曲阜师范大学：光电信息科学与工程专业《激光原理》课程教学大纲

曲华師范大学课程教学大纲学院：物理工程学院激光原理课程名称：英文名称：Principles of Laser课程代码：072428课程性质：专业必修课计划学时：理论：36实践/实验：18学3分：授课时间：1-18 周物理楼授课地点：适用专业：光电信息科学与工程批准人：执笔人：冯素娟审核人：课程负责人：冯素娟授课教师：冯素娟修订日期：2023年9月1日

学 院： 物理工程学院 课程名称： 激光原理 英文名称： Principles of Laser 课程代码： 072428 课程性质： 专业必修课 计划学时：理论：36 实践/实验：18 学 分： 3 授课时间： 1-18 周 授课地点： 物理楼 适用专业： 光电信息科学与工程 执笔人： 冯素娟 审核人： 批准人： 课程负责人： 冯素娟 授课教师： 冯素娟 修订日期：2023 年 9 月 1 日

《激光原理》课程教学大纲一、课程简介《激光原理》是光电信息科学与工程专业的一门专业核心课程，其教学对象为光电信息科学与工程专业本科生。《激光原理》主要讲授激光器的基本原理、激光振荡的光腔理论、光与物质的相互作用、激光器的输出特性、以及激光技术相关内容。通过《激光原理》的学习，可以使学生了解和掌握激光器的基本结构单元与原理，激光产生的基本原理和激光光学的基本概念及基本理论，培养学生分析解决激光物理及技术问题的能力，初步具备一定的应用能力，特别强调物理概念的深入理解，为今后从事光电子方向教学和科研打下扎实的理论基础。同时培养学生严谨求实的科学态度、科学的思维方法和踏实的工作作风，增强他们在教育教学与科学研究中分析问题和解决问题的能力，特别培养学生利用信息技术获取及处理信息的能力，了解激光器的发展过程与研究前沿，具有一定的创新意识和创新精神。二、课程目标本课程以物理学基础知识为指导，以高等院校光电信息科学与工程专业学生的培养目标为依据，系统讲授激光的基本性质、激光器的基本构造及基本原理、激光器输出特性、以及激光相关技术等内容，学生能够在掌握基本物理概念、理论、和思想方法的基础上，科学严谨地分析问题和解决问题，具备科学的思维能力，具有一定的探索精神和创新意识，真正做到知识、能力、素质等各方面协调发展。通过本课程的各教学环节，应使学生达到如下基本要求：通过学习激光器的基本原理，掌握激光原理与技术的基本结构单元，并初步具备一定的应用能力，具有从事光电子方向教学和科研的扎实理论基础。了解激光的发现、量子电子学的诞生、激光科学的创立，光与物质相互作用过程的几种理论描述方法及适用范围，掌握激光的基本特性，对激光在各个领域的应用有明确的认识；理解光的自发辐射、受激辐射和受激吸收的爱因斯坦理论；掌握光谱线的形状和加宽机制，并能进行评估计算：掌握粒子数反转分布、增益特性和速率方程理论，具有一定的分析解决激光物理问题的能力：掌握光腔损耗、光腔稳定性和激光场分布理论，谐振腔的光场运动方程及高斯光束特性、等价共焦腔理论，能够根据具体要求完成谐振腔和传输透镜的设计；理解激光器的振荡特性，掌握激光阈值条件，连续激光器稳定状态的建立，模式竞争，根据激光工作物质的增益特性分析激光器的振荡条件、模式竞争效应、输出功率及激光放大器增益特性，具有均匀加宽和非均匀加宽谱线工作物质增益饱和行为的差别以及相应的激光器工作特性的差别。（支撑毕业要求1、2、3、4、6、7、8）培养学生严谨求实的科学态度、科学的思维方法和踏实的工作作风，获得在本课程

