重要物理意义。 7. 习题 课后习题选讲。 第六章 高斯光束（支撑课程目标 4、8） 1. 高斯光束的基本特点 讲解高斯光束概念及其重要物理意义，重点讲解高斯光束有效半径、 束腰、远场发散角概念及其重要物理意义。 2. 高斯光束的传输 讲解高斯光束变换概念及其重要物理意义，重点讲解高斯光束准直 和聚焦。 3. 高斯光束的特性改善 讲解基模、高阶模概念及其重要物理意义，重点讲解空间滤波器在 高斯光束的特性改善中重要作用及其物理意义。 4. 习题 课后习题选讲。 第七章 典型激光器（支撑课程目标 7、9）
1.概述 讲解常见激光器重要特性及其分类方法， 2.气体激光器 以H®-Ne激光器和二氧化碳激光器为例，重点讲解气体激光器重要特性。 3.固体激光器 以红宝石激光器和YAG激光器为例，重点讲解固体激光器重要特性。 4.染料激光器 重点讲解染料激光器重要特性及其主要工作原理。 5.半导体微光器 重点讲解半导体激光器重要特性及其主要工作原理。 6.其他激光器 讲解其他激光器重要特性及其主要工作原理， 7.习题 课后习题选讲。 第八章激光的应用（支撑课程目标6、8、9） 1.激光在基础科学研究中的应用 讲解激光在基础科学研究中的应用 2.激光在通信及信息处理中的应用 讲解激光在通信及信息处理中的应用。 3.激光在军事技术中的应用 讲解激光在军事技术中的应用 4.激光在生物及医学中的应用 讲解激光在生物及医学中的应用 5.激光在材料加工中的应用 讲解激光在材料加工中的应用。 6.激光在测量技术（计量学）中的应用 讲解激光在测量技术（计量学）中的应用， 7.激光在能源、环境中的应用 讲解激光在能源、环境中的应用 8.激光在土木、建筑中的应用 讲解激光在土木、建筑中的应用。 9.习题 课后习题选讲， 三、实验内容
1. 概述 讲解常见激光器重要特性及其分类方法。 2. 气体激光器 以 He-Ne 激光器和二氧化碳激光器为例，重点讲解气体激光器重要特性。 3. 固体激光器 以红宝石激光器和 YAG 激光器为例，重点讲解固体激光器重要特性。 4. 染料激光器 重点讲解染料激光器重要特性及其主要工作原理。 5. 半导体激光器 重点讲解半导体激光器重要特性及其主要工作原理。 6. 其他激光器 讲解其他激光器重要特性及其主要工作原理。 7. 习题 课后习题选讲。 第八章 激光的应用（支撑课程目标 6、8、9） 1. 激光在基础科学研究中的应用 讲解激光在基础科学研究中的应用。 2. 激光在通信及信息处理中的应用 讲解激光在通信及信息处理中的应用。 3. 激光在军事技术中的应用 讲解激光在军事技术中的应用。 4. 激光在生物及医学中的应用 讲解激光在生物及医学中的应用。 5. 激光在材料加工中的应用 讲解激光在材料加工中的应用。 6. 激光在测量技术（计量学）中的应用 讲解激光在测量技术（计量学）中的应用。 7. 激光在能源、环境中的应用 讲解激光在能源、环境中的应用。 8. 激光在土木、建筑中的应用 讲解激光在土木、建筑中的应用。 9. 习题 课后习题选讲。 三、实验内容