激光原理论文范文精选

1《激光雷达技术原理》理论与实践相结合的教学法

《激光雷达技术原理》以测量学和数据处理理论和方法为基础，讲授激光雷达技术的基本原理和数据后处理方法，同时结合实际案例讲解激光雷达技术在测绘、地质和工程等领域的应用前景和亟待解决的问题。由于激光雷达是一项测绘新技术，国内还没有成熟的教材，因此结合国际上较为权威的专著《AirborneandTerrestrialLaserScanning》［5］以及国内外相关的研究和应用成果自编了教程，对学生采取了“了解—新型传感器原理”“熟悉—激光扫描仪操作”和“掌握—激光点云数据后处理方法”的教学模式，以达到从理论到实践的教学效果。

1．1了解新型传感器原理

首先，以学生熟悉的全站仪为对照，让学生了解激光雷达是一种集成了多种高新技术的新型测绘仪器，具有非接触式、精度高(毫米级/亚毫米级)、速度快(可达120万点/秒)、密度大(点间距可达毫米级)的优势，且数据采集方式灵活，对环境光线、温度都要求较低。其次，让学生理解LiDAR的测量原理主要分极坐标法和三角测量法两种。其中，对于极坐标法测量，使学生了解测距的关键在于时间差的测定，引出两种常用的测时方法:脉冲法和相位法;让学生理解直接测时和间接测时的区别以及各自的优缺点，从而进一步了解脉冲式和相位式激光扫描设备的优势、局限性以及应用领域。最后，通过介绍激光雷达采集数据的扫描方式，让学生了解不同平台上的激光雷达传感器的工作特点，如固定式激光扫描仪适合窗口式和全景式扫描，车载、机载以及星载平台适合移动式扫描等。

1．2熟悉激光扫描仪操作

考虑到各类平台激光雷达的作业特点以及现有设备的情况，《激光雷达技术原理》课程以地基三维激光扫描仪为重点，让学生熟悉仪器的外业操作。尽管激光扫描仪数据采集的自动化程度较高，外业采集仍然需要解决扫描设站方案设计和不同扫描站间连接点选择等问题，要求学生在熟悉激光扫描仪软硬件操作的同时，还要掌握激光扫描仪外业采集方案的设计:踏勘工作区，分析研究最优化的扫描设站方案和坐标转换控制点选择，画出相关的设计草图，并设置主要扫描设站的标志。要求设站位置既要保证与相邻站的重叠，又要覆盖尽量大范围的被扫描对象，以减少设站数，从而提高外业数据采集效率。

1．3掌握激光点云数据后处理方法

利用点云数据可视化与点云原始存储格式之间的明显反差，让学生了解激光点云数据后处理的重要性和难点，及其已成为制约激光雷达技术应用瓶颈的现状。根据学生的理解程度，选取了点云的拼接/配准、点云的滤波和分类、点云的分割和拟合等后处理方法，要求学生掌握相关的算法并编程实现。

摘 要 《激光原理》是一门重要的专业基础课，提高该课程的教学质量具有重要的意义。本文针对该课程教学过程容易出现的问题，从更新教学内容、教学手段和考核方式等几个方面进行改革，提高《激光原理》课程的教学质量。

关键词 激光原理 教学改革 课程建设

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2012）24-0004-02

激光是二十世纪人类的重大科技发明之一，被誉为继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”“最准的尺”“最亮的光”，它对人类社会生活产生了广泛而深刻的影响。作为高技术的研究成果，它不仅广泛应用于科学技术研究的各个前沿领域，而且已经在人类生产和生活的许多方面得到了大量的应用，与激光相关的产业已在全球形成了超过千亿美元的年产值。由于各行各业都应用激光进行技术改造和新技术的开发研究，除了文科的几乎所有理工农医的高等院校都开设了激光原理和应用的课程。

