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激光原理课程设计
目录
CONTENTS
02.
04.
05.
01.
03.
06.
课程概述
实验设计模块
基础理论框架
应用案例分析
关键技术解析
课程总结与考核
01
课程概述
激光技术发展历程
激光发展历史
介绍激光的发现和早期研究历史，以及激光技术在各个领域的应用。
激光显示技术发展
详细阐述激光显示技术的起源、发展过程和突破，包括RGB三基色可见光激光器的混合成白光等关键技术。
激光显示技术现状
介绍当前激光显示技术的最新进展和应用领域，如激光投影、激光电视等。
掌握激光原理的基本概念、激光器的构造和工作原理，以及激光显示技术的原理和应用。
课程目标
具备激光实验操作能力，能够独立完成简单的激光器件的组装和调试；具备激光显示技术应用能力，能够理解和评估激光显示产品的性能和优缺点。
能力要求
课程目标与能力要求
实验与课程设计
安排实验课程和课程设计，让学生亲自动手操作和设计激光器件和显示系统，加深对激光原理的理解和应用，占总课时的10%。
激光原理基础知识
包括激光的产生、激光的特性、激光的调制等，占总课时的40%。
激光器件与技术
介绍各种激光器的结构、工作原理和应用，以及激光显示技术的核心器件和技术，占总课时的30%。
激光显示技术应用
详细讲解激光显示技术的实际应用，包括激光投影、激光电视等领域，同时介绍相关的产品和技术发展趋势，占总课时的20%。
教学模块与课时分配
02
基础理论框架
增益介质
泵浦源提供能量，使增益介质中的粒子数反转。
外部能量输入
光学谐振腔
提供光反馈，使光子在增益介质中多次往返放大。
能级结构合适，可以实现粒子数反转的激活介质。
激光产生的基本条件
受激发射
在光子的影响下，高能态的电子跃迁到低能态，并释放出与入射光子相同的光子。
受激发射与粒子数反转
粒子数反转
高能级上的粒子数大于低能级上的粒子数，是实现受激发射的关键。
泵浦过程
通过外部能量输入，将粒子从低能级泵浦到高能级，实现粒子数反转。
由两块反射镜构成，使光子在腔内多次反射，形成光放大。
光子在腔内往返传播的过程中，满足驻波条件，即光程差为波长的整数倍。
包括透射损耗、吸收损耗、散射损耗等，需通过增益介质的增益来补偿。
描述谐振腔的品质因数，与腔的损耗成反比，Q值越高，光子在腔内停留的时间越长，越有利于激光的产生。
光学谐振腔原理
谐振腔结构
谐振条件
腔的损耗
腔的Q值
03
关键技术解析
泵浦源选择与设计
泵浦源类型
选择适合的泵浦源类型，如闪光灯泵浦、激光二极管泵浦等，考虑其能量转换效率、稳定性、寿命和成本等因素。
泵浦源参数
泵浦源与增益介质匹配
确定泵浦源的功率、波长等参数，以满足激光器的增益需求和光束质量要求。
选择适合的泵浦源与增益介质组合，优化能量耦合和转换效率。
1
2
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增益介质特性分析
选择适合的增益介质类型，如晶体、玻璃、气体等，考虑其增益系数、荧光寿命、热导率等因素。
增益介质类型
确定增益介质的掺杂浓度，以优化增益系数和荧光寿命等参数。
增益介质掺杂浓度
根据激光器的设计要求，确定增益介质的形状和尺寸，以优化光束质量和增益效率。
增益介质形状与尺寸
模式控制
通过光阑、反射镜等光学元件，控制激光器的模式，使其满足特定应用需求。
调Q技术
利用调Q技术，控制激光器的脉冲宽度和峰值功率，以获得高质量的激光输出。
模式控制与调Q技术
04
实验设计模块
He-Ne激光器搭建实验
了解He-Ne激光器的构造和工作原理，掌握激光器的搭建和调试方法。
实验目的
He-Ne激光器、电源、反射镜、分束器、光阑、光电探测器等。
记录实验数据，分析激光器的性能特点，总结搭建和调试经验。
实验器材
安装激光器并接通电源，调节反射镜和分束器角度，观测激光束的传输特性，测量激光的功率和光斑直径等参数。
实验步骤
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03
实验报告
激光参数测量方法
激光功率测量
使用光电探测器测量激光的功率密度，并计算激光的总功率。
激光波长测量
利用干涉仪或光谱仪等设备，测量激光的波长，并计算其光谱宽度。
激光束质量评估
观测激光束的光斑形状和分布，计算其光束质量因子，评估激光束的质量。
激光偏振特性测量
利用偏振片、波片等光学元件，测量激光的偏振状态和偏振度。
安全操作规范
佩戴防护眼镜，避免直视激光束，确保实验室通风良好，防止激光反射和散射。
故障排除方法
根据激光器出现的故障现象，分析可能的原因，采取相应的措施进行排除，例如调整光学元件位置、更换损坏的部件等。
激光器日常维护
定期清洁激光器的光学元件和冷却系统，检查电源和电缆连接是否安全可靠。
紧急情况处理
如遇到激光器无法正常工作或发生意外情况时，应立即切断电源，停止实验，并向上级报告。
安全操作与故障排除
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03
04
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