激光原理课程设计

激光原理与技术课程设计---谐振腔自再现模式特性分析XXX uestc1.课程设计任务与要求LD课程设计任务与要求（1）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。

（2）计算输出镜M2和透镜上的模式半径与光焦度1/F的关系。

（3）取使谐振腔稳定的F值，计算腔内模式半径与z的关系。

（4）取不同的l1值和R1值，计算谐振腔的稳定性，输出镜M2和透镜上的模式半径与光焦度1/F的关系。

（5）进行光线追迹，计算从M1出发，光线参数为(r0, q0)的光线在腔内往返传播的2.实验原理分析1）光焦度与谐振腔稳定性的关系光学谐振腔的稳定性可以用光线往返一周后的【A B C D 】矩阵来描述，根据谐振腔稳定性条件可以判断，当 <1时为稳定腔，当>1时为非稳腔，当=1时为临界腔。

再用matlab 方法作图就可以画出光焦度D 与谐振腔稳定性的关系 2）光焦度与透镜和输出镜作图原理设腔内五个部分的【A B C D 】矩阵分别为 Tr1 Tl1 TF Tl2 Tr2,透镜和输出镜上的传播矩阵分别为T1=Tl1*Tr1*Tl1*TF*Tl2*Tr2*Tl2*TF 和T2=Tl2*TF*Tl1*Tr1*Tl1*TF*Tl2*Tr2;利用matlab 编程得到传播矩阵T1 T2，根据公式 ，用matlab 方法作图就可以画出光焦度D 与透镜和输出镜上光斑半径的关系。

3）z 与光斑半径作图原理算输出镜M2和透镜上的模式半径与光焦度D只要求得光腰半径w0的大小，就可以求出任意处z 的光斑半径大小，而光腰半径w0的大小可以用上述公式逆用求得，根据某一参考面【A B C D 】矩阵，可以求出该处光z,根据公式 作图就可以得到z 和光斑半径的关系。

w()z w =w()z w =4）光线追迹原理设从R1上射出的光线位置参数为【r ；θ】,则传播到透镜上的位置参数为【r F；θF】则二者存在关系式：【r F；θF】=TF*Tl1*【r ；θ】，在左腔镜中，X=0：l1;Y= r F+X θF 根据X，Y的关系就可以做出光线在左腔镜中的传播轨迹，经过透镜和被R2反射的光线也可以利用相同方法求出，重复上述过程，可以得到从某一范围发出的光线在谐振腔内的轨迹图。

激光原理课程设计一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握激光原理的基本概念、产生机制、传播特性及其应用。

通过本课程的学习，学生将能够：1.描述激光的基本特性，如单色性、相干性和方向性。

2.解释激光产生的物理原理，包括激发态、稳态和放大过程。

3.分析激光的传播规律，如波动方程、干涉和衍射现象。

4.探讨激光在各个领域的应用，如通信、医疗、加工等。

在技能目标方面，学生将能够：1.运用数学方法解决激光相关问题，如波动方程的求解。

2.进行简单的激光实验，如激光器的搭建和特性测量。

3.分析实际应用中的激光问题，如激光通信的原理和系统设计。

在情感态度价值观目标方面，学生将能够：1.认识到激光技术在现代科技发展中的重要地位和作用。

2.培养对激光技术的兴趣和好奇心，激发创新精神。

3.理解激光技术在实际应用中的伦理和安全性问题，具备良好的职业道德素养。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.激光的基本概念：激光的定义、发展历程及特点。

2.激光的产生原理：激发态、稳态和放大过程，激光器的类型及工作原理。

3.激光的传播特性：波动方程、干涉、衍射和偏振现象。

4.激光的调制与检测：调制方式、检测原理及设备。

5.激光应用领域：通信、医疗、加工、科研等。

教学大纲安排如下：第1-2课时：激光的基本概念和发展历程。

第3-4课时：激光的产生原理和激光器类型。

第5-6课时：激光的传播特性及其数学描述。

第7-8课时：激光的调制与检测技术。

第9-10课时：激光在各个领域的应用实例。

三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法，如讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。