《激光原理》是光信息科学与技术和应用物理学专业重要的专业基础课，通过本课程的学习使学生对激光的基本概念、基本技术和基本器件有比较全面、系统的认识，培养学生分析和解决工程技术问题的能力，为进一步学习相关专业课打下基础。然而，《激光原理》又是一门理论性很强的专业基础课，该课程物理概念抽象和理论性强，基础知识面广，学生往往因缺乏感性认识，不易理解，感到难学，这对老师的教学水平和教学方法提出了考验。笔者结合自己的教学实践，从以下几个方面对《激光原理》课程教学改革进行了探索。

一、教学内容的改革

《激光原理》课程主要介绍激光的产生条件、激光器的工作原理和激光器的输出特性，这部分内容理论性强，需要应用原子物理、量子力学、热力学统计物理、光学和高等数学等课程的结论和基础，公式繁多、推导复杂、理论抽象，具有相当的难度和深度。在《激光原理》的教学过程中，我们还增加了部分激光技术的内容，比如激光器输出的选模技术、激光器的稳频、激光束的光束变换，以及激光的调制、偏转、调Q和锁模技术等，这部分内容是从事光信息科学与技术人员必须掌握的基本知识，通过对这些知识的学习能够加深学生对激光器原理的理解和掌握。为了进一步加深印象，我们对典型的激光器进行了介绍，比如红宝石激光器、汝玻璃激光器、Nd：YAG激光器等固体激光器，He-Ne激光器、CO2激光器、Ar+激光器等气体激光器，以及燃料激光器和半导体激光器等都做了简要的介绍。

在教材方面，我们选择了上海理工大学陈家璧教授编写的《激光原理及应用》（电子工业出版社）作为教材。这本教材的内容章节安排合理，知识点覆盖面广，理论体系较为完整，同时这本教材是在大学的普通物理学的基础上编写的，从激光的物理学基础出发，着重阐明物理概念以及激光输出特性与激光器的参数之间的关系，尽量避免过多的理论计算，以掌握激光器的选择和使用为主要目的。因此这本教材的内容对学生来讲不难理解，所讲授的内容比较容易掌握。我们还增加了一本国际公认的经典教材作为参考书：Christopher C. Davis编写的《Lasers and Electro-Optics：Fundamentals and Engineering》， Cambridge University Press。

【摘 要】 文章针对“激光原理与技术”课程的特点以及存在的问题，对激光原理实验的教学内容、教学方法、实验教学等进行了探索，并提出了相应的解决办法。

【关键词】 激光原理与技术课程；教学内容；教学方法；实验教学

【中图分类号】G632.010 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）29-00-01

一、教学现状

“激光原理与技术”是应用物理学本科专业的专业课，是一门理论性很强的专业基础课。通过本课程的学习可以为学生今后从事激光技术、光通信、信息处理、红外探测、环境检测、激光医疗诊断和材料加工等方面的相关光学工程研究打下基础。由于该课程物理概念抽象并且理论性强，基础知识面广，不易理解，感到难学，畏难情绪严重，学习这门课程时的兴趣就不如其它普通物理课程；此外，由于学生对激光应用方面的知识了解较少，往往因缺乏感性认识，不能充分体会到该课程的重要性，导致学生在学习中没有一个积极的态度；再次，“激光原理与技术”需要讲授激光的基本原理、基本技术以及激光的应用三部分内容，知识点多，逻辑关系也不像力学、电磁学等那么明显，再加上该课程总的学时数只有32学时，所以大部分学生在学习中会感觉到有些凌乱，理不清头绪，最终导致不能巩固和深化所有的知识点。基于以上问题，如何在教学中合理的处理教学内容以及采取合理的教学方法，做到重点突、详略得当，既要让学生掌握基本原理和基本技术，又要了解激光的具体应用是目前教学过程中急待解决的主要问题。