《 激光原理 》课程教学大纲 一、课程简介 《激光原理》是光电信息科学与工程专业的一门专业核心课程，其教学对象为光电 信息科学与工程专业本科生。《激光原理》主要讲授激光器的基本原理、激光振荡的光腔 理论、光与物质的相互作用、激光器的输出特性、以及激光技术相关内容。通过《激光 原理》的学习，可以使学生了解和掌握激光器的基本结构单元与原理，激光产生的基本 原理和激光光学的基本概念及基本理论，培养学生分析解决激光物理及技术问题的能力， 初步具备一定的应用能力，特别强调物理概念的深入理解，为今后从事光电子方向教学 和科研打下扎实的理论基础。同时培养学生严谨求实的科学态度、科学的思维方法和踏 实的工作作风，增强他们在教育教学与科学研究中分析问题和解决问题的能力，特别培 养学生利用信息技术获取及处理信息的能力，了解激光器的发展过程与研究前沿，具有 一定的创新意识和创新精神。 二、课程目标 本课程以物理学基础知识为指导，以高等院校光电信息科学与工程专业学生的培养 目标为依据，系统讲授激光的基本性质、激光器的基本构造及基本原理、激光器输出特 性、以及激光相关技术等内容，学生能够在掌握基本物理概念、理论、和思想方法的基 础上，科学严谨地分析问题和解决问题，具备科学的思维能力，具有一定的探索精神和 创新意识，真正做到知识、能力、素质等各方面协调发展。通过本课程的各教学环节， 应使学生达到如下基本要求： 通过学习激光器的基本原理，掌握激光原理与技术的基本结构单元，并初步具备一 定的应用能力，具有从事光电子方向教学和科研的扎实理论基础。了解激光的发现、量 子电子学的诞生、激光科学的创立，光与物质相互作用过程的几种理论描述方法及适用 范围，掌握激光的基本特性，对激光在各个领域的应用有明确的认识；理解光的自发辐 射、受激辐射和受激吸收的爱因斯坦理论；掌握光谱线的形状和加宽机制，并能进行评 估计算；掌握粒子数反转分布、增益特性和速率方程理论，具有一定的分析解决激光物 理问题的能力；掌握光腔损耗、光腔稳定性和激光场分布理论，谐振腔的光场运动方程 及高斯光束特性、等价共焦腔理论，能够根据具体要求完成谐振腔和传输透镜的设计； 理解激光器的振荡特性，掌握激光阈值条件，连续激光器稳定状态的建立，模式竞争， 根据激光工作物质的增益特性分析激光器的振荡条件、模式竞争效应、输出功率及激光 放大器增益特性，具有均匀加宽和非均匀加宽谱线工作物质增益饱和行为的差别以及相 应的激光器工作特性的差别。（支撑毕业要求 1、2、3、4、6、7、8） 培养学生严谨求实的科学态度、科学的思维方法和踏实的工作作风，获得在本课程

《激光原理》课程教学大纲领域内分析和处理一些最基本问题的初步能力。对于本课程的难点和与本课程领域相关的科技发展前沿，通过查阅参考书目和有关科技文献，以个体或学习小组为单位开展自学和互助合作学习，从而掌握激光前沿技术和方法。通过课下交流、小组讨论等形式，培养沟通合作、团队协作能力。（支撑毕业要1、3、4、6、8、9、10）培养学生查阅和整理文献的习惯，提高利用信息技术获取及处理信息的能力，了解激光器的发展过程与研究前沿，提高学生的综合分析能力与科学素质；培养学生初步掌握反思方法和技能，形成批判性思维，具有一定的创新意识和创新精神：培养学生终身学习的意识，增强他们在教育教学与科学研究中分析问题和解决问题的能力。（支撑毕业要求2、3、4、5、12)表1：课程目标与毕业要求具体指标点的对应关系表课程目标1：通过学习激光器的基本原理，掌握激光原理与技术的基本结构单元，并初步具备一定的应用能力，具有从事光电子方向教学和科研的扎实理论基础。了解激光的发现、量子电子学的诞生、激光科学的创立，光与物质相互作用过程的几种理论描述方法及适用范围，掌握激光的基本特性，对激光在各个领域的应用有明确的认识：理解光的自发辐射、受激辐射和受激吸收的爱因斯坦理论：掌握光谱线的形状和加宽机制，并能进行评估计算；掌握粒子数反转分布、增益特性和速率方程理论，具有一定的分析解决激光物理问题的能力：掌握光腔损耗、光腔稳定性和激光场分布理论，谐振腔的光场运动方程及高斯光束特性、等价共焦腔理论，能够根据具体要求完成谐振腔和传输透镜的设计：理解激光器的振荡特性，掌握激光阈值条件，连续课程目标激光器稳定状态的建立，模式竞争，根据激光工作物质的增益特性分析激光器的振荡条件、模式竞争效应、输出功率及激光放大器增益特性，具有均匀加宽和非均匀加宽谱线工作物质增益饱和行为的差别以及相应的激光器工作特性的差别。课程目标2：培养学生严谨求实的科学态度、科学的思维方法和踏实的工作作风，获得在本课程领域内分析和处理一些最基本问题的初步能力。对于本课程的难点和与本课程领域相关的科技发展前沿：通过查阅参考书自和有关科技文献，以个体或学习小组为单位开展自学和互助合作学习，从而掌握激光前沿技术和方法。通过课下交流、小组讨论等形式，培养沟通合作、团队协作能力。课程目标3：培养学生查阅和整理文献的习惯，提高利用信息技术获取及处理信息的能力，了解激光器的发展过程与研究前沿，提高学生的综合分析能

