激光原理课程设计
一、项目背景
激光科技在现代化社会中起着至关重要的作用，激光在通讯、医疗、制造业等领域中都有广泛应用。因此，对于理解和掌握激光的原理和应用具有重要意义。
二、设计目标
该课程的设计旨在让学生了解激光的基本原理、种类与特点，以及激光在实际应用中的重要性与优势。
三、设计要点
1. 激光的基本原理
1.1 激光的定义
激光的定义是什么？激光与普通光的区别吗？如何产生激光？
1.2 激光的工作原理
介绍激光器的组成、如何形成激光，以及激光的特点和参数等。
2. 激光的种类与特点
2.1 激光器的种类
根据不同的激光器工作介质（如气体、液体、半导体、固体等）及其工作方式（激光脉冲还是连续输出等），分类介绍激光器种类。
2.2 激光器的特点
通过介绍不同种类的激光器各自的特点，让学生了解不同类型激光器的应用场景。
3. 激光在实际应用中的重要性与优势
3.1 激光的应用领域
激光在不同工业及医疗领域的应用。
3.2 激光的优势
介绍激光在加工精度、速度、柔性、环保和节能方面的优势。
四、课程安排
第一周
•激光的定义
•激光器的组成
•激光如何产生
第二周
•激光的工作原理
•激光的参数
•激光的特点
第三周
•气体激光器、液体激光器、固体激光器和半导体激光器的种类和特点介绍
第四周
•激光应用领域介绍
•激光的优势和不足分析
第五周
•课程总结
•学生讨论与交流
五、课程评估
•参与度（20%）
•课堂表现（30%）
•期末论文（50%）
六、总结
通过本次课程设计，学生能够了解激光的基本原理、种类与特点，及其在实际应用中的重要性与优势，为学生提供一个全面了解激光的平台，并有助于学生对激光科技的研究和应用。
摘要 本文主要论述了用120mwLD激光器端面泵浦Nd:YVO4晶体并用KTP 晶体倍频得到30mw绿光输出激光器的设计过程。首先由谐振腔的ＡＢＣＤ矩阵入手，以对热透镜效应的讨论为契机，推出了谐振腔的有关参数。再从光斑半径得到了耦合系统的有关参数；最后从增益饱和出发，进行了功率的计算。整个过程以非线性光学基本原理为基础，以激光的基本理论为指导，并结合实际情况进行合理的参数选择。整个设计思路对激光器的设计具有参考价值。 关键字：倍频ABCD矩阵热焦距谐振腔 Abstract This paper is mainly aimed at the design 0f the green laser whose power is 30mw which is based on LD-pumped Nd:YVO4 crystal and frequency-doubled technology by KTP .Firstly we started with the ABCD matrix of the resonator and the effect of thermal lens and got the parameters of resonator;then we can design the couple system from the corset radius demanded;at last ,we calculated the power of laser we just contrived using the principle of laser gain.The whole process is guided by the theories of laser and nonlinear optics,especially on the basis of practice. The train of thought in this paper should be the valuable reference for laser design. Key words: frequency-double ABCD matrix thermal lens resonator
激光测量技术课程设计 一、课程设计背景 激光测量技术是当今工业生产和科学研究中广泛应用的一种非接触、高精度的测量方法。因其具有测量精度高、测量速度快、适应性强等优点，被广泛应用于机械加工、机器人控制、航空航天、汽车制造、三维建模等领域。为了提高学生的激光测量技术应用能力，本次课程设计旨在通过实验教学的方式，深入理解和掌握激光测量技术的相关原理和实验技术。 二、课程设计目标 本次课程设计旨在通过实验教学，达到以下目标： 1.掌握激光测量技术的常用方法和原理； 2.学习激光测量系统的构成和基本原理； 3.能够使用相应的软件对所测量的数据进行处理和分析； 4.锻炼学生的实验操作能力和科学研究能力。 三、课程设计内容 1. 实验前的准备工作 1.设计实验计划； 2.准备实验设备和材料； 3.学习激光测量技术相关知识。 2. 实验操作 实验操作分为三个部分，分别是激光测距实验、激光测速实验以及激光扫描成像实验。