二、对教学内容适当删减

《激光原理与技术》是一门理论性很强的专业基础课，该课程涉及的基础知识面广，需要应用原子物理、量子力学、热力学统计物理、光学和高等数学等课程的结论和基础，公式繁多、推导复杂、理论抽象，具有较大的难度和深度。要在32学时内完成教学任务，就必须选择合适的教材并且合理的安排教学内容。在教学中我们选择的是上海理工大学陈家璧教授编写的《激光原理及应用》（电子工业出版社）作为教材。这本教材的特点在于内容章节安排合理，知识点覆盖面广，理论体系较为完整，避免过多的理论公式推导和计算，而把重点放在阐明物理概念以及激光输出特性与激光器的参数之问的关系，帮助学生了解和掌握最基本的激光原理和技术，学会如何根据不同应用范围选择合适的激光器。因此这本教材的内容很对工科类的学生的胃口，尤其是具有一定物理基础的应用物理系学生来说所讲授的内容比较容易掌握。我们根据教材的安排将教学内容主要分为三个大的部分：激光的基本原理包括激光的产生条件、激光器的工作原理和激光器的输出特性；激光技术部分包括激光的选模技术、稳频技术、激光束的光束变换，调Q、锁模技术以及激光的内调制、外调制等技术；激光的应用部分主要包括各种常见激光器介绍和激光在不同领域内的应用。关于激光的其他方面的知识将不再安排进课堂教学，主要供学生自学。

三、教学手段多样化

摘要：新一轮基于互联网技术引领的教学改革和人才培养模式改革即将到来，微课、慕课、翻转课堂已快速、深入地影响到各大高校。本文介绍了翻转课堂教学模式的特征，并结合《激光原理与技术》课程的特点、学生学习状况和教学过程中存在的问题，提出了一种基于翻转课堂教学理念的教学改革设计方案。

关键词：翻转课堂 激光原理与技术课程 教学模式 教学设计

中图分类号：G642.0

文献标识码：C

DOI： 1（）.3969/j.issn.1672-8181.2015.03.005

1 我校《激光原理与技术》专业课存在问题

我省许多理工类院校的光信息、光电类和大部分应用物理专业都开设《激光原理与技术》课程。作为重要专业基础或方向课，此课程：第一，具有较强的理论性、实践性、前沿性和探讨性；理论抽象，公式众多，有相当学术和技术含量的课程，教学中经常发现学生对概念缺乏准确理解或概念和实际应用“两张皮”的现象。第二，课程教学内容多，课程容量大。第三，由于激光技术、光电技术的发展日新月异，器件层出不穷，与新现象、新理论、新器件、新应用有关的课程教学内容也必须不断地做出更新调整，

另外，《激光原理与技术》课程涵盖知识点包括激光原理、激光技术两部分，知识点明确，可以用一个实验、一个概念来组织教学内容。课程具备开展翻转课堂的实施要求。

【摘要】我们应用含保守系统和非保守系统的薛定谔方程研究激光冷却机制，用该理论可以证明原子在激光场中被冷却。同时，还预言了原子冷却温度T与原子振动频率成正比，该结论与最近的实验结果完全一致。

【关键词】量子理论；原子冷却；冷却温度

20世纪70年代中期开始的激光冷却与捕陷中性原子技术的研究，使人类进入了一个空前的超低温（10-4-10-9K）领域。在这个新领域中人们实现了新的物态（气态原子的波色-爱因斯坦凝聚，BEC），发现了一系列新的物理现象，一些新的学科（即所谓的超冷原子物理、原子光学）也随之兴起。操纵、控制孤立的原子一直是物理学家追求的目标。由于原子不停地热运动，要想实现操纵、控制的目的，必须使原子“冷”下来，即降低其速度至极低，这样才能方便地将原子控制在某个小区域中。

有关这个领域的理论和实验研究已有多篇文章评述[1-12]，其中文献[8-12]有相当全面地论述。

本文应用含保守系统和非保守系统的薛定谔方程[13]研究了激光冷却机制，从量子理论的角度很好的解释了原子激光冷却，并且预言原子激光冷却的温度和原子的角频率成正比，这和最近在Nature发表的实验结果符合相当好[19]。

1.含非保守力的薛定谔方程

在激光场中，原子受到的力可以写成[14-15]：

（1）

摘要：针对高校的激光原理课程教学，系统地阐述了其特色化教学体系的建设理念。以南京航空航天大学激光原理课程的建设和教学改革为例，探讨了其教学体系的建设与实践，明确了该课程的教育教法、重点难点和相应解决方法。对激光原理课程的教学体系理论与实践具有显著的借鉴意义。

