沈阳师范大学博学厚德尚美健行SHENYANG NORMAL UNIVERSITY课程教案PHYSICS沈阳师范大学物理科学与技术学院课程名称：激光原理课程代码：08301510学时学分：54学时/3学分专业选修课课程类别：授课年级：2020级物理学（师范）专业陈秀艳授课教师：教学单位：物理科学与技术学院2022年8月
课程名称: 激光原理 课程代码: 08301510 学时学分: 54 学时/3 学分 课程类别: 专业选修课 授课年级: 2020 级物理学（师范）专业 授课教师: 陈秀艳 教学单位: 物理科学与技术学院 2022 年 8 月 课 程 教 案 SHENYANG NORMAL UNIVERSITY
沈阳师范大学课程说明激光原理08301510课程名称课程代码课程授课年级课程性质专业选修课2020级物理学（师范）专业基本学时54学分3情况考核方式闭卷考试+过程性考核教材：[]陈家璧，彭润玲：激光原理及应用[M]北京：电子工业出版社,2019.[2]周炳琨．激光原理[M].北京：国防工业出版社,2014.参考资源：教材[1]陈鹤鸣，赵新彦．激光原理及应用[M]北京：电子工业出版社,2009与[2]蓝信钜．激光技术[M].北京：科学出版社，2000.参考[3]陈秀艳，高朋，王研，等激光原理[EB/OL]资料https://m00c1.cha0xing.com/course/219101904.html.2022-08-06/2022-08-16[4]蔡敏，陈秀艳.激光原理精品资源共享课[EB/OL]http://sharecourse.upln.cn/pdt/sharecourse/index.html.2013-12-02/2022-08-16课程目标1：理解《激光原理》中的基本概念，基础理论知识。熟练掌握光与物质相互作用的过程、激光器结构、激光产生的条件与光场分布规律，能够利用相关基本理论解决简单物理问题，判断谐振腔的稳定性。掌握激光的增益、损耗、输出功率和谱线宽度产生机理；掌握激光产生的物理本质、基本概念，学会运用激光技术处理实际问题。课程目标2：了解激光的发展历史与发展趋势，以及与其他各学科的联系。了教学解激光的基本原理与技术在生产生活和前沿科技中的应用，拓展科学视野，激发学目标生爱国情怀，培养科学精神。课程目标3：掌握激光原理的基本原理和研究方法，探究激光偏转技术、激光调Q技术以及激光选模和稳频技术处理实际问题，能用更高的物理观点理解中学物理的内容，指导中学物理教学，深入理解中学物理的内容和方法，培养学生自主学习能力、自我反思能力和批判性思维。课程目标4：通过探究MATLAB与Flash在激光中的模拟应用，拓展专业视野，使学生具有团队协作活动的体验，能够与同伴、教师进行有效的沟通交流，具备良
沈阳师范大学 课程说明 课程 基本 情况 课程名称 激光原理 课程代码 08301510 授课年级 2020 级物理学(师范)专业 课程性质 专业选修课 学时 54 学分 3 考核方式 闭卷考试+过程性考核 教材 与 参考 资料 教 材： [1] 陈家璧, 彭润玲. 激光原理及应用[M]. 北京: 电子工业出版社,2019. [2] 周炳琨. 激光原理[M]. 北京: 国防工业出版社, 2014. 参考资源： [1] 陈鹤鸣, 赵新彦. 激光原理及应用[M]. 北京: 电子工业出版社, 2009. [2] 蓝信钜. 激光技术[M]. 北京: 科学出版社，2000. [3] 陈秀艳, 高朋, 王研, 等. 激光原理[EB/OL]. https://mooc1.chaoxing.com/course/219101904.html, 2022-08-06/2022-08-16. [4] 蔡敏, 陈秀艳. 激光原理精品资源共享课[EB/OL]. http://sharecourse.upln.cn/pdt/sharecourse/index.html, 2013-12-02/2022-08-16. 教学 目标 课程目标 1：理解《激光原理》中的基本概念，基础理论知识。熟练掌握光与 物质相互作用的过程、激光器结构、激光产生的条件与光场分布规律，能够利用相 关基本理论解决简单物理问题，判断谐振腔的稳定性。掌握激光的增益、损耗、输 出功率和谱线宽度产生机理；掌握激光产生的物理本质、基本概念，学会运用激光 技术处理实际问题。 课程目标 2：了解激光的发展历史与发展趋势，以及与其他各学科的联系。了 解激光的基本原理与技术在生产生活和前沿科技中的应用，拓展科学视野，激发学 生爱国情怀，培养科学精神。 课程目标 3：掌握激光原理的基本原理和研究方法，探究激光偏转技术、激光 调 Q 技术以及激光选模和稳频技术处理实际问题，能用更高的物理观点理解中学物 理的内容，指导中学物理教学，深入理解中学物理的内容和方法，培养学生自主学 习能力、自我反思能力和批判性思维。 课程目标 4：通过探究 MATLAB 与 Flash 在激光中的模拟应用，拓展专业视野， 使学生具有团队协作活动的体验，能够与同伴、教师进行有效的沟通交流，具备良