《 激光原理 》课程教学大纲 领域内分析和处理一些最基本问题的初步能力。对于本课程的难点和与本课程领域相关 的科技发展前沿，通过查阅参考书目和有关科技文献，以个体或学习小组为单位开展自 学和互助合作学习，从而掌握激光前沿技术和方法。通过课下交流、小组讨论等形式， 培养沟通合作、团队协作能力。（支撑毕业要 1、3、4、6、8、9、10） 培养学生查阅和整理文献的习惯，提高利用信息技术获取及处理信息的能力，了解 激光器的发展过程与研究前沿，提高学生的综合分析能力与科学素质；培养学生初步掌 握反思方法和技能，形成批判性思维，具有一定的创新意识和创新精神；培养学生终身 学习的意识，增强他们在教育教学与科学研究中分析问题和解决问题的能力。（支撑毕 业要求 2、3、4、5、12） 表 1：课程目标与毕业要求具体指标点的对应关系表 课程目标 课程目标 1：通过学习激光器的基本原理，掌握激 光原理与技术的基本结构单元，并初步具备一定的 应用能力，具有从事光电子方向教学和科研的扎实 理论基础。了解激光的发现、量子电子学的诞生、 激光科学的创立，光与物质相互作用过程的几种理 论描述方法及适用范围，掌握激光的基本特性，对 激光在各个领域的应用有明确的认识；理解光的自 发辐射、受激辐射和受激吸收的爱因斯坦理论；掌 握光谱线的形状和加宽机制，并能进行评估计算； 掌握粒子数反转分布、增益特性和速率方程理论， 具有一定的分析解决激光物理问题的能力；掌握光 腔损耗、光腔稳定性和激光场分布理论，谐振腔的 光场运动方程及高斯光束特性、等价共焦腔理论， 能够根据具体要求完成谐振腔和传输透镜的设计； 理解激光器的振荡特性，掌握激光阈值条件，连续 激光器稳定状态的建立，模式竞争，根据激光工作 物质的增益特性分析激光器的振荡条件、模式竞争 效应、输出功率及激光放大器增益特性，具有均匀 加宽和非均匀加宽谱线工作物质增益饱和行为的 差别以及相应的激光器工作特性的差别。 课程目标 2：培养学生严谨求实的科学态度、科学 的思维方法和踏实的工作作风，获得在本课程领域 内分析和处理一些最基本问题的初步能力。对于本 课程的难点和与本课程领域相关的科技发展前沿， 通过查阅参考书目和有关科技文献，以个体或学习 小组为单位开展自学和互助合作学习，从而掌握激 光前沿技术和方法。通过课下交流、小组讨论等形 式，培养沟通合作、团队协作能力。 课程目标 3：培养学生查阅和整理文献的习惯，提 高利用信息技术获取及处理信息的能力，了解激光 器的发展过程与研究前沿，提高学生的综合分析能

《激光原理》课程教学大纲力与科学素质：培养学生初步掌握反思方法和技能，形成批判性思维，具有一定的创新意识和创新精神：培养学生终身学习的意识，增强他们在教育教学与科学研究中分析问题和解决问题的能力。课程目标课程目标 1 课程目标2课程目标3毕业要求指标点1-1：掌握激光原理与技术学科的基本理论与技术；了解激光科学的创立，明确激光在各个领域的应用。1-2：掌握激光的基本特毕业要求1：性，并初步具备一定的应工程知识用能力，具有从事光电子7方向教学和科研的扎实理论基础。1-3：掌握与本课程内容有关的激光前沿技术和方VJ法。2-1：掌握激光原理与技术的基本理论、基本概念和2方法，并具备一定的应用能力，具有一定的分析解毕业要求2：决激光物理问题的能力。问题分析2-2：通过学习本课程，养成查阅和整理文献的习惯，具有利用信息技术获取及处理信息的能力，具有一定的综合分析能力。3-1：掌握激光物理的基本理论知识与方法，具有分析与解决激光物理应用问题的能力。毕业要求3：3-2:通过查阅参考书目和设计/开发解有关科技文献，掌握激光决方案前沿技术和方法。3-3：通过利用信息技术，提高综合分析与解决问题7的能力。4-1：掌握激光原理与技术的基本理论知识与方毕业要求4：法，并初步具备一定的应研究用能力，具有从事光电子方向教学和研究的扎实理

《 激光原理 》课程教学大纲 力与科学素质；培养学生初步掌握反思方法和技 能，形成批判性思维，具有一定的创新意识和创新 精神；培养学生终身学习的意识，增强他们在教育 教学与科学研究中分析问题和解决问题的能力。 课程目标 毕业要求指标点 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 毕业要求 1： 工程知识 1-1：掌握激光原理与技术 学科的基本理论与技术； 了解激光科学的创立，明 确激光在各个领域的应 用。 √ 1-2：掌握激光的基本特 性，并初步具备一定的应 用能力，具有从事光电子 方向教学和科研的扎实理 论基础。 √ 1-3：掌握与本课程内容有 关的激光前沿技术和方 法。 √ √ 毕业要求 2： 问题分析 2-1：掌握激光原理与技术 的基本理论、基本概念和 方法，并具备一定的应用 能力，具有一定的分析解 决激光物理问题的能力。 √ 2-2：通过学习本课程，养 成查阅和整理文献的习 惯，具有利用信息技术获 取及处理信息的能力，具 有一定的综合分析能力。 √ 毕业要求 3: 设计/开发解 决方案 3-1：掌握激光物理的基本 理论知识与方法，具有分 析与解决激光物理应用问 题的能力。 √ 3-2：通过查阅参考书目和 有关科技文献，掌握激光 前沿技术和方法。 √ 3-3：通过利用信息技术， 提高综合分析与解决问题 的能力。 √ 毕业要求 4: 研究 4-1：掌握激光原理与技 术的基本理论知识与方 法，并初步具备一定的应 用能力，具有从事光电子 方向教学和研究的扎实理 √