关键词：激光原理；教学实践；教学体系

南京航空航天大学以育人为本，不断丰富和发展办学指导思想。树立并践行“三个为本，三个促进”的办学理念，即“以育人为本，促进人才辈出；以学术为本，促进学术繁荣；以航空为本，促进特色发展”。 把提高质量作为学校教育改革发展最核心最紧迫的任务，坚定不移地走有特色、高水平、内涵式发展道路，形成人才培养新优势，努力出名师、育英才、创一流，在加快建设高水平研究型大学的进程中取得新的更大的成就。

学校学生来自全国各地。长三角地区光电子行业非常发达，考虑到这些因素，对本课程，定位为光电信息科学与技术专业的专业课程，目标是使学生掌握激光器运转的基本物理原理，为后续专业课程的进一步学习奠定基础，为今后在光电子学及相关的电子信息科学等领域从事学术研究和教学工作奠定扎实的理论基础，服务江苏，兼顾长三角，播及全国。

1、教学方法与教学手段

《激光原理》是高等院校光电子技术和有关专业的一门极其重要的专业基础课程[1]。是学习相关课程“激光器件”、“激光技术”、“激光应用”的基础，也是学习光电子学、激光化学、激光生物学、激光光谱学、非线性光学等新的交叉学科的重要基础[2]。为此，除严格的课堂教学以外，我们还配合一些课程设计、专题课堂讨论及前沿学术动态讲座等多种形式。在介绍课程的学习意义时，采用启发式的教学方式[3]。从激光发展历史和相关技术入手，介绍了激光科学技术近50年的发展，其应用遍及科技、经济、军事和社会发展的许多领域。本课程制定了详细的教学内容，明确了教学目标。讲述激光器基本原理、开放式谐振腔理论，讲授激光振荡和放大理论。经过系统地学习，使学生掌握产生激光的基本原理和处理激光问题的基本理论和基本方法[2]。

2、课程的重点、难点及解决办法

本课程是一门理论性较强的课程。主要阐述激光器的基本原理和理论。本课程的重点，是要掌握激光器的基本原理、光谐振腔理论、激光振荡理论。光和物质的共振相互作用是激光振荡和放大的物理基础，这一部分的重点放在阐明光和物质的共振相互作用的基本物理过程和主要理论分析方法方面，课程的难点也在此处[4]。采取多样灵活的教学手段。课堂教学包括：课堂讲解、PowerPoint幻灯片课件、课堂小测验、课堂提问、笔记检查、课后作业、作业及课堂小测验讲评等。十分重视该专业学生英文水平的提高，并一直坚持在讲课中尽量向学生介绍英文的专业词汇。教会学生正确的学习方法。要学好本课程，学生们要建立一套适应于理论知识学习的科学的学习方法，更重要的是，掌握基本物理过程和主要理论分析方法，要求学生必须通过对知识的理解和消化来学习和掌握知识，培养知识的实际运用能力。针对教学内容中的重点和难点内容，采取重点授课，讲解细致、详尽，增加学生的实践机会等措施，使学生真正理解和掌握重点、难点内容。

摘要：为了提升激光原理课程的教学质量，促进学生科学探索精神与创新能力的培养，对激光原理实验课程的教学模式和教学内容进行了改革，以课堂实验、视频实时连线、数值模拟仿真等三种方式实现了理论教学与实验教学的融合，并结合教学与科研加强了实验项目的自主性与研究性。该教学改革方案在本科教学过程中得到实践和完善，取得了很好的育人效果。