1.讲授法：用于传授激光基本原理和知识，引导学生掌握核心概念。

2.讨论法：鼓励学生就激光技术的热点问题和实际应用展开讨论，培养思辨能力和团队合作精神。

3.案例分析法：分析典型激光应用案例，让学生了解激光技术在实际工程中的应用。

4.实验法：进行激光器搭建和特性测量实验，培养学生的动手能力和实验技能。

激光的原理及应用教案1. 引言本教案旨在介绍激光的原理及其广泛应用，帮助学生了解激光技术的基本知识和现实世界中的应用场景。

激光是一种高度集中的、单色的光，具有很多独特的特性，因此在科研、医学、通信等领域有着广泛的应用。

2. 激光的基本原理激光的产生基于激发的辐射发射原理，主要包括以下几个步骤：•光子的激发：通过外部能量输入（如光、电、热等），使激光介质中的原子或分子发生跃迁，激发处于基态的粒子到达激发态。

•自发辐射：激发的粒子在激发态停留的时间极短，会通过自发辐射跃迁到基态，释放出能量。

•反射放大：通过光学共振腔（通常由两个反射镜组成）实现光的来回反射，使得激发态的粒子被多次激发和自发辐射，放大了光的能量。

•幅射出射：能量不断被放大的光从一个反射镜中射出，形成激光光束。

3. 激光的特性激光具有独特的特性，与传统光源相比有很大的区别，主要包括以下几个方面：•单色性：激光是一种高度单色的光，波长非常集中，能够提供稳定的光源。

•相干性：激光的波前相位非常一致，在光程差相对较小的情况下可以产生干涉现象。

•高度定向性：由于光的波长非常短，激光具有高度的定向性，可以进行精细的光束控制。

•高亮度：激光的亮度非常高，激光能够高效地将能量聚焦到很小的区域内。

4. 激光的应用激光技术在许多领域中得到了广泛的应用，以下是一些常见的应用：•切割和焊接：激光切割和焊接可以通过高密度的能量聚焦实现非常精细的切割和焊接任务，广泛应用于制造业。

•科学研究：激光在科学研究中有着极大的用途，例如用于精确测量、原子操纵等。

•医学：激光在医学中的应用涵盖了很多方面，包括激光手术、激光治疗和激光诊断等。

•通信：激光被广泛应用于光纤通信系统中，实现高速、高效的数据传输。

5. 设计课堂教学活动为了帮助学生更好地理解激光的原理及应用，可以设计以下教学活动：•实验：组织学生进行激光实验，让学生亲自操纵激光器，观察激光的特性，如单色性、定向性等。

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。

激光原理课程设计报告任务一：如图A 所示的谐振腔，用matlab 程序计算光线在腔内的轨迹，演示腔稳定和不稳定时光线在腔内往返次数增加时光线轨迹。

初始光线参数可以任意选择。

分析：把镜面M1当成参考平面，光线在这个系统中往返的一个周期的变换矩阵为：110121Tr R ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥-⎢⎥⎣⎦,210221Tr R ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥-⎢⎥⎣⎦,1101L T ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦其中第一个矩阵是光线从M1镜面上反射的变换矩阵第二个矩阵是光线经历了长为腔长L 的均匀空间，光线参数的变换矩阵第三个矩阵是光线从M2镜面上反射的变换矩阵整个系统的变换矩阵为221212112212(1)1121224222(1)(1)L L L R R T Tr T Tr T L L L L R R R R R R R ⎡⎤--⎢⎥⎢⎥=⋅⋅⋅=⎢⎥--+-+--⎢⎥⎣⎦根据题目的给出的数据，我们可以知道R1=500mm ，R2=600mm,L=700mm 时，把这些数据代入到上面的矩阵中，可以得到10121500Tr ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥-⎣⎦，10221600Tr ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥-⎣⎦，1700101T ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦,在这我们就可以得到 整个系统的变换矩阵为1121TTr T Tr T =⋅⋅⋅这是往返一周的轨迹我们把光在谐振腔内的传播轨迹以r θ和 这两个极坐标确定，就可以进一步的画出其中的轨迹要想得到往返多次的轨迹图像，只需设置一个循环，重复计算即可 我们可以先计算一下这个谐振腔是否稳定1(A D)0.86672+=- ,所以经推测，应该是稳定谐振腔 matlab 程序为：R1=500;R2=600;L=700;%输入初始条件%Tr1=[1 0;-2/R1 1];Tr2=[1 0;-2/R2,1];TL=[1,L;0 1];%输入变换矩阵%T=TL*Tr2*TL*Tr1%一个往返的周期的总变换矩阵% r0=0;theta0=pi/180;%设定极坐标的初始条件% A0=[r0;theta0];%把极坐标的两个参数作为一个矩阵%m=100;%设定光在该谐振腔的往返次数%for n=1:1:m;%设定循环函数，该函数循环m次%x0=0:1:L;y0=A0(1,1)+x0*A0(2,1); %该坐标描述的是从M1出发，到达M2镜面期间的光线轨迹%plot(x0,y0,’b’);%画出轨迹%hold onA1=TL*A0;%该坐标描述的是从M2反射，反射回去的光线轨迹%A2=Tr2*A1;x2=L:-1:0;y2=A2(1,1)-(x2-L)*A2(2,1);plot(x2,y2,'g');%画出轨迹%A3=TL*A2;A4=Tr1*A3;A0=A4;endS=(T(1,1)+T(2,2))/2axis tight%计算是否稳定%运行结果为：S =-0.8667下面是图像结果往返一次时的MATLAB图像往返2次时的MATLAB图像往返3次时的MATLAB图像往返10次时的MATLAB图像往返50次时的MATLAB图像稳定性条件取决于总体变换矩阵的对角元1(A )2D 是否出现于-1和1之间，经计算，其值为-0.8667，图像也显示，光不会跑出谐振腔，所以该系统是稳定的。