《激光原理》课程教学大纲论基础。4-2：具有一定的创新意识和创新精神，养成查阅参考书目和科技文献的习7惯，并具有利用现代信息技术获取与处理激光物理问题的能力.养成查阅参考书目和科技毕业要求5：文献的习惯，并具有利用>使用现代工具现代信息技术获取与处理激光物理问题的能力。了解激光的发现，熟悉爱因斯坦等科学家对激光科学发展的贡献。毕业要求6：工程与社会掌握激光的基本特性，对激光在各个领域的应用有2明确的认识。掌握掌握激光原理与技术的基本结构单元，掌握激毕业要求7：光特性，了解激光在各领环境和可持续域的应用，明确激光物理发展对环境和社会可持续发展的影响。8-1：了解激光的发现、量子电子学的诞生、激光科学的创立，熟悉该课程中涉及到的著名物理学家爱因斯坦、汤斯、梅曼等的光辉事迹。毕业要求8：职业规范8-2：具有教育教学与科学研究中分析问题和解决问题的能力。8-3：培养实事求是、独立思考、勇于创新的科学精神。9-1：在本课程的学习过程中锻炼与他人沟通交流的能力，对于学习过程中遇到的困难和困惑，经与毕业要求9：他人讨论，能够解决问个人和团队题，提高分析和解决实际问题的能力。9-2：对于本课程中的难V点或感兴趣的科学前沿问

《 激光原理 》课程教学大纲 论基础。 4-2：具有一定的创新意 识和创新精神，养成查阅 参考书目和科技文献的习 惯，并具有利用现代信息 技术获取与处理激光物理 问题的能力 . √ √ 毕业要求 5 : 使用现代工具 养成查阅参考书目和科技 文献的习惯，并具有利用 现代信息技术获取与处理 激光物理问题的能力。 √ 毕业要求 6 : 工程与社会 了解激光的发现，熟悉爱 因斯坦等科学家对激光科 学发展的贡献。 √ 掌握激光的基本特性，对 激光在各个领域的应用有 明确的认识。 √ 毕业要求 7 : 环境和可持续 发展 掌握掌握激光原理与技术 的基本结构单元，掌握激 光特性，了解激光在各领 域的应用，明确激光物理 对环境和社会可持续发展 的影响。 √ 毕业要求 8 : 职业规范 8 - 1：了解激光的发现、 量子电子学的诞生、激光 科学的创立，熟悉该课程 中涉及到的著名物理学家 爱因斯坦、汤斯、梅曼等 的光辉事迹。 √ 8 - 2：具有教育教学与科 学研究中分析问题和解决 问题的能力。 √ 8 - 3：培养实事求是、独 立思考、勇于创新的科学 精神。 √ 毕业要求 9 : 个人和团队 9 - 1：在本课程的学习过 程中锻炼与他人沟通交流 的能力，对于学习过程中 遇到的困难和困惑，经与 他人讨论，能够解决问 题，提高分析和解决实际 问题的能力。 √ 9 - 2：对于本课程中的难 点或感兴趣的科学前沿问 √

《激光原理》课程教学大纲题，通过小组讨论，得到有价值的结论，培养团队协作精神。10-1：通过激光物理问题的分析与讨论，锻炼与他人沟通交流的能力，提高分析和解决实际问题能毕业要求10：力。沟通10-2：通过对本课程难点或感兴趣的科学前沿问题V的小组讨论，培养团队协作精神。毕业要求12：具有终身学习意识和专业V终身学习发展能力。三、教学内容《激光原理》包含第一至五章，内容涵盖了激光的基本特性，激光器的构成与输出特性，激光的放大等相关知识。第一章内容为激光的基本原理，具体包括相干性的光子描述，光与物质相互作用的三个过程，光的受激辐射放大，光的自激振荡以及激光的特性。了解激光科学的创立，激光的应用，激光器的分类以及典型激光器，明确激光在各个领域的应用，了解黑体辐射概念；掌握光子的性质、光子简并度、激光谐振腔内的模式数、黑体辐射的普朗克公式、自发辐射跃迁、受激辐射跃迁、受激吸收跃迁、爱因斯坦系数、光的受激辐射放大及光放大条件、增益系数、自激振荡条件、激光的特性；理解光波模式和光子状态的等效性、相格的概念、受激辐射的相于性、谐振腔的作用、激光的空间相千性和方向性的关系、时间相干性和单色性的关系。第二章内容为开放式光谐振腔与高斯光束，具体包括光腔理论的一般问题，共轴球面腔的稳定性条件，开腔模式的物理概念和衍射理论分析方法，平行平面腔模的迭代解法，方形镜共焦腔的自再现模，方形镜共焦腔的行波场，圆形镜共焦腔，一般稳定球面腔的模式特征，高斯光束的基本性质及9参数，高斯光束q参数的变换规律，高斯光束的聚焦和准直，高斯光束的自再现变换与稳定球面腔，光束衍射倍率因子，非稳腔的几何自再现波型，非稳腔的几何放大率及自再现波型。了解菲涅尔-基尔霍夫衍射积分、平行平面腔模的迭代解法、模体积、横模鉴别力和横模选择方法、高阶高斯光束、M因子的定义、几何自再现波形；理解横模的概念及其特点、高斯光束的自再现变换与稳定球面腔的关系；掌握光腔的构成与作用、模式的基本特征、光腔的损耗