关键词：激光原理；实验教学；教学改革；教学实践

激光作为现代光电子及信息技术的基础与核心，在信息存储、光通信、光电显示、光电探测、激光医疗诊断及工业制造、军事等诸多领域均得到了广泛应用[1]。激光原理一直是光电子科学与技术、电子科学与技术、微电子科学与技术等本科专业的学科基础课程。根据工程教育专业认证的人才培养要求，通过本课程的学习，要求学生掌握激光产生机理、激光传输特性、光学谐振腔与激光模式相关理论、激光特性的调控方法，熟知典型激光器结构特征及其应用领域和技术[2]。本课程在内容设置方面侧重于激光产生、传输特性及谐振腔的基础理论，涉及大量公式推导和抽象物理概念，学习难度较大。此外，由于学生平时没有接触过激光器，因此很难将感性认识与理性认识统一结合[3]。以上因素导致学生缺乏对激光原理理论课程的学习兴趣，理论教学难以达成预期的目标。激光原理实验可以让学生将抽象的理论转化为实践，加深对知识的理解，提升综合运用理论知识解决实际问题的能力，从而促进教学质量的提高。因此，激光原理实验课程体系的研究在激光原理课程建设中具有非常重要的意义[4]。教学团队针对目前激光原理实验课程体系中存在的问题，结合应用型本科院校的育人目标，对激光原理实验课程体系进行了改革与实践，取得了明显的效果。

1激光原理实验课程教学中存在的问题

目前，在激光原理课程中理论教学与实验教学单独开设，且由不同教师负责：专业教师长期在科研一线，理论功底深厚，了解发展前沿，负责理论教学；专职实验教师对实验教学仪器操作熟悉，拥有娴熟的实验技能、技巧，负责实验教学。此教学安排充分考虑了不同教师的专业特点并使其能够在教学中发挥各自的特长。但是，在实际教学过程中由于受到课时、实验条件、教学环境等因素的限制，专业教师与实验教师之间缺乏有效的协作，理论教学与实验教学之间缺乏深度融合，导致了以下两个主要的问题[5]。

1.1理论教学与实验教学不同步

目前，国内一些高校开设的激光原理实验教学项目采用的实验系统都是高度集成化的精密光学仪器，这些仪器体积较大、调试困难，不易搬进课堂。因此，激光原理课程理论教学与实验教学并不能同步进行。另外，为了保证学生在做实验时已经具备相关的基础知识，实验教学通常是在理论教学结束之后集中进行。这种方式导致学生在学习理论知识的过程中，由于缺乏具体的研究对象和实际问题导向，而感到晦涩难懂、枯燥乏味，影响对理论知识的理解与掌握。理论基础薄弱进而导致学生缺乏探索实验设计本质的能力和积极性。学生做实验时往往只能根据实验报告手册或专职实验教师的演示进行重复操作，获得既定的实验数据，不能通过实践加深对所学理论知识的理解和创新，难以达成理论教学与实验教学相互促进的目标。

1.2实验教学模式落后

摘要：高次谐波的研究已是强场物理中最活跃的领域之一，本文简要介绍其理论与实验研究进展情况及应用前景。

关键词：强激光；高次谐波；进展

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）15-0090-02

因为高次谐波极富潜力的应用前景，高次谐波的研究已成为强场物理中最活跃的领域之一。本文简要介绍了国内外对高次谐波的理论与实验研究进展及高次谐波的应用前景。

在强激光的作用下，原子、分子、团簇以及固体等介质发射频率整数倍于驱动激光频率的相干辐射波，这种辐射称为高次谐波。高次谐波在很多方面有着潜力极大的应用前景，理论与实验研究均取得了瞩目的成果。

一、高次谐波谱的产生及特征

1987年，Shore与Knight[1]预言，由阈上电离得到的电离电子在激光场的驱动下可能返回基态，产生高次谐波[2]。Mcpherson等人用亚皮秒（248.6nm）KrF激光脉冲与Ne气体相互作用获得了17次谐波。高次谐波辐射谱呈现速降区、平台区和截止频率特征（如图1），即随谐波次数的增加其强度先后出现快速降低区、几乎不变的平台区域；之后在平台区末端的某一阶次谐波附近谐波谱强度突然下降，出现截止（Cut-off）现象。

二、高次谐波的应用前景

摘 要：该文分析了当前《激光原理》课程课堂教学中存在的问题，探索了增加《激光原理》课堂教学趣味性的方法，并在教学实践中进行了验证，结果表明这些方法能够增加《激光原理》课堂教学的趣味性，有利于提高教学质量和效果。