2.1 激光测距实验 1.搭建测距系统； 2.设置实验参数和测量范围； 3.进行实验数据采集； 4.分析实验数据，并进行数据处理； 5.整理实验报告。 2.2 激光测速实验 1.搭建测速系统； 2.设置实验参数和测量范围； 3.进行实验数据采集； 4.分析实验数据，并进行数据处理； 5.整理实验报告。 2.3 激光扫描成像实验 1.搭建扫描成像系统； 2.设置实验参数和扫描范围； 3.进行实验数据采集； 4.分析实验数据，并进行数据处理； 5.整理实验报告。 3. 实验后的总结和自我评价 在实验操作完成后，学生需要对实验结果进行综合整理，并进行自我评价和总结分析。 四、课程设计评测 课程设计将评测学生的实验操作能力、理论知识掌握程度、数据处理和分析能力以及实验报告的撰写和综合分析能力。
应用光学课程设计 1. 课程背景 应用光学是光学科学中的一个重要分支，它研究光学原理及其应用，涉及到现代光学、量子光学、激光技术、光电子学等多个领域。应用光学广泛应用于通信、能源、医学、环保、军事等领域，已经成为现代社会的关键技术之一。 因此，开设应用光学课程是培养光学科学及其应用领域人才的必要举措。本文将介绍一门经过改进的应用光学课程的设计与教学实践。 2. 课程设计 2.1 课程目标 本课程旨在使学生： •掌握应用光学的基本原理和方法； •熟悉应用光学在通信、能源、医学、环保、军事等领域的应用； •具备应用光学解决实际问题的能力和实验研究的基本技能。 2.2 核心内容 本课程包括以下核心内容： •光学基础知识与光学元件，包括光的传播、干涉、衍射、透镜、棱镜等； •应用光学的基本原理，包括应用光学的基础原理、激光技术原理、光子学、光电子学原理等； •应用光学技术与应用，包括光学仪器、光通信、光存储、激光加工、光学显微镜、光学遥感等。
2.3 教学方法 为了提高学生的学习兴趣和学习效果，本课程采用了多种教学方法，包括：•理论讲授。课程将采用讲授大纲和ppt等教学材料，形成形象生动的理论讲解。 •实验教学。本课程还设置了实验环节，让学生直接参与实验和各种项目设计，从而巩固知识并增加实践经验。 •组织学习小组。课程将以小组形式让学生合作探讨学习问题，改善学生之间的互动关系。 2.4 课程评估 为了提高学生的学习效果，课程需考核，分布式考核将由大作业、课堂发言、短笔记等方式来实现。 •大作业占比40%，课程最后等级评定中，占50%； •课堂发言占比20%，课程最后等级评定中，占25%； •短笔记占比10%，课程最后等级评定中，占25%。 3. 教学实践 本课程采用以上设计且经实践检验，取得了良好的教学效果和教学评价。学生都积极参与了相关实验研究并可能得到较高的成绩和评价评级。 4. 结论 应用光学作为一门综合性强的技术科学，其课程设计需要设计到相关的理论知识、实验操作等方面。应用光学课程设计的要以实用性和通用性为主导思想。优质的教学团队加上一系列的优化教学评估，使得学生学习更具有引导性和针对性。超出以上所述内容的更多信息可以参加授课老师所发的课程信息手册。
激光器的出现与未来 一、激光器的起源 激光是在1960年正式问世的。但是，激光的历史却已有100多年。确切地说，远在1893年，在波尔多一所中学任教的物理教师布卢什就已经指出，两面靠近和平行镜子之间反射的黄钠光线随着两面镜子之间距离的变化而变化。他虽然不能解释这一点，但为未来发明激光发现了一个极为重要的现象。 1917年爱因斯坦提出“受激辐射”的概念，奠定了激光的理论基础。1958年美国科学家肖洛和汤斯发现了一种奇怪的现象：当他们将闪光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时，晶体的分子会发出鲜艳的、始终会聚在一起的强光。由此他们提出了“激光原理”，受激辐射可以得到一种单色性、亮度又很高的新型光源。1958年，贝尔实验室的汤斯和肖洛发表了关于激光器的经典论文，奠定了激光发展的基础。1960年，美国人梅曼(T. H. Maiman)发明了世界上第一台红宝石激光器。梅曼利用红宝石晶体做发光材料，用发光度很高的脉冲氙灯做激发光源，获得了人类有史以来的第一束激光。1965年，第一台可产生大功率激光的器件--二氧化碳激光器诞生。1967年，第一台X射线激光器研制成功。1997年，美国麻省理工学院的研究人员研制出第一台原子激光器。 激光器的种类很多，可分为固体、气体、液体、半导体和染料等五种类型：（1）固体激光器一般小而坚固，脉冲辐射功率较高，应用范围较广泛。 （2）半导体激光器体积小、重量轻、寿命长、结构简单，特别适于在飞机、军舰、车辆和宇宙飞船上使用。半导体激光器可以通过外加的电场、磁场、温度、压力等改变激光的波长，能将电能直接转换为激光能，所以发展迅速。 （3）气体激光器以气体为工作物质，单色性和相干性较好，激光波长可达数千种，应用广泛。气体激光器结构简单、造价低廉、操作方便。在工农业、医学、精密测量、全息技术等方面应用广泛。气体激光器有电能、热能、化学能、光能、核能等多种激励方式。 （4）以液体染料为工作物质的染料激光器于1966年问世，广泛应用于各种科学研究领域。现在已发现的能产生激光的染料，大约在500种左右。这些染料可以溶于酒精、苯、丙酮、水或其他溶液。它们还可以包含在有机塑料中以固态