《 激光原理 》课程教学大纲 题，通过小组讨论，得到 有价值的结论，培养团队 协作精神。 毕业要求 10: 沟通 10-1：通过激光物理问题 的分析与讨论，锻炼与他 人沟通交流的能力，提高 分析和解决实际问题能 力。 √ 10-2：通过对本课程难点 或感兴趣的科学前沿问题 的小组讨论，培养团队协 作精神。 √ 毕业要求 12: 终身学习 具有终身学习意识和专业 发展能力。 √ 三、教学内容 《激光原理》包含第一至五章，内容涵盖了激光的基本特性，激光器的构成与输出 特性，激光的放大等相关知识。 第一章内容为激光的基本原理，具体包括相干性的光子描述，光与物质相互作用 的三个过程，光的受激辐射放大，光的自激振荡以及激光的特性。了解激光科学的创 立，激光的应用，激光器的分类以及典型激光器，明确激光在各个领域的应用，了解 黑体辐射概念；掌握光子的性质、光子简并度、激光谐振腔内的模式数、黑体辐射的 普朗克公式、自发辐射跃迁、受激辐射跃迁、受激吸收跃迁、爱因斯坦系数、光的受 激辐射放大及光放大条件、增益系数、自激振荡条件、激光的特性；理解光波模式和 光子状态的等效性、相格的概念、受激辐射的相干性、谐振腔的作用、激光的空间相 干性和方向性的关系、时间相干性和单色性的关系。 第二章内容为开放式光谐振腔与高斯光束，具体包括光腔理论的一般问题，共轴 球面腔的稳定性条件，开腔模式的物理概念和衍射理论分析方法，平行平面腔模的迭 代解法，方形镜共焦腔的自再现模，方形镜共焦腔的行波场，圆形镜共焦腔，一般稳 定球面腔的模式特征，高斯光束的基本性质及 q 参数，高斯光束 q 参数的变换规律， 高斯光束的聚焦和准直，高斯光束的自再现变换与稳定球面腔，光束衍射倍率因子， 非稳腔的几何自再现波型，非稳腔的几何放大率及自再现波型。了解菲涅尔-基尔霍夫 衍射积分、平行平面腔模的迭代解法、模体积、横模鉴别力和横模选择方法、高阶高 斯光束、M 因子的定义、几何自再现波形；理解横模的概念及其特点、高斯光束的自再 现变换与稳定球面腔的关系；掌握光腔的构成与作用、模式的基本特征、光腔的损耗

《激光原理》课程教学大纲机制、简单光学系统的光学传输矩阵、光腔的稳定性判别方法、开腔模式的求解思路、会求等价的稳定球面腔和对称共焦腔、基模高斯光束的特性与传输规律、透镜对高斯光束的聚焦与准直、高阶横模花样与表示方法、高斯光束9参数的变换规律、高斯光束的自再现变换、非稳腔的构成与特点、共轭像点及几何自再现波形概念。第三章内容为电磁场和物质的共振相互作用，具体包括光和物质相互作用的经典理论简介，谱线加宽和线型函数，典型激光器速率方程，均匀加宽工作物质的增益系数，非均匀加宽工作物质的增益系数，综合加宽工作物质的增益系数。了解激光器的四种理论、电介质的极化概念、原子自发辐射的经典模型、受激吸收和色散现象的经典理论、晶格振动加宽、量子效率概念；理解谱线加宽的概念、原子数按速度和频率的分布函数；掌握激光谱线加宽的几种机制及各自的特点、线型函数的概念及特点、典型气体、固体、液体工作物质的加宽情况、三能级系统和四能级系统的单模振荡速率方程组、均匀加宽和非均匀加宽工作物质增益系数的特点。第四章内容为激光振荡特性，具体包括激光器的振荡阅值，激光器的振荡模式，输出功率与能量，弛豫振荡，单模激光器的线宽极限，激光器的频率牵引。了解短脉冲激光器的输出能量：理解增益曲线均匀饱和引起的模式竞争效应、增益的空间烧孔效应引起纵模的空间竞争导致的多模振荡；掌握激光器起振与稳定工作条件、激光器的阈值泵浦功率、阅值增益和阅值反转集居数密度、均匀加宽激光器中的模式竞争与稳定输出特性、非均匀加宽激光器的多模振荡特性及其模式竞争、连续或长脉冲激光器的输出功率与能量、兰姆凹陷、激光器效率、驰豫振荡、线宽极限、频率牵引。第五章内容为激光放大特性，具体包括激光放大器的分类，均匀激励连续激光放大器的增益特性，纵向光激励连续激光放大器的增益特性，脉冲激光放大器的增益特性，放大的自发辐射（ASE）。了解脉冲激光放大器的增益特性；理解纵向光激励连续激光放大器的输运方程：掌握激光放大器的几种分类、小信号增益特性、大信号增益特性、放大的自发辐射（ASE）。表2：课程目标与教学内容和教学方法的对应关系表学课程课程课程时教学目标目标目标周次日期章节内容提要分方法213配讲授法绪论课堂讨第1绪论8. 28-第一章论IV周9.31.1相干性的光子描述(1 节)思想引导