好的团队协作精神。考核方式为期末闭卷考试与平时过程性考核相结合。严格考核学生出勤、课堂表现和作业等任务的完成情况，达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格。综合成绩根据平时成绩和期末成绩评定，平时成绩占40%，期末成绩占60%。总评成绩构成：总评成绩=课堂参与（占总成绩的15%）+阶段测验（占总成绩的10%）+作业考核成绩（占总成绩的15%）+期末笔试试卷成绩（占总成绩的60%）方式其中，平时成绩构成（按照100分计算）：课堂参与为20分+阶段测验为15分+作业1为20分+作业2为10分+作业3为20分+作业4为15分注：课堂参与：线上学习、课堂提问及出勤分别占总成绩的10%、3%和2%；作业成绩：每学期4项作业，作业1占总成绩的4.5%，作业2占总成绩的2.3%，作业3占总成绩的4.5%，作业4占总成绩的3.7%。理论实践章次内容总课时支撑课程目标课时课时激光发展史课程目标3、422绪论0第一章课程目标1、288激光辐射概论0课程目标1、3、450第二章辐射场与物质的相互作用5课程目标1、2、3第三章激光增益与输出功率770课程目标1、2、3第四章激光谐振腔基本理论与高斯光束890课程目标1、3、4第五章典型激光器介绍440课程目标1、2、4第六章770激光器的基本技术与典型应用课程目标1、3、第七章13激光原理与性能计算展示130
好的团队协作精神。 考核 方式 考核方式为期末闭卷考试与平时过程性考核相结合。严格考核学生出勤、课堂 表现和作业等任务的完成情况，达到学籍管理规定的旷课量取消考试资格。综合成 绩根据平时成绩和期末成绩评定，平时成绩占 40% ，期末成绩占 60% 。 总评成绩构成： 总评成绩=课堂参与（占总成绩的 15%）+阶段测验（占总成绩的 10%）+作业 成绩（占总成绩的 15%）+期末笔试试卷成绩（占总成绩的 60%） 其中，平时成绩构成（按照 100 分计算）：课堂参与为 20 分+阶段测验为 15 分+作业 1 为 20 分+作业 2 为 10 分+作业 3 为 20 分+作业 4 为 15 分 注：课堂参与：线上学习、课堂提问及出勤分别占总成绩的 10%、3%和 2%； 作业成绩：每学期 4 项作业，作业 1 占总成绩的 4.5%，作业 2 占总成绩的 2.3%， 作业 3 占总成绩的 4.5%，作业 4 占总成绩的 3.7%。 章次 内容 支撑课程目标 总课时 理论 课时 实践 课时 绪论 激光发展史 课程目标 3、4 2 2 0 第一章 激光辐射概论 课程目标 1、2 8 8 0 第二章 辐射场与物质的相互作用 课程目标 1、3、4 5 5 0 第三章 激光增益与输出功率 课程目标 1、2、3 7 7 0 第四章 激光谐振腔基本理论与高斯光束 课程目标 1、2、3 8 8 0 第五章 典型激光器介绍 课程目标 1、3、4 4 4 0 第六章 激光器的基本技术与典型应用 课程目标 1、2、4 7 7 0 第七章 激光原理与性能计算展示 课程目标 1、3、4 13 0 13
教案 授课 第一章激光辐射概论 课题 §1.1光源的相干性 知识目标：1.掌握时间相干性和空间相干性的定义及物理意义； 2.掌握纵向空间相干性与横向空间相干性的区别； 3.了解相干体积与杨氏双缝干涉实验的关系。 能力目标：1.课前通过超星平台进行线上自学、预习与自测，培养学生主观能 动性、提高自学能力和独立思考的能力； 2.通过超星平台线上问题留言与讨论，提高学生分析问题、解决问 教学目标 题的能力以及合作交流的能力； 3.结合杨氏双缝干涉实验，通过综合空间相干性的学习，锻炼学生 理论联系实际、学以致用的能力。 素质目标：1.培养学生树立正确的科学观：具有独立思考、提出问题、 解决问题的能力； 2.培养学生树立正确的学习观和方法论：具有学以致用、用以促学、 学用相长的能力。 教学重点：时间相干性的定义、表达式、物理意义；空间相干性的定义、分类 重点 以及表达式与物理意义；综合空间相干性的概念与应用。 难点 教学难点：光的时间相干性、纵向空间相干性与横向空间相干性的联系与区别： 初步理解激光与普通光源的相干区别。 教学方法 讲授法、启发式教学法、课前预习法、讨论法等 教学手段 多媒体教学、板书、超星学习平台等现代化教学手段 教学时数 2学时 教学过程 教学内容 教学活动 设计
教 案 教学目标 知识目标：1.掌握时间相干性和空间相干性的定义及物理意义； 2.掌握纵向空间相干性与横向空间相干性的区别； 3.了解相干体积与杨氏双缝干涉实验的关系。 能力目标：1.课前通过超星平台进行线上自学、预习与自测，培养学生主观能 动性、提高自学能力和独立思考的能力； 2.通过超星平台线上问题留言与讨论，提高学生分析问题、解决问 题的能力以及合作交流的能力； 3.结合杨氏双缝干涉实验，通过综合空间相干性的学习，锻炼学生 理论