教师教案（2010 —2011 学年第 2学期) 课程名称：激光原理与技术 授课学时：64 授课班级：光电工程与光通信 任课教师：余学才 教师职称：教授 教师所在学院：光电信息学院 电子科技大学教务处
第一章 光学谐振腔理论（10学时） 第一节 激光振荡条件 (1学时) 一、教学内容及要求（按节或知识点分配学时，要求反映知识的深度、广度，对知识点 的掌握程度（了解、理解、掌握、灵活运用），技能训练、能力培养的要求等） 了解光波模式的基本概念，掌握激光振荡的增益条件和光学正反馈条件。技能培训：多光束干涉的分析方法。 二、教学重点、难点及解决办法（分别列出教学重点、难点，包括教学方式、教学手段 的选择及教学过程中应注意的问题；哪些内容要深化，那些内容要拓宽等等） 重点：激光振荡条件的导出过程 难点：对往返一周相位差滞后2π整数倍的理解（往届学生的疑问：为什么不是经过反射镜反射后和出发点相遇相位差滞后2π整数倍？学生容易忽视的问题：光学往返一周等同于几何路径一周） 拓宽：和电路振荡器与微波谐振腔比较的异同 三、教学设计（如何讲授本章内容，尤其是重点、难点内容的设计、构思） 通过计算空腔中的光波模式数目得到频谱浓缩的结论，通过减小位数降低模式数目过渡到光学谐振腔； 和学生一起推导多光束干涉以获得光学振荡条件-1.列出每一束光束；（2）等比级数的求和；（3）复函数分解 振荡条件中第一个条件的三种表述：（1）光学正反馈条件；（2）驻波条件 （3）腔长等于半波长整数倍 难点解决：（1）导出反射镜反射后和出发点相遇相位差滞后2π整数倍正反馈条件，比较往返一周相位差滞后2π整数倍，第一个条件依赖于出发点位置，第二个条件与出发点无关。 （2）通过课堂提示和作业（1）让学生区别光学往返一周和几何路径一周光学正反馈的区别。 四、作业 练习2. 说明振荡条件q kL π22=为什么又叫驻波条件。当其中一个反射镜有φ的反射相移时 这个公式应该怎样修改？ 练习3. 推导公式（1.1－17）。 英语词汇: Laser-light amplification by stimulated emission of radiation, resonator, optical cavity,round trip 五、参考资料（应列出学生学习的参考书目，可根据课程自身的特点选择是否填写或者是 否每章都填写） 六、教学后记（教学后记的内容包括教学计划的执行情况,效果如何,有什么经验教训, 原因是什么,应如何改进等等；应该在该章（节）教学活动结束后填写）
激光技术课程设计 概述 激光技术是现代科学技术的重要分支，是一种高纯度、高单色性、高亮度的光源，具有聚焦、定向、单色、相干等特性。激光技术应用非常广泛，例如医学、通讯、军事、生产等领域。本课程设计旨在向学生介绍激光技术的基本原理和应用。 课程内容 1.激光的基本性质 –激光的定义和特点 –激光与其他光源的比较 –激光的发射原理 2.激光的应用 –医学 •激光手术 •激光治疗 –通讯 •光纤通讯 •激光通讯 –军事 •激光制导 •激光武器 –生产 •激光切割 •激光焊接
3.激光的安全问题 –激光对人体的危害 –激光安全的防护措施 教学方法 本课程设计采用以理论为基础，为主干，讲解概念和原理。通过实验教学，让学生亲身体验激光技术的特性和应用，对于激光技术有更深入的理解。 实验内容 1.激光的激发过程实验 –实验目的：了解激光的激发过程和发射原理 –实验器材：激光器、光探测器、功率计 –实验步骤： 1.将激光器连通电源，启动激光器。 2.用光探测器检测激光器发射的光子数，记录功率。 3.改变激光器的输入电流或外界温度等条件，在保持其他 条件不变的情况下，记录光子数和功率的变化。 2.激光束分析实验 –实验目的：了解激光束的特性和传输规律 –实验器材：激光器、光学元器件、光探测器、功率计 –实验步骤： 1.将激光器发射的激光束，通过准直镜和展宽降光镜等光 学元器件，使其变成平行光束，通过光探测器，记录平均功率 和光束径。 2.改变光学元器件的位置或参数，在保持其他条件不变的 情况下，记录功率和光束径的变化。 3.激光在材料切割中的应用实验
–实验目的：了解激光在材料切割中的应用 –实验器材：激光器、加工台、样品 –实验步骤： 1.将激光器的激光束通过透镜，聚焦在样品的表面上，调 节激光功率，使样品被切割。 2.改变激光功率和样品材料等条件，在保持其他条件不变 的情况下，记录切割速度和切割宽度的变化。 评分标准 1.课堂表现（40分）：包括出勤率、认真听课、及时完成作业等。 2.作业（40分）：包括课后作业、实验报告等。 3.实验（20分）：包括实验操作、实验报告等。 结语 激光技术已经成为现代科技、现代军事和现代工业的重要支柱之一，具有广泛的应用前景和经济效益。本课程设计旨在让学生了解激光的基本原理和应用，通过实验教学，让学生更加深入地理解和掌握激光技术。希望本课程设计能够为学生的学习和职业发展提供帮助。
