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激光技术课程设计
Curriculum design of Laser Technology
课程编号:
学分:2
学时:2周
先修课程:光学 普通物理 原子物理 激光原理与技术
适用专业:光电信息科学与工程
教材:自编讲义
一、课程性质与课程目标
(一)课程性质
《激光技术课程设计》是光信息科学与技术专业学生在《激光原理与技术》课程学习、专业生产实习之后的一个重要实践性教学环节。通过本课程的学习,培养学生综合运用所学基本理论和实践知识设计典型激光器系统的能力,使学生掌握激光器各种特性测试的设计方法,掌握激光器的工作基本原理及其特性的理论分析方法,为以后毕业设计和从事激光技术实际工作打下基础。因此,可以说激光原理的必修课程设计,是培养高素质应用型人才的实践教学环节之一。
(二)课程目标
课程目标1:能够对典型激光器结构的深入研究,掌握典型激光器各种特性测试的设计方法,提出合理的激光器结构的设计方案,并进行初步的方案可行性分析与论证。
课程目标2:能够运用计算方法和工具(Matlab软件)解决模拟出激光器的特性(不同谐振腔自再现模的形成过程、激光光束等),进而对激光器的实验工作理论指导。
课程目标3:能够从激光器的设计、激光器的结构、以及激光器的仿真结果等不同角度进行分析与协作,使学生具备团队合作意识及在团队合作中发挥作用的能力,为以后毕业设计和从事激光技术实际工作打下基础。
课程目标4:能够以激光器的设计、激光器的结构、以及激光器的仿真结果等形式,对激光器的各种特征参数或激光器的设计方案进行有效的口头陈述发言和沟通。
(三)课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系
本课程支撑专业培养计划中毕业要求3、毕业要求4和毕业要求5:
1. 毕业要求3-2:能够设计满足特定需求的光电信息系统、单元(部件)或工艺流程,并能够体现创新意识。占该指标点达成度的30%;
2. 毕业要求4-1:能够对光电信息科学与工程相关的各类物理现象、光电特性进行研究和实验验证。占该指标点达成度的35%;
3. 毕业要求5-2:能够初步运用现代信息技术工具对光电信息科学与工程问题进行预测与模拟,并了解其局限性。占该指标点达成度的35%;
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
课程目标4
毕业要求3-2
√
毕业要求4-1
√
√
毕业要求5-2
√
二、设计课程内容与教学要求
教学要求:
学生在掌握激光器的工作基本原理及其特性的理论分析方法的基础之上,能够提出合理的激光器结构的设计方案,并运用计算方法和工具(Matlab软件、LabView软件)解决模拟出激光器的特性(不同谐振腔自再现模的形成过程,激光光束等),进而对激光器的实验工作理论指导,同时,为以后毕业设计和从事激光技术实际工作打下基础
设计课程内容:
第01部分 谐振腔自再现模迭代解法
内容:激光器谐振腔内的模式计算是提高激光器输出光束质量和应用自适应光学系统校正腔内像差的前提和基础。在理论分析的基础上,着重采用数值迭代解法(Fox-Li 方法即福克斯和厉鼎毅迭代法)计算平行平面腔(F-P腔)在初始光场,三阶梯分布条件下自再现模的光场振幅的分布。用数学软件建模编写计算程序,找到光腔的一个自再现模式或横模分布。
第02部分 激光的谐振腔的数值模拟
内容:谐振腔是激光器的主要构造之一,使激光通过增益物质,实现光的自激振荡。在激光器出光的过程中,谐振腔内存在许多扰动因素,如腔镜失调、增益介质不均匀、热效应、腔镜变形等,这些腔内扰动因素都会引起不同程度的腔内像差,带来光束质量的下降和光束能量的降低。在掌握激光器中被动光学谐振腔的物理概念的基础上,同时,掌握各种具体谐振腔的基本原理,利用计算机软件模拟光学谐振腔的稳定性条件。
第03部分 高斯光束、高斯光束传输变换
内容:理解激光激光光束的传输,包括激光光束在空间的传播、振幅的传播和频率的传播以及掌握传播中的光放大、二次谐波和参数振荡。同时,利用高斯光束的复参数表示法和ABCD定律简单地模拟,基模高斯光束在自由空间和通过近轴光学元件的传输变换。
第04部分 泵浦电路仿真研究
内容:要使泵浦激光器输出光具有较强的稳定性,首先要有功率自动控制电路和良好的电流驱
动电路。APC控制原理:将驱动电流经过电阻形成电压,将电压信号连接到驱动源的反向端形成反馈对输出光功率进行很好地控制。另一方面,由于温度、湿度及器件内部老化造成的驱动波动,也可以通过APC电路改变反馈电压,从而稳定驱动激光器的电流,最终稳定光源功率输出。希望利用计算机软件模拟激光器的泵浦电路。
第05部分 调Q激光器激光脉冲时间特性
内容:激光器调Q技术是为压缩激光器输出脉冲宽度和提高脉冲峰值功率而采取的一种特殊技术;这种技术的基础是一种特殊的关键元
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