《 激光原理 》课程教学大纲 机制、简单光学系统的光学传输矩阵、光腔的稳定性判别方法、开腔模式的求解思 路、会求等价的稳定球面腔和对称共焦腔、基模高斯光束的特性与传输规律、透镜对 高斯光束的聚焦与准直、高阶横模花样与表示方法、高斯光束 q 参数的变换规律、高 斯光束的自再现变换、非稳腔的构成与特点、共轭像点及几何自再现波形概念。 第三章内容为电磁场和物质的共振相互作用，具体包括光和物质相互作用的经典理 论简介，谱线加宽和线型函数，典型激光器速率方程，均匀加宽工作物质的增益系数， 非均匀加宽工作物质的增益系数，综合加宽工作物质的增益系数。了解激光器的四种理 论、电介质的极化概念、原子自发辐射的经典模型、受激吸收和色散现象的经典理论、 晶格振动加宽、量子效率概念；理解谱线加宽的概念、原子数按速度和频率的分布函数； 掌握激光谱线加宽的几种机制及各自的特点、线型函数的概念及特点、典型气体、固体、 液体工作物质的加宽情况、三能级系统和四能级系统的单模振荡速率方程组、均匀加宽 和非均匀加宽工作物质增益系数的特点。 第四章内容为激光振荡特性，具体包括激光器的振荡阈值，激光器的振荡模式，输 出功率与能量，弛豫振荡，单模激光器的线宽极限，激光器的频率牵引。了解短脉冲激 光器的输出能量；理解增益曲线均匀饱和引起的模式竞争效应、增益的空间烧孔效应引 起纵模的空间竞争导致的多模振荡；掌握激光器起振与稳定工作条件、激光器的阈值泵 浦功率、阈值增益和阈值反转集居数密度、均匀加宽激光器中的模式竞争与稳定输出特 性、非均匀加宽激光器的多模振荡特性及其模式竞争、连续或长脉冲激光器的输出功率 与能量、兰姆凹陷、激光器效率、驰豫振荡、线宽极限、频率牵引。 第五章内容为激光放大特性，具体包括激光放大器的分类，均匀激励连续激光放大器的增 益特性，纵向光激励连续激光放大器的增益特性，脉冲激光放大器的增益特性，放大的 自发辐射（ASE）。了解脉冲激光放大器的增益特性；理解纵向光激励连续激光放大器的 输运方程；掌握激光放大器的几种分类、小信号增益特性、大信号增益特性、放大的自 发辐射（ASE）。 表 2：课程目标与教学内容和教学方法的对应关系表 周次 日期 章节 内容提要 学 时 分 配 教学 方法 课程 目标 1 课程 目标 2 课程 目标 3 第 1 周 8.28- 9.3 绪论 第一章 (1 节) 绪论 1.1 相干性的光子描述 3 讲授法 课堂讨 论 思想引 导 √ √

《激光原理》课程教学大纲1.2光的受激辐射的基讲授法第一章第29. 4-本概念(2-4课堂讨3y周9.101.3光的受激辐射放大节)论1.4光的自激振荡讲授法第1.5激光的特性第一章课堂讨39.11-3周9.17(5节)论第一章小结、习题2.1光腔理论的一般问讲授法第二章题第49. 18(1-23课堂讨y周9.242.2共轴球面腔的稳定节)论性条件2.3开腔模式的物理概第二章讲授法第念和衍射理论分析方法59.25-(3-4课堂讨周10.12.4平行平面腔模的送节)论代解法2.5方形镜共焦腔的自第二章讲授法第610. 2再现模(5-6课堂讨3yV周10.82.6方形镜共焦腔的行节)论波场讲授法第二章2.7圆形镜共焦腔味710.9-课堂讨(7-82.8一般稳定球面腔的3周10.15论节)模式特征2.9高斯光束的基本性讲授法第二章10.16第质及q参数8课堂讨-(9-103VJV周2.10高斯光束g参数论10.22节)的变换规律2.11高斯光束的聚焦和准直讲授法10.23第二章第 92.12高斯光束的自再(11-13课堂讨VV-3V周现变换与稳定球面腔论10.29节）2.13光束衍射倍率因子2.14非稳腔的几何自再现波型第二章讲授法第1010.302.15非稳腔的几何放(14-15课堂讨VVV3周-11. 5大率及自再现波型的能节)论量损耗第二章总结与讨论3.1光和物质相互作用第三章讲授法第11的经典理论简介11.6-(1-23课堂讨V周11.123.2谱线加宽和线型函节)论数1