激光技术课程设计 引言 激光技术，作为现代制造业中的一个重要领域，其广泛应用已经深入到了生产制造、医疗保健、通信技术等众多领域当中。未来的制造业中，激光技术将有更加广阔的用武之地。作为一种高科技、复杂性强的技术，激光技术的学习十分必要。本文将向大家介绍一个激光技术课程设计，并提供一些参考，希望对您有所帮助。 设计内容 具体来说，本课程将涵盖以下内容： 激光基础知识 •激光的定义及产生原理 •激光与一般光的区别 •激光的特性：单色性、方向性、相干性、强度等特点 •激光的传输与调制技术 激光加工技术 •激光切割 •激光打标 •激光电子束焊接 •激光喷涂 其中，激光基础知识涉及了激光的起源和基础特性等内容，是后续内容的必要基础。激光加工技术则是对激光技术在工业应用中的具体体现，包含了激光技术在不同领域的应用。
实践环节 为了帮助学生更好地理解激光相关理论知识，还需在教学中设置一些实践环节。例如，让学生亲自操作一些激光设备完成特定的工艺加工任务等。 总的来说，本课程旨在通过深入浅出的方式向学生介绍激光技术的相关知识和 应用技术，让学生能够全方位地了解激光技术。 实施方案 在教学设计方面，本课程的教学方法主要包括讲授教学和实验教学。 讲授教学 在激光基础知识教学中，讲授教学将是主要的教学方式。通过合理的讲解组织 和丰富多彩的教学案例，让学生迅速掌握激光技术的基础知识。 实验教学 在激光加工技术部分，实验教学将是必要的教学方式。通过实验，让学生深入 了解激光设备的结构和工作原理，让学生对激光技术应用的流程和操作有更深刻的理解。 在实验教学环节，学生将亲自操作激光设备，进行实际的激光加工操作。这将 能够加深学生对激光加工流程和激光设备的了解，从而更好地理解激光加工技术的应用。 教学评估 在课程结束时，将对学生进行考试评估，以评估学生对激光技术的理解和掌握 程度。 评估内容包括激光技术的基础知识和激光加工技术。并将通过学生实验操作技 能的评价，来了解学生是否具备相关的操作能力。
激光原理与激光器件课程设计报告 ——激光器种类及其用途介绍 摘要 电子科学与技术专业主要以光学为主，特别是激光的学习尤为重要。激光技术作为先进制造业的一个重要组成部分，是我国“十一五”期间重点发展的一个主导产业。随着固体激光、气体激光、半导体激光、准分子激光、染料激光、光纤激光、飞秒激光、随机激光等器件的发展，促进了激光技术在科学研究、工业加工、医疗、生命科学、检测、通信、自动控制、信息存储、全息技术、光源等领域的广泛应用。做为一个专业知识以激光为主的学生，应该系统的学习激光有关的理论知识，充分的去了解激光用途，本文主要介绍激光的电源构造、激光的种类及其不同激光器的参数，重点介绍了不同激光器的用途，另外还介绍了激光器的发展前景。文章最后总结了本次课程设计的心得体会。 关键词：光学激光全息技术用途 一、认识激光 1、什么是激光 激光是光受激辐射的产物，产生激光首先要有激活介质，另外还要有外界激励源，在外界激励源（如外来光）的激励下，产生激光的高能级原子会跃迁到低能级上，根据能量守恒可知，这时从高能级跃迁的低能级的原子将会释放一个和外来光子完全相同的光子，只要选择的激活介质合适，光子在激活介质中将会形成光放大，形成了产生激光的必要条件。其实激光是在光学谐振腔中产生的，光学谐振腔可以增加激活介质的长度，谐振腔由前后两块反射率不同的反射镜构成，一前镜的反射镜的反射率我90%，后反射镜的反射率我100%，般在两个反射镜间放置工作物质（激活介质），只要光学谐振腔里的光子积累到一定程度，前镜将发出光，我们把这种方向性好，相干性好和亮度高的光叫激光。 2、产生激光的条件 （1）、有提供放大作用的增益介质作为激光工作物质，其激活粒子（原子、分子或离子）有适合于产生受激辐射的能级结构； （2）、有外界激励源，将下能级的粒子抽运到上能级，使激光上下能级之间产生粒子数反转； （3）、有光学谐振腔，增长激活介质的工作长度，控制光束的传播方向，选择被放大的受激辐射光频率以提高单色性。
激光原理技术及应用课程设计 课程设计背景 激光技术是一种高科技领域，在光学、电子和物理领域都有广泛应用。对于工程和科学领域的学生来说，学习激光原理技术及应用课程是非常重要的。这一门课程设计旨在帮助学生深入了解激光原理和技术，并将所学理论知识应用到现实问题中。 课程设计目的 本课程设计的主要目的是： •帮助学生了解激光原理，掌握激光器的构造和工作原理； •培养学生运用激光技术进行实验和研究的能力； •让学生了解激光在工业、医学、通信等领域的应用。 课程设计内容 第一章激光器的构造和原理 本章主要介绍激光器的构造和工作原理。包括： •激光器组成结构； •激光器的产生过程； •激光器中的元器件和控制系统； •激光系统的稳定性和调节； 第二章激光器的性能和参数 本章主要介绍激光器的一些基本性能和参数。包括： •激光器的输出功率、波长和频率；