激光原理课程设计副本一、教学目标本课程旨在让学生了解和掌握激光原理的基本知识，包括激光的产生、特性、应用等。

通过本课程的学习，学生应能：1.描述激光的产生原理和基本特性。

2.理解激光在各个领域的应用，如通信、医疗、工业等。

3.分析激光技术的发展趋势和挑战。

在技能方面，学生应能：1.运用基本的物理知识解决激光相关问题。

2.进行简单的激光实验，如激光器的搭建和调谐。

在情感态度价值观方面，学生应能：1.认识到激光技术在现代科技发展中的重要性。

2.培养对激光技术的兴趣和好奇心，为其进一步学习和发展奠定基础。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.激光的产生原理：介绍激光的产生过程，包括物质的激发、能级跃迁等。

2.激光的基本特性：讲述激光的单色性、方向性、相干性等基本特性。

3.激光的应用：介绍激光在通信、医疗、工业等领域的具体应用。

4.激光技术的发展趋势和挑战：分析当前激光技术的发展状况，探讨未来的发展方向和可能遇到的挑战。

三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法，包括：1.讲授法：用于讲解激光原理的基本概念和理论知识。

2.讨论法：鼓励学生就激光技术的应用和发展进行讨论，提高其思考和表达能力。

3.案例分析法：通过分析具体的激光应用案例，让学生更好地理解激光技术的实际应用。

4.实验法：安排实验室实践环节，让学生亲自动手进行激光实验，增强其实践能力。

四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的激光原理教材，为学生提供系统的学习材料。

2.参考书：推荐一些与激光原理相关的参考书籍，拓展学生的知识视野。

3.多媒体资料：制作精美的PPT课件，生动展示激光原理和应用。

4.实验设备：提供激光器、光谱仪等实验设备，为学生提供实践操作的机会。

五、教学评估本课程的评估方式包括平时表现、作业、考试等多个方面，以全面、客观地评价学生的学习成果。

1.平时表现：通过观察学生在课堂上的参与程度、提问回答等，了解其对激光原理的理解和掌握程度。

《激光原理》教案激光原理教案第 2 页组织教学〗调节课堂气氛调动学生积极性， 共同创设和谐活跃的课堂气氛〖导入任务〗各位同学大家好，欢迎来到“激光原理”课程。

光是我们获取外界信息的源泉，如这张M51星云的天文照片所示，由星体发出光经历3100万年的长途“奔波”才来到我们的地球，被我们所观察到，3100万年的历史也在光的传播路径上逐渐展开。

通过我们在大学物理课程的基本学习，我们了解到光是我们电磁波谱中的一段，那么除了我们自然中存在的天然光线，有没有与自然光完全不同的人造线呢？这里我们来看一段视频。

任务 播放电影片段播放电影《星球大战前传2：西斯的复仇》电影片段任务 提问任务 激光名称的由来讲解“激光”名称的由来：“死光”：引入式教学，发引导学生思考：与众不同的人造光线？ 学习的目标对象与需要注意的重点：独特特点。