关键词：激光原理 课堂教学 趣味性

中图分类号：TM6 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2012）12（c）-0-02

激光技术[1]与原子能技术、计算机技术和半导体技术并称为20世纪世界科学技术的四大发明。由于激光具有相干性好、方向性好、单色性好和亮度高等优点，而广泛应用于激光制导、激光加工、激光通信、激光精密测量和激光医学等重要领域。

1 存在的问题

激光技术是以激光原理为基础，《激光原理》[2]课程是高校光信息科学与技术、光电子技术、光学工程和光电信息工程等专业本科生的专业基础必修课，也是最能体现专业特色的一门课程。由于该课程理论性很强，学生普遍感到抽象难懂、枯燥乏味，导致该课程的到课率低下，教学效果差，学生成绩很不理想。更为严重的是，有部分学生因为这门主干课程的成绩不及格而对后续相关专业课程的学习失去信心，最终因为多门课程不及格而延迟毕业，有的甚至被退学。

因此，如何增加课堂教学的趣味性，提高课堂教学的质量和效果，是当前《激光原理》课程教学中一项十分紧迫而又有重要意义的研究课题。

2 增加课程教学趣味性的方法

摘 要：利用Fox-Li数值迭代法对方形镜和圆形镜形状的对称共焦腔的横向稳定场分布进行了仿真研究，给出迭代任意多次后的光场振幅分布和相位分布。另一方面，从理论上分析了方形镜和圆形镜对称共焦腔的横模场分布规律，并绘出光强分布的二维和三维图形。最后设计了简明的图形用户界面，能够选择腔镜类型、光腔参数等，使激光横模仿真更加简单直观，有利于对激光横模理论的深入理解。

关键词：激光横模 对称共焦腔 Fox-Li迭代法 仿真

中图分类号：TN248 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）11（c）-0223-04

Abstract：Using the Fox-Li numerical iterative method to simulate the stability lateral field distribution of a variety of shapes parallel plane cavity，and gives the iterative light field amplitude distribution and phase distribution after any number of times.The other hand，theoretical analysis was given to draw transverse mode distribution law of the confocal cavity with square mirror and circular mirror，and plot the intensity distribution of two-dimensional and three-dimensional graphics.Designed a simple graphical user interface，it is possible to select the type of resonator，the parameters of resonator etc，so that the simulation of laser transverse mode is more simple and intuitive，is conducive to the understanding of the theory of laser transverse mode.

Key Words：Laser Transverse Mode；Parallel Plane Cavity；Fox-Li Iterative Method；Simulation

光学谐振腔是产生激光的三个条件之一。人们对谐振腔的结构与稳定性的研究在不断发展。最早的激光器使用的是最简单的平行平面腔，A.G.Fox和T.Y.Li通过数值迭代的方法计算分析了平行平面腔的稳定场分布[1]，不少研究人员对方形镜和圆形镜平面腔都有作具体的理论迭代计算[2，3]。在各种腔中，人们通过不断研究发现对称共焦腔具有衍射损耗小、结构简单等众多优良的性质，在理论研究和实际应用中具有重要意义，是最重要和最具代表性的稳定腔之一[4]。同时共焦腔的横向场分布是影响激光品质的重要因素之一[5-9]，也是学习激光原理课程时候的重难点。对于对称共焦腔的横模光场分布的研究有助于加深我们对光腔理论的理解。

该文从菲涅耳-基尔霍夫衍射积分公式出发，推导了共焦腔自再现模所满足的迭代方程。利用Fox-Li数值迭代法计算分析了两种方形和圆形球面镜对称共焦腔的稳定场分布的特点，并运用MATLAB软件模拟了激光从初始到稳定的过程，给出了共焦腔横模场分布的理论解释。为了更加便于理解激光谐振腔的横模场分布规律，设计了简明的图形用户界面，能够自由选择和设置谐振腔类型、反射镜形状、光腔参数等，将复杂的横模场分布通过图形生动直观地展示出来，有助于对激光横模理论和横向光场分布的理解。

1 自再现模