•激光器的相干性和椭偏率； •激光器的束流性、脉冲宽度、重复频率和功率密度； •激光器的渐变折射率和损耗。 第三章激光在医学、工业和通讯领域的应用 本章主要介绍激光在医学、工业和通讯领域的应用。包括： •激光在医学中的应用，如激光手术、激光切割和激光治疗等； •激光在工业中的应用，如激光加工、激光打标和激光切割等； •激光在通讯领域中的应用，如激光通讯和激光雷达等。 课程设计要求 1.学生需要深入研究所分配的主题，并且在规定时间内提交课程设计报 告； 2.学生需要使用实验室中的激光器进行实验，并且完成实验报告； 3.学生需要根据自己的实际情况来选择适当的实验方案。 参考文献 1.《激光技术与应用》（第四版）著者：陈世清、徐兆礼; 2.《激光物理与技术》著者：刘永杰; 3.《激光科学与技术》著者：黄山明、杨卫亚。
XXXXXX学院 激光器件课程设计 班 XXXXX 级： 姓 XXXXX 名: 学 XXXXX 号: 指导教 XXXXX 师: 设计时 XXXXX 间： 成 绩： 语：
XXXXXX学院 二〇一三年 一实验目的 1、熟悉激光器的基本原理； 2、熟悉激光器的基本组成; 3、掌握氦氖激光器工作原理; 4、掌握气体激光器对电源的要求； 5、学会气体激光器电源的设计和制作方法; 6、完成3mW（250mm)氦氖激光器放电电源的制作与调试. 二实验仪器设备 氦氖激光器、万用表、线路板、电子元器件。 三设计制作原理 1。激光器基本原理：实现光的受激辐射放大,产生激光的必不可少的条件是粒子数反转和增益大于损耗。 2。激光器基本组成：工作物质谐振腔泵浦源 3.氦氖激光器工作原理： (1） He—Ne激光器的基本组成：放电管、电极和光学谐振腔; （2）粒子数反转分布的建立：激发态He—Ne原子间的共振能量转移实现Ne原子激光上能级的激发，选择减小放电管径尺寸实现Ne原子激光下能级的消激发; (3) 最佳放电条件: 选择使增益达到最大的放电电流、总气压、气体混合比等参量。 4. 气体放电基本原理:气体激光器的激励方式一般采用气体放电。在平常情况下气态物质是绝缘体，当加上电压时，气体中产生的电流很微弱，但当电压升高至一定值时电流会突然增大，同时电极间电压突然减小,气体从绝缘体迅速变成导体,这叫做气体的击穿或“着火"。按照气体导电的伏安特性来区分，击穿后气体导电还可分为正常辉光放电和反常辉光放电。氦氖激光器工作在正常辉光放电区域.由于放电管击穿后变成导体,此时放电管电压比击穿时低很多，所以整个放电电路的电压就会有相当大的一部分落到限流电阻上。击穿气体导电性质的突变，是由于此时气体中产生许多正离子和自由电子，在外电场的作用下,分别向阴、阳极运动，造成放电电流很大。 放电电流对于激光器的输出功率有直接影响，即有一个最佳放电电流。击穿后处于正常工作的氦氖激光器，其放电属于正常辉光放电.整个放电过程由伏安特性曲线描述。
摘要 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MATLAB建模编写计算程序，计算结果表明,在经过260 次渡越后,归一化的振幅分布实际上已不再发生变化,则已找到光腔的一个自再现模式或横模分布。 关键词: 数值迭代法；光场振幅分布；MATLAB数值模拟
目录 1 引言 (1) 2 理论分析 2.1 原理 (2) 2.2平行平面腔迭代法的算法实现 (3) 3 MATLAB数值模拟 (5) 3.1 程序原代码 (5) 3.2 数值模拟结果 (6) 3.3结果分析 (7) 4 总结 (8) 【参考文献】 (9)
1 引言 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。 目前采用自适应光学系统对腔内像差进行校正,定量得到腔内像差扰动对输出光束模式的影响,通过适当的控制算法对像差波前进行实时地校正,而腔内模式计算是这一过程的前提。平行平面腔（又称为F —P 腔）它由两块平行平面反射镜组成，在激光发展史上最先被采用。目前，在中等以上功率的固体激光器和气体激光器中仍常常采用它。其主要优点是，光束方向性极好、模体积较大、比较容易获得单横模振荡等。 谐振腔的经典理论仅给出了部分简单腔型的模式解析解。对于平行平面腔以及在激光器的不断发展过程中所涌现的许多新型结构谐振腔通常是没有解析结果的,必须采用各种数值模拟方法进行求解。所以本文基于平行平面腔，研究初始光场三阶梯分布条件下,自再现模的光场振幅。由于平行平面腔振荡模所满足的自再现积分方程： v(x,y)=γ' ' ' ' ' ),(),,,(ds y x v y x y x K s 至今尚得不到精确的解析解，因此本文致力于研究平面腔模的迭代解法（Fox-Li 方法）。Fox-Li 方法是一种模式数值求解中普遍适用的一种方法,只要取样点足够多,它原则上可以用来计算任何形状开腔的自再现模,并且,还可以计算诸如腔镜的倾斜、镜面的不平整性等因素对腔内模式造成的扰动.