多媒体演示启发学生思考：自己概念中的激光是什么？童恩正，《珊瑚岛上的死光》，1978年 “镭射” ：LASER 的音译 • LASER ：– Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation• 激光：– 受激辐射光放大任务 激光名称的由来 讲解激光发明史，将光学的最初发展与近现代物理的相关成就进行展示，讲解对于光的认识的发展历程： 17世纪 惠更斯， 虎克 19世纪 麦克斯韦 19世纪末 电磁场理论19世纪末 “两朵乌云 1900年 普朗克 “量子” 1905年 普朗克 “光子” 1913年 玻尔 “原子结构” 1917年 爱因斯坦 “受激辐射” 1928年 Landenburg “受激辐射” “负吸收” 1947年 Lamb“氢原子光谱” 1954年 Townes“Maser” 1960年 Maiman “Laser” 着重讲解梅曼的发明历史故事： • 1960年5月，休斯实验室的Maiman 和Lamb 共同研制的红宝石激光器发出了694.3nm 的红色激光，这是公认的世界上第一台激光器。

《激光原理》课程教学大纲一、课程基本信息二、课程简介本课程是“光电器件加工”课程模块中的专业核心课程，以培养应用能力突出、能适应工作变化和具有创新素质的学生为目标，在教学内容上，将理论教学与案例教学有机地结合进行知识点讲解，注重培养学生运用基础物理知识分析解决激光相关问题的能力；在教学模式上，采用研讨式的教学模式，注重引导学生对激光技术相关领域的核心问题已有的解决方案进行分析比较，培养学生的问题分析能力。

在培养学生熟练掌握激光器结构、工作原理、调Q技术与锁模技术的基础上，提升学生的综合能力和解决复杂问题的能力，为学生成为新一代技术应用型人才奠定基础。

三、课程目标及对毕业要求（及其指标点）的支撑四、教学内容及进度安排五、课程考核六、教材及参考资料(一)课程教材1.《激光原理及应用》（第3版），陈鹤鸣等编著，电子工业出版社，2017(二)参考教材及网站1.《激光原理》（第7版），周炳琨等编著，国防工业出版社，2014。

2.《激光原理及应用》（第3版），陈家璧等编著，电子工业出版社，2013。

3.《激光原理及技术》，电子科技大学，刘志军等主讲，中国大学慕课。

编写人：审核人：审批人：审批日期：附件：各类考核与评价标准表（1）考试方式及占比：采用闭卷笔试，考试成绩100分，占课程考核成绩的60%。

（2）评定依据：考试成绩的评定根据试卷参考答案和评分标准进行。

（3）考试题型：可以包含单项选择题、填空题、简答题、计算题和设计题。

（4）考试内容：对学生综合运用激光物理的基本概念、基本原理进行问题分析能力的考核，不仅包括对各章节知识点的独立考核，还需要包括综合考虑多种激光器性能与控制的改善方案，实现技术分析和解决复杂工程问题能力的考核。

激光原理课程设计matlab一、教学目标本课程旨在通过学习激光原理，使学生掌握激光的基本概念、产生原理、特性以及应用。

在知识目标方面，要求学生了解激光的发展历史，掌握激光的产生、传输和发射机制，了解激光的应用领域。

在技能目标方面，通过Matlab仿真实验，培养学生的实践操作能力，使学生能够运用所学知识解决实际问题。

在情感态度价值观目标方面，通过本课程的学习，使学生认识到激光技术在现代科技发展中的重要地位，增强学生对科学技术的热爱和敬仰。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括激光的基本概念、产生原理、特性以及应用。

首先，介绍激光的发展历程，使学生了解激光的起源和发展。

其次，讲解激光的产生原理，包括激光的激发、放大和发射过程。

然后，分析激光的特性，如单色性、相干性、方向性等。

最后，介绍激光在各领域的应用，如通信、医疗、工业等。

三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式。

首先，运用讲授法，系统地传授激光原理的相关知识。

其次，采用讨论法，引导学生主动思考和探讨激光技术的发展和应用。

此外，通过案例分析法，使学生能够将所学知识运用到实际问题中。

最后，利用实验法，让学生亲自动手进行Matlab仿真实验，提高学生的实践操作能力。

四、教学资源为了支持本课程的教学，我们将准备丰富的教学资源。

教材方面，选用权威、实用的教材，如《激光原理》等。

参考书方面，推荐学生阅读《激光技术》、《激光原理与应用》等书籍。

多媒体资料方面，收集与激光原理相关的视频、动画等资料，以便在课堂上进行展示。

实验设备方面，确保实验室具备激光器、光束分析仪等实验设备，为学生提供良好的实验条件。

五、教学评估本课程的教学评估将采取多元化方式进行，以全面、客观地评价学生的学习成果。

评估主要包括以下几个方面：1.平时表现：通过课堂提问、讨论、实验操作等方式，评估学生的参与度和积极性。

2.作业：布置适量作业，要求学生独立完成，以检验学生对所学知识的理解和应用能力。