激光原理

课程编码：280216085408P3017 英文名称：Principles of Lasers 课时：50 学分：2.50 课程属性：专业课 主讲教师：杜鹃等

讲授激光原理与技术的基本概念（激光器谐振腔理论、速率方程理论和半径典理论）、典型激光器、激光放大器、改善与控制激光器特性的若干技术、激光与物质相互作用基本知识、激光应用典型案例等，培养学生激光系统设计与建设的思维理念和技巧方法，为进一步开展课题研究储备知识、方法和能力。

普通物理，光学

第一章 激光基本原理 4.0学时
第1节 光量子起源
第2节 自发辐射与受激辐射
第3节 爱因斯坦关系与光放大振荡过程
第4节 激光基本特性
第二章 开放光学谐振腔 10.0学时
第1节 开放光学谐振腔构成
第2节 开放光学谐振腔的稳定性-概念及变换矩阵方法
第3节 开放光学谐振腔的稳定性-判别条件
第4节 开放光学谐振腔的稳定性-多元件判别条件
第5节 光学谐振腔一般衍射理论
第6节 光学谐振腔衍射理论-矩形对称共焦腔自再现模式镜面解
第7节 光学谐振腔衍射理论-矩形对称共焦腔自再现模式空间任意点解
第8节 光学谐振腔衍射理论-圆形对称共焦腔
第9节 一般球面稳定腔自再现模式
第10节 非稳腔自再现模式与光学谐振腔损耗
第三章 高斯光束及其特性 6.0学时
第1节 高斯光束
第2节 高斯光束传播规律
第四章 光与物质相互作用及激光器的工作特性 12.0学时
第1节 线形函数
第2节 均匀加宽
第3节 非均匀加宽
第4节 综合加宽
第5节 线型函数对跃迁速率的修正
第6节 速率方程理论
第7节 均匀加宽增益饱和
第8节 非均匀加宽增益饱和
第9节 驻波型非均匀加宽增益饱和
第10节 激光器的阈值
第11节 激光器的模式竞争输出功率
第12节 激光器的驰豫振荡与频率牵引
第五章 激光调制技术 6.0学时
第1节 激光调制的概念和振幅度调制的特点
第2节 相位、频率和强度调制的特点
第3节 电光调制的物理基础
第4节 纵向电光调制的结构与工作原理
第5节 横向电光强度调制器的结构与工作原理
第6节 电光偏转原理
第六章 激光调Q技术 4.0学时
第1节 调Q的基本原理
第2节 调Q速率方程与脉冲峰值功率的求解
第3节 调Q脉冲能量和脉冲宽度的求解
第4节 电光调Q激光器的结构和原理
第七章 激光锁模技术 6.0学时
第1节 多纵模自由运转激光器的输出特性
第2节 锁模的基本原理
第3节 锁模输出脉冲的特点
第4节 振幅调制锁模的原理
第5节 相位调制锁模的原理
第6节 被动锁模的原理
第八章 激光非线性效应 4.0学时
第1节 非线性极化
第2节 二阶非线性极化率张量的性质
第3节 非线性波动方程与耦合波方程组
第4节 光参量振荡原理

杜鹃，博士，博士生导师，国家“青年拔尖人才计划”入选者，2007年获得中科院上海光机所博士学位后到日本电气通信大学（合作导师：小林孝嘉教授）先后担任博土后、助理教授，2013年由上海光机所以中科院人才计划引进回国，2022年全职加入国科大杭高院物光学院。主要研究方向为基于钙钛矿的太阳能电池及微纳激光机理及器件研究，运用超快激光光谱、太赫兹时域光谱和显微镜成像技术，研究材料内部超快动力学，实现对光电器件、发光器件功能化的理解和应用，致力于相应的器件发展。相关成果以通讯作者发表于Advanced Science、ACS Nano、Nano Energy、Small、 ACS Photonics、Advanced Optical Materials等国际知名期刊,多篇入选ESI热点论文、ESI高被引论文和封面。先后主持和参与国家重大专项、国家自然科学基金项目、中科院人才计划、国家重点研发计划、中科院战略性先导科技B类专项等项目。庞盟，博士，分别于2004年和2007年在天津大学和清华大学获得学士和硕士学位，2011年在香港理工大学获博士学位。博士导师为靳伟教授，研究方向为光子晶体光纤传感器与调制器。他于2011年8月加入加拿大渥太华大学从事博士后研究，合作导师为鲍晓毅教授，研究方向为随机光纤激光器。他于2013年5月加入德国Max Planck Institute for the Science of Light（马普光科学研究所）Philip Russell教授研究组，2015年11月起担任光纤激光器与光声效应研究组组长。庞盟博士在马普光学所的主要研究方向为：超快光纤激光，激光孤子动力学，光子晶体光纤，以及光脉冲在光纤波导中的非线性传播。庞盟博士获得国家高层次人才青年项目资助,于2019年入职中科院上海光机所强场激光物理国家重点实验室，开展特种光纤波导与超快光纤激光方向的研究。他在国际期刊及会议发表超过30篇研究论文，以第一或通信作者发表Nature Photonics, Nature Communications，以及Optica文章多篇。被邀请在OSA Photonics Congress, CIOP, ACP, WOCC, SPIE Photonics Asia等国际会议做大会特邀报告，并多次担任国际会议分会场主席。张泽宇，博士，2017年在上海大学获得物理学博士学位，2017-2021年在中科院上海光机所担任助理研究员、副研究员，2021年加入国科大杭州高等研究院。主要研究方向为基于超短脉冲激光的新型时间分辨光谱与太赫兹光谱技术研究。创新性地将其应用于低维层状半导体、钙钛矿光电功能材料、拓扑绝缘体等当前凝聚态物理、材料科学、激光科学等交叉前沿问题的探索中。目前，负责人在 ACS Energy Lett.、J Phys. Chem. Lett. 、Phot. Res.、Nanoscale、Science Advance、Appl. Phys. Lett.等国外知名学术期刊发表 SCI 论文40余篇。作为项目负责人主持国家自然科学基金重大研发计划重点支持项目、国家自然科学基金青年项目。