《光电检测课程设计》 题目名称激光三角法测位移 学生姓名毛启盛 专业测控技术与仪器 学号********* 指导教师王凌云 光电工程学院 2015年 12 月
摘要 本课程设计基于激光三角法原理对物体较小范围内的移动进行测量。在长度、距离及三位形貌等的测试中有广泛应用。通过激光三角法两个方案直射式和斜射式的特点，结合实验条件，选择最合适的方案进行测量。本次测量最大的特点就是非接触式测距，实际中对非接触式测距一般很难知道物体到成像透镜的距离，可由成像透镜焦距以及激光光线和物体散射光线组成的三角形的边长计算出该距离。通过定标，得出透镜上成像距离与物体像移动距离间的对应关系，用此标尺作为计算移动位移的标准。移动物体采集光斑图像，用matlab软件对图像处理进行处理，计算像的移动距离，再根据几何关系推导出物体的实际移动距离。在最后计算出该方案的标准不确定度，并对方案产生的误差进行分析，提出改进意见。设计方案光路简单，方便快捷，受环境影响小而且测量精确度较高。 关键词：激光三角法；测距；定标；CCD；误差分析
目录 引言 (1) 1. 设计任务 (1) 2. 激光三角法测距基本原理 (1) 3.方案论证和选择 (2) 3.1 激光三角法测距现状 (2) 3.2 测量方案 (2) 3.3 方案比较与选择 (4) 3.4 器件选择 (6) 4. 方案验证步骤及数据记录 (6) 4.1 方案验证步骤 (6) 4.2 测量数据记录 (6) 4.2.1 测量获得成像透镜焦距 (6) 4.2.2 定标 (7) 4.2.3 移动物体测量位移 (8) 5. 测量数据处理 (8) 5.1 各个距离测量值计算 (8) 5.2 定标计算 (9) 5.3 光斑位移量计算 (10) 5.4夹角和物体实际移动位移计算 (11) 6. 误差分析及方案评价 (12) 6.1 相对误差和绝对误差计算 (12) 6.2 误差分析 (12) 6.3 设计方案评价 (13) 7. 课题分析评价 (13) 8. 课设总结 (14)
通信与信息工程学院 激光原理与技术课程设计报告 班级： 指导教师： 设计时间 通信与信息工程学院 二〇二一年
目录 1. 原理分析 (1) 1.1 光学传播矩阵模型 (1) 1.2 光斑半径计算 (3) 2. 模拟实现方法与程序设计 (3) 2.1 确定光路图 (3) 2.2 确定光学传输矩阵 (4) 2.3 光路参数计算 (4) 2.4 光路模拟程序设计 (5) 3. 结果分析 (9) 3.1改变输出镜曲率半径对束腰半径的影响 (9) 3.2 改变腔长对束腰半径的影响 (9) 3.3 改变聚焦透镜焦距对束腰半径的影响 (10) 3.4 优化分析 (11) 4. 设计心得 (11) 参考文献 (12) 附录 (13)
基于MATLAB及光学传播矩阵原理的光路模拟 摘要：本文描述了使用MATLAB对高斯光束的模拟过程以及光斑半径计算和优化求解过程，运用激光光束理论及光学传播矩阵对高斯光束通过聚焦透镜后的情况进行模拟实现，采用循环结构组成主要计算与存储模块。设计初对三个参数进行范围规划，设定范围起始为0附近至范围最大设定值，分析范围内各个参数对光斑半径的影响效果。采用控制变量法对影响光斑半径的因素进行分析，使用三个子程序计算绘图得到经过聚焦透镜的高斯光束光斑半径随聚焦透镜曲率半径的增大而减小，随腔长的增大而减小的结论。设计使用三层循环嵌套结构做为构成光斑半径及的最优求解模块主体，求得在同时满足输出镜曲率半径取范围中最大值、腔长取得范围内最大值以及聚焦透镜取得范围内最小值三个条件时光斑半径取得最小值。 关键词：光线传输矩阵;高斯光束;控制变量;遍历算法;光斑半径 引言 通常情况下，激光谐振腔发出的基模辐射场表现为高斯光束，是近轴近似下的众多模式之一。高斯光束的光斑半径与距离呈现出双曲线的形式，运用光线传播矩阵进行分析光学系统的等效分析，输出镜曲率半径、腔长与聚焦透镜焦距均会对光斑半径产生影响。本文致力于探究以上三个参数对高斯光束光斑半径的影响，在一定的范围内选择足够多的采样点，取得足够多的数值情况下得到相对普遍的结果，减少出现错误的可能性。该方法作为一种普遍的数值求解方法，普遍应用于其余求解及多重变量分析问题。 1.原理分析 激光器件输出的能量分布呈现出高斯函数的形式。不同于传统光源的能量分布形式的是一般情况下同心光束光斑半径与光线传输距离呈现出线性关系，高斯光束在传播过程中光束半径与传输距离呈现出非线性的形式，呈现出的传输形式更类似于双曲线。 1.1 光学传播矩阵模型 ABCD矩阵或者光线传输矩阵是一个2*2矩阵，是描述某一光学元件在激光光束中的作用。可以用于光线光学，其中光以几何的射线传输，或者在高斯光束传输时可以用到。ABCD矩阵计算时通常需要采用傍轴近似，也就是光束角度或者发散角在计算过程中是非常小的。计算主体部分使用q参数和焦参数f,故在模拟前需先求出f之后再进行计算。
摘要 本毕业设计主要设计自主研发的激光打靶系统的信号处理过程，继而实现整个打靶系统。激光打靶系统主要包括半导体激光枪、光电探测器和信号处理电路，信号处理过程是整个系统的关键。激光打靶的打靶过程，由激光枪发射激光脉冲信号，光电靶接收激光脉冲信号，经过系列信号处理过程最终得到打靶的结果。光电靶由许多块的光电探测器组成，每块不同位置的光电探测器对应不同编号，从打靶的实际情况出发，确定了相应的编号规则。打靶的成绩由激光所击中的光电探测器的编号来判定。 激光打靶系统的主要信号处理过程包括：信号的放大、编码和数据传输。信号由光电探测器检测后传送到相应的放大电路，放大电路采用集成运算放大器。按原先对光电探测器的编码规则采用多路优先编码器对信号进行编码。最后把编码值以串口的形式传送到计算机，利用计算机的强大功能对打靶结果进行各种处理。与计算机之间的串行数据传输由89C2051单片机实现。89C2051单片机的程序，使用keil编译器进行设计和调试完成，其主要功能是控制数据的串行传送，实现与计算机的串口通信。 该信号处理系统实现了对信号的良好检测。与计算机之间的串口通信可以实现数据在计算机上的显示、统计、储存等功能，为打靶者提供非常直接、准确的打靶结果，有利于提高打靶效果。 关键词：激光打靶；信号处理；信号编码；串行传输
