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課程概述
本課程主要介紹激光產生的基本原理和特性、激光器的基本結構和類型、激光器的主要應用以及光通信和信息光電子領域常用的激光技術和典型激光器件，培養學生對激光、激光器件及各種激光技術的感性認識，使學生掌握激光原理、技術和器件的基本知識，並引導學生瞭解激光在當今信息光電子領域的主要應用和前沿動態，為從事光通信、信息光電子領域的相關工作或進一步深入學習打下較好的基礎。
授課目標
通過本課程的學習，瞭解和掌握激光產生的基本原理、激光器的類型和結構、常用激光單元技術和典型激光器件，瞭解激光在光通信、信息光電子等領域的應用。
具體知識點目標為：
1、 掌握自發輻射、受激輻射和受激吸收等概念，掌握激光產生的基本原理、激光器的基本結構和類型、激光的基本特性；
2、 掌握激光橫模、縱模、諧振腔損耗、Q值、腔內光子壽命等概念，了解開放式光學諧振腔的結構、穩定性以及激光束特性；
3、 掌握激光振蕩動力學特性，包括激光振蕩的建立、馳預振蕩、三能級激光系統、四能級激光系統、增益飽和、譜線、閾值特性和斜率效率等；
4、 掌握選模、調Q和鎖模等典型激光單元技術的原理；
5、瞭解典型激光器構造和特性；
6、瞭解激光的應用領域和前沿。
課程大綱
第01單元 引言和知識準備
(1) 清楚激光光源不同於普通光源的特點；
(2) 瞭解激光器的發明歷史；
(3) 瞭解目前人們對光本質的認識以及描述光的不同理論；
(4) 清楚光學波段在電磁波譜中的位置以及不同光學波段的大致波長範圍；
(5) 清楚光源相干性、空間相干性、時間相干性、相干長度、相干時間等概念；
(6) 明白什麼是相干光源。
1.1 激光光源及其特點
1.2 激光器的發明歷史
1.3 光的本質和光學理論的層次
1.4 光學波段
1.5 光源相干性和相干光源
第01講 1.1 激光光源及其特點 → 00:07:55
第02講 1.2 激光器的發明歷史 → 00:07:49
第03講 1.3 光的本質和光學理論的層次 → 00:10:00
第04講 1.4 光學波段 → 00:05:17
第05講 1.5 光源相干性和相干光源 → 00:08:47
第02單元 激光產生的基本原理
(1) 清楚微觀粒子的能級和粒子在不同能級上的玻爾茲曼分佈；
(2) 掌握自發輻射、受激輻射和受激吸收概念和規律；
(3) 清楚光相干光放大的概念和實現光放大的必要條件；
(4) 掌握損耗和增益的唯象描述和定量計算；
(5) 瞭解光自激振蕩的原理；
(6) 清楚激光器的構成部分及其作用、實現激光振蕩充要條件。
2.1 能級和玻爾茲曼分佈
2.2 自發輻射、受激輻射和受激吸收
2.3 光放大及其必要條件
2.4 損耗和增益的定量描述
2.5 光的自激振蕩
2.6 激光器的構成和激光振蕩條件
第06講 2.1 能級和玻爾茲曼分佈 → 00:06:23
第07講 2.2 自發輻射、受激輻射和受激吸收 → 00:08:33
第08講 2.3 光放大及其必要條件 → 00:05:46
第09講 2.4 損耗和增益的定量描述 → 00:05:37
第10講 2.5 光的自激振蕩 → 00:04:10
第11講 2.6 激光器的構成和激光振蕩條件 → 00:07:24
第03單元 光學諧振腔的損耗
(1) 清楚光學諧振腔的概念和類別、開放式光學諧振腔的概念；
(2) 清楚開放式光學諧振腔的主要損耗類型及其物理起源；
(3) 掌握諧振腔平均單程損耗因子的概念；
(4) 掌握無源腔內光子壽命、譜線線寬和Q值等概念及其與腔損耗之間的關係；