《 激光原理 》课程教学大纲 第 2 周 9 . 4 - 9 .10 第一章 (2-4 节) 1.2 光的受激辐射的基 本概念 1.3 光的受激辐射放大 1.4 光的自激振荡 3 讲授法 课堂讨论 √ √ 第 3 周 9.11- 9.17 第一章 (5 节) 1.5 激光的特性 第一章小结、习题 3 讲授法 课堂讨论 √ √ √ 第 4 周 9.18- 9.24 第二章 (1-2 节) 2.1 光腔理论的一般问 题 2.2 共轴球面腔的稳定 性条件 3 讲授法 课堂讨论 √ √ √ 第 5 周 9.25- 10 . 1 第二章 (3-4 节) 2.3 开腔模式的物理概 念和衍射理论分析方法 2.4 平行平面腔模的迭 代解法 3 讲授法 课堂讨论 √ √ √ 第 6 周 10 . 2 - 10 . 8 第 二 章 ( 5 - 6 节 ) 2.5 方形镜共焦腔的自 再现模 2.6 方形镜共焦腔的行 波场 3 讲授法 课堂讨论 √ √ √ 第 7 周 10 . 9 - 10 .15 第 二 章 ( 7 - 8 节 ) 2.7 圆形镜共焦腔 2.8 一般稳定球面腔的 模式特征 3 讲授法 课堂讨论 √ √ √ 第 8 周 10 .16 - 10 .22 第 二 章 ( 9 -10 节 ) 2.9 高斯光束的基本性 质及 q 参数 2.10 高斯光束 q 参数 的变换规律 3 讲授法 课堂讨论 √ √ √ 第 9 周 10 .23 - 10 .29 第 二 章 (11 -13 节 ) 2.11 高斯光束的聚焦 和准直 2.12 高斯光束的自再 现变换与稳定球面腔 2.13 光束衍射倍率因 子 3 讲授法 课堂讨论 √ √ √ 第 10 周 10 .30 -11 . 5 第 二 章 (14 -15 节 ) 2.14 非稳腔的几何自 再现波型 2.15 非稳腔的几何放 大率及自再现波型的能 量损耗 第二章总结与讨论 3 讲授法 课堂讨论 √ √ √ 第 11 周 11 . 6 - 11 .12 第 三 章 ( 1 - 2 节 ) 3.1 光和物质相互作用 的经典理论简介 3.2 谱线加宽和线型函 数 1 3 讲授法 课堂讨论 √ √ √

《激光原理》课程教学大纲3.2谱线加宽和线型函讲授法第三章11. 13第12数2(2-3 -课堂讨3yV周3.3典型激光器速率方节)论11.19程讲授法11.20第13第三章3.4均匀加宽工作物质课堂讨3-V周(4节)的增益系数11.26论3.5非均匀加宽工作物讲授法第三章质的增益系数第1411.27(5-63.6综合加宽工作物质课堂讨3V周-12.3节)的增益系数论第3章讨论和习题第四章讲授法第1512.4-4.1激光器的振荡阈值课堂讨(1-2J>3V周12.104.2激光器的振荡模式论节)12. 11讲授法第16第四章-3课堂讨V4.3输出功率与能量周(3节)12.17论4.4弛豫振荡讲授法12.18第四章4.5单模激光器的线宽第17极限(4-6课堂讨1I-3周12.24节)4.6激光器的频率牵引论第4章讨论和习题5.1激光放大器的分类5.2均匀激励连续激光放大器的增益特性第五章5.3纵向光激励连续激讲授法12.25第 18(1-5光放大器的增益特性课堂讨V-yV周节)12.315.4脉冲激光放大器的论总复习增益特性5.5放大的自发辐射（ASE）总复习第191. 1-周1.7期末考试第201. 8-1.14周期末考试四、课程考核（一）课程目标与课程考核的对应关系表3：课程目标与课程考核的对应关系表考核方式及考核内容课程目标1课程目标2课程目标3占比1.知识点的掌握与熟练程度课堂提问NV/2.逻辑思维能力与讨论

《 激光原理 》课程教学大纲 第 12 周 11.13 - 11.19 第三章 (2-3 节) 3.2 谱线加宽和线型函 数 2 3.3 典型激光器速率方 程 3 讲授法 课堂讨 论 √ √ √ 第 13 周 11.20 - 11.26 第三章 (4 节) 3.4 均匀加宽工作物质 的增益系数 3 讲授法 课堂讨 论 √ √ √ 第 14 周 11.27 -12.3 第三章 (5-6 节) 3.5 非均匀加宽工作物 质的增益系数 3.6 综合加宽工作物质 的增益系数 第 3 章讨论和习题 3 讲授法 课堂讨 论 √ √ √ 第 15 周 12.4- 12.10 第四章 (1-2 节) 4.1 激光器的振荡阈值 4.2 激光器的振荡模式 3 讲授法 课堂讨 论 √ √ √ 第 16 周 12.11 - 12.17 第四章 (3 节) 4.3 输出功率与能量 3 讲授法 课堂讨 论 √ √ √ 第 17 周 12.18 - 12.24 第四章 (4-6 节) 4.4 弛豫振荡 4.5 单模激光器的线宽 极限 4.6 激光器的频率牵引 第 4 章讨论和习题 3 讲授法 课堂讨 论 √ √ √ 第 18 周 12.25 - 12.31 第五章 (1-5 节) 总复习 5.1 激光放大器的分类 5.2 均匀激励连续激光 放大器的增益特性 5.3 纵向光激励连续激 光放大器的增益特性 5.4 脉冲激光放大器的 增益特性 5.5 放大的自发辐射 （ASE）总复习 3 讲授法 课堂讨 论 √ √ √ 第 19 周 1.1- 1.7 期末考试 第 20 周 1.8- 1.14 期末考试 四、课程考核 （一）课程目标与课程考核的对应关系 表 3：课程目标与课程考核的对应关系表 考核内容 考核方式及 占比 课程目标 1 课程目标 2 课程目标 3 1.知识点的掌握与熟练程度 2.逻辑思维能力 课堂提问 与讨论 √ √ √