ABSTRACT The main aim of this thesis is to design and realize signal processing of a self-developed laser target shooting system and then realize the whole laser target shooting system. The laser target shooting system consists of semiconductor laser gun, photoelectric detector, and signal processing circuit, which is the key part of the whole system. Laser target shooting process go though following steps: laser gun emitted a pulse of laser, which would be received by the laser target and the results of shooting will be shown on screen of computer by series signal processing. The laser target consists of some silicon photoelectric units that were encoded with different numbers according to certain rule. The result of the shooting will be got when detecting the number of the photoelectric unit that receives the laser pulse. The signal processing of the laser target shooting system mainly consists of signal amplification, signal encoding and data transmission. The inspected photoelectric signal was then amplified by operator amplifiers, coded by multiplex priority encoder according to the prearranged rule, and then transferred to computer by 89C2051 MCU through its serial port. And then computer can process the signal. The program of 89C2051 MCU is designed in keil and debugged using keil compiler. It is designed to control the data transmission with computer. The designed signal processing system can detect signal effectively. Through the serial data transmission, computer can process the shooting result, such as display, statistics and storage etc. It provide direct and exact shooting result for trainer, so it can increase the efficiency of the shooting training. Key words：laser target shooting；signal amplification；signal encode；serial data transmission
课程设计说明书 课程设计名称：激光技术课程设计课程设计题目：YAG固体激光器设计学院名称：理学院 专业班级：光通 学生学号： 学生姓名： 学生成绩： 指导教师：戴智刚 课程设计时间：至
格式说明（打印版格式，手写版不做要求） （1）任务书三项的内容用小四号宋体，1.5倍行距。 （2）目录（黑体，四号，居中，中间空四格），内容自动生成，宋体小四号。 （3）章的标题用四号黑体加粗（居中排）。 （4）章以下的标题用小四号宋体加粗（顶格排）。 （5）正文用小四号宋体，1.5倍行距；段落两端对齐，每个段落首行缩进两个字。 （6）图和表中文字用五号宋体，图名和表名分别置于图的下方和表的上方，用五号宋体（居中排）。（7）页眉中的文字采用五号宋体，居中排。页眉统一为：武汉工程大学本科课程设计。 （8）页码：封面、扉页不占页码；目录采用希腊字母Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ…排列，正文采用阿拉伯数字1、2、3…排列；页码位于页脚，居中位置。 （9）标题编号应统一，如：第一章，1，1.1，………………；公式（1.1）、公式（1.2）。
课程设计任务书 一、课程设计的任务和基本要求 （1）谐振腔参数自再现模式分析： 利用MATLAB编程计算图示谐振腔的稳定性与光焦度1/F的关系。可取R1=∞, R2=∞, l1=250mm, l2=200mm。进行光线追迹，计算从M1出发，光线参数为(r0, θ0)的光线在腔内往返传播的轨迹。 （2）根据上述谐振腔参数，确定所用激光棒与泵浦灯的尺寸，并依据其尺寸设计聚光腔及所用材料，聚光腔聚光效率至少80%以上。 （3）绘制出所设计激光器的结构剖面图。 二、进度安排 6.27，查找资料，确定设计方案。 6.28-6.29，编程模拟 6.30，计算聚光腔尺寸，绘制整体结构图 7.01，修改设计论文，准备PPT进行答辩