3.1 開方式光學諧振腔
3.2 腔損耗類型和平均單程損耗因子
3.3 無源腔內光子壽命、譜線線寬和Q值
第12講 3.1 開方式光學諧振腔 → 00:07:36
第13講 3.2 腔損耗類型和平均單程損耗因子 → 00:08:11
第14講 3.3 無源腔內光子壽命、譜線線寬和Q值 → 00:07:02
第04單元 共軸球面腔的穩定性
(1) 清楚共軸球面腔的穩定性問題；
(2) 瞭解近軸光線的傳播矩陣；
(3) 清楚共軸球面腔的穩定性條件和穩定性分類；
(4) 掌握簡單兩鏡共軸球面腔的穩定性條件；
4.1 共軸球面腔的穩定性問題
4.2 近軸光線的傳播矩陣
4.3 共軸球面腔的穩定性條件
4.4 共軸球面腔的穩定性分類
第15講 4.1 共軸球面腔的穩定性問題 → 00:04:42
第16講 4.2 近軸光線的傳播矩陣 → 00:09:02
第17講 4.3 共軸球面腔的穩定性條件 → 00:04:36
第18講 4.4 共軸球面腔的穩定性分類 → 00:07:20
第05單元 激光模式特徵和高斯光束
(1) 掌握激光縱模的概念、形成原因、物理圖像、縱模頻率間；
(2) 掌握激光橫模的概念、形成原理、物理圖像；
(3) 掌握基模高斯光束的傳播性質和特徵參數。
5.1 激光模式的縱向特徵(縱模)
5.2 激光模式的橫向特徵(橫模)
5.3 高斯光束性質和特徵參數
第19講 5.1 激光模式的縱向特徵(縱模) → 00:13:48
第20講 5.2 激光模式的橫向特徵(橫模) → 00:11:00
第21講 5.3 高斯光束性質和特徵參數 → 00:15:31
第06單元 增益飽和及模式競爭
(1) 瞭解氣體和固體激光工作物質內的主要譜線加寬機制及其物理起源；
(2) 掌握均勻加寬和非均勻加寬機制的概念；
(3) 掌握均勻加寬和非均勻加寬機制下的增益飽和規律；
(4) 清楚模式競爭效應產生的原因及其對激光器輸出的影響；
(5) 瞭解譜線燒孔效應、空間燒孔效應；
6.1 譜線加寬機制和類型
6.2 增益飽和和模式競爭
第22講 6.1 譜線加寬機制和類型 → 00:15:27
第23講 6.2 增益飽和和模式競爭 → 00:11:08
第07單元 速率方程和激光振蕩特性
(1) 掌握速率方程的概念和建立過程；
(2) 掌握受激吸收和受激發射截面的概念；
(3) 瞭解速率方程的求解和激光振蕩特性。
7.1 速率方程的建立
7.2 受激吸收和受激發射截面
7.3 激光振蕩特性
第24講 7.1 速率方程的建立 → 00:15:19
第25講 7.2 受激吸收和受激發射截面 → 00:06:35
第26講 7.3 激光振蕩特性 → 00:10:40
第08單元 典型激光技術
(1) 清楚激光激光單元技術的概念、範疇和分類；
(2) 掌握激光選模的概念和原理、瞭解典型激光選模技術；
(3) 掌握激光鎖模的概念和原理、瞭解典型激光鎖模技術；
(4) 掌握激光調Q的概念和原理、瞭解典型激光調Q技術；
8.1 激光技術概論
8.2 激光選模技術
8.3 激光鎖模技術
8.4 激光調Q原理
8.5 典型激光調Q技術
第27講 8.1 激光技術概論 → 00:14:41
第28講 8.2 激光選模技術 → 00:04:37
第29講 8.3 激光鎖模技術 → 00:09:09
第30講 8.4 激光調Q原理 → 00:10:11
第31講 8.5 典型激光調Q技術 → 00:12:02
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