《激光原理》课程教学大纲3.分析和解决问题的能力10%1.知识点的掌握与熟练程度课后作业V2.数学计算能力10%3.解题步骤的规范性1.分析和解决问题的能力开放性题目2.知识点的理解与掌握程度VVV10%3.逻辑思维能力1.知识点的掌握与熟练程度期中考试2.数学计算能力JV20%3.解题步骤的规范性1.知识点的掌握与熟练程度期末考试yV2.数学计算能力50%3.解题步骤的规范性（二）评定方法过程性评价占有一定的比例，有利于学生在学习过程中持续投入。本课程评定过程中，平时成绩占20%（包括课堂提问与讨论占10%，开放性题目（小论文或视频方式提交）占10%），课后作业占10%，期中考试占20%，期末考试占50%。（三）评分标准表4：课程目标与评分标准的对应关系表评分标准较高水平达占分高水平达成基本达成部分达成未达成课程目标成比例优：90-100良：80-89中：70-79合格：60-69不合格：<60（1）掌握（1)基本（1）部分掌（1）对光子（1）熟练掌握光子的性质光子的性质掌握光子的握光子的性的性质和激光和激光的特和激光的特性质和激光质和激光的的特性了解不性；深入理解性；理解光的特性；了特性；部分多；对光与物光与物质相互与物质相互解光与物质质相互作用的理解光与物作用的三个过作用的三个相互作用的质相互作用三个过程和爱程，掌握爱因过程，掌握三个过程，的三个过因斯坦系数的斯坦系数的特爱因斯坦系基本掌握爱程，掌握爱特点有部分了点；深入理解数的特点；因斯坦系数因斯坦系数解；不能掌握课程目标1172并掌握光放大理解并掌握的特点：掌的特点；理光放大与激光握光放大与与激光器起振光放大与激解并掌握光器起振条件。条件。光器起振条激光器起振放大与激光（2）对光腔（2）熟练掌件。条件。器起振条的构成与作握光腔的构成（2）掌握（2）基本件。用，模式的基与作用，掌握光腔的构成掌握光腔的（2）部分掌本特征，以及与作用，掌构成与作握光腔的构模式的基本特光腔的损耗机征；掌握光腔握模式的基用，掌握模成与作用，制及稳定性判的损耗机制及本特征；掌式的基本特模式的基本别方法和开腔

《 激光原理 》课程教学大纲 3.分析和解决问题的能力 10% 1.知识点的掌握与熟练程度 2.数学计算能力 3.解题步骤的规范性 课后作业 10% √ 1.分析和解决问题的能力 2.知识点的理解与掌握程度 3.逻辑思维能力 开放性题目 10% √ √ √ 1.知识点的掌握与熟练程度 2.数学计算能力 3.解题步骤的规范性 期中考试 20% √ √ 1.知识点的掌握与熟练程度 2.数学计算能力 3.解题步骤的规范性 期末考试 50% √ √ （二）评定方法 过程性评价占有一定的比例，有利于学生在学习过程中持续投入。本课程评定过程 中，平时成绩占 20%（包括课堂提问与讨论占 10%，开放性题目(小论文或视频方式提交) 占 10%），课后作业占 10%，期中考试占 20%，期末考试占 50%。 （三）评分标准 表 4：课程目标与评分标准的对应关系表 课程目标 占分 比例 评分标准 高水平达成 较高水平达 成 基本达成 部分达成 未达成 优：90-100 良：80-89 中：70-79 合格：60-69 不合格：＜60 课程目标 1 72 （1）熟练掌 握光子的性质 和激光的特 性；深入理解 光与物质相互 作用的三个过 程，掌握爱因 斯坦系数的特 点；深入理解 并掌握光放大 与激光器起振 条件。 （2）熟练掌 握光腔的构成 与作用，掌握 模式的基本特 征；掌握光腔 的损耗机制及 （1）掌握 光子的性质 和激光的特 性；理解光 与物质相互 作用的三个 过程，掌握 爱因斯坦系 数的特点； 理解并掌握 光放大与激 光器起振条 件。 （2）掌握 光腔的构成 与作用，掌 握模式的基 本特征；掌 （1）基本 掌握光子的 性质和激光 的特性；了 解光与物质 相互作用的 三个过程， 基本掌握爱 因斯坦系数 的特点；掌 握光放大与 激光器起振 条件。 （2）基本 掌握光腔的 构成与作 用，掌握模 式的基本特 （1）部分掌 握光子的性 质和激光的 特性；部分 理解光与物 质相互作用 的三个过 程，掌握爱 因斯坦系数 的特点；理 解并掌握光 放大与激光 器起振条 件。 （2）部分掌 握光腔的构 成与作用， 模式的基本 （1）对光子 的性质和激光 的特性了解不 多；对光与物 质相互作用的 三个过程和爱 因斯坦系数的 特点有部分了 解；不能掌握 光放大与激光 器起振条件。 （2）对光腔 的构成与作 用，模式的基 本特征，以及 光腔的损耗机 制及稳定性判 别方法和开腔