一．课程设计的主要任务： 1.任务总述：用计算机模拟激光谐振腔的光场分布。 2.设计要求： 1）编程语言不限； 2）腔型包括：条形腔，矩形平平腔，圆形平平腔，矩形共焦腔，圆形共焦腔，倾斜腔等。 二．我个人完成的情况： 1.已经完成的： 1）用基本的循环迭代法：模拟了条形腔，矩形平平腔，圆形平平腔，矩形共焦腔，圆形共焦腔的光场的振幅和相位分布： 2）用传输矩阵结合分离变量的方法：模拟了条形腔，矩形平平腔，矩形共焦腔的光场的振幅和相位分布。 三，基本原理： 1.一般的迭代法的基本原理： 1)基于菲涅尔衍射积分的基本原理： 设左右镜面的任意两个点P 和P ’点，光场分别为),(y x u 和)','(y x u ，θ是PP ’连线和光轴的夹角，ρ为PP ’之间的距离，则： ⎰⎰+= -S ik dS e y x u ik y x u ' )cos 1() ','(4),(θρ π ρ
同理： 因此，左右通过上两式可以把激光谐振腔的左右有效地联系在一起，给出一个面的初始光场分布，经过往返迭代，可以得出如下的光场分布特性： j j y x u y x u ）','(1 ),(1γ = + 12,(1 )','(++= j j y x u y x u ）γ 则说明激光谐振腔达到了自再现的条件，也是镜面上的场分布的稳定性条件。 2）网格化的思想：虽然实际的腔镜面上的光场分布是连续的，但考虑到用计算机计算的离散的特性，需要把腔镜分割成网格，以网格上离散的节点的光场值去拟合实际的镜面的光场。 根据镜面的几何结构的特点，分割方法不尽相同，具如下： A.条形腔：等间距取点，（示意图略）： B,矩形镜面：如下图左所示的方法进行等间隔分割与取点； C,圆形镜面：如下图右所示的方法进行等间距等角度离散。 3）化积分的运算为求和的思想：结果加和存于一个二维数组中，通过循环，完成每一点的求和，具体的见代码（附有详细的注释）。 4 A,条形腔： B ，平平矩形腔：原始的菲涅尔积分公式： 式中：ρ θL =)cos(，2^2)^21(2)^21L y y x x +-+-=（ρ 。 C,平平圆心腔：积分公式同平平矩形腔，但是不同的是在极坐标下的方程，且： 2^2))^sin(2)sin(1(2))^cos(2)cos(1L r r r r +-+-=φϕφϕρ（ ⎰⎰+= -S ik dS e y x u ik y x u )cos 1() ,(4)','(θρ πρ ()()()2 21exp 2a ikL a x x i u x e ik u x dx L L λ--⎡⎤'-''⎢⎥ =-⎢⎥⎣⎦ ⎰⎰+= -S ik dS e y x u ik y x u ')cos 1()','(4),(θρ πρ
激光工作的基本特性和理论 课程设计 班别： 姓名： 学号： 指导老师：郭建强
目录 第1章激光的基本原理 ..................................................... 错误!未定义书签。 1.1 激光产生的物理基础：自发辐射与受激辐射 (1) 1.2 激光形成条件之光学谐振腔 (1) 1.3 激光形成条件之粒子数反转 (1) 1.4 谱线性质 (2) 第2章激光的工作原理及特性 (3) 2.1 光学谐振腔结构与稳定性 (3) 2.1.1 共轴球面谐振腔的稳定性条件 (3) 2.1.2 共轴球面腔的稳定图及其分类 (3) 2.1.3 激光谐振腔的作用和设计 (5) 2.2 速率方程组与粒子数反转 (5) 2.2.1 三能级系统和四能级系统 (5) 2.2.2 速率方程组 (6) 2.2.3 稳定工作时的粒子数密度反转分布 (7) 2.2.4 小信号工作时的粒子数密度反转分布 (8) 2.2.5 均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布 (8) 2.2.6 均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 (8) 2.2.7 均匀增宽介质的增益系数和饱和效应 (9) 2.2.8 均匀增宽介质的增益系数 (9) 2.2.9 均匀增宽介质的饱和效应 (11) 2.2.10 非均匀增宽介质的饱和效应 ......................... 错误!未定义书签。 2.2.11 介质在小信号时的粒子数密度反转分布值 . 错误!未定义书签。 2.2.12 非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数.. 错误!未定义书签。 2.2.13 非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布错误!未定义书
《医用物理学》课程标准 适用专业：高职高专医疗设备应用技术专业建议课时数：64 一、前言 （一）课程的性质 《医用物理学》是医疗设备应用技术专业的重要基础课程。本课程的主要任务是使学生较系统地掌握医学相关的物理基础，培养学生的科学素质和科学思维方法，提高学生应用基本理论解决实际问题的能力，为学生学习专业基础课和专业课，如电路基础、医用超声设备、X线影像设备等课程奠定基础，对学生的职业岗位能力培养和职业素质养成起到一个重要的支撑作用。 （二）课程设计思路 本课程建议课时：总学时64，理论学时54，实践学时10。学分4分。 本课程是以高职医疗设备应用技术专业学生的就业为导向，根据专业岗位所涵盖的工作任务的需要而设置，经职业能力分析，以实际
工作任务为引领，以医疗器械行业所应具备的职业能力为主线。课程设计依据学生就业岗位的特点，对物体运动、振动、电磁场、光学等医学物理知识进行讲解和分析，培养学生应用基本理论解决实际问题的能力。 课程内容包括：物体的运动规律、振动和波、分子动理论、静电场、电磁现象与电磁波、电流对人体的作用、几何光学、波动光学、激光及其医学应用、X射线等。 二、课程目标 通过本课程的学习，使学生掌握医用物理学的基础知识，熟悉常用物理仪器的使用方法，培养学生沟通、团结协作的社会能力，使学生具备相关职业岗位工作能力和可持续发展能力。 （一）知识目标 1. 掌握医学物理的基本理论、基本原理和科学的思维方法。 2. 熟悉相关专业课程所需的物理名词与基本知识。 3. 了解与专业相关的医疗器械的基本物理原理。 （二）能力目标 1. 熟练掌握长度测量基本仪器、称衡基本仪器、电学基本仪器的使用方法，培养学生正确规范地完成相关基础实验的能力。 2. 学会示波器、电位差计、万用表等仪器的使用和操作，培养学生实际操作、数据处理和故障排除的能力。 （三）思政育人目标 1. 形成良好的心理素质和职业素养。 2. 具备善于观察、自主思考、独立分析和解决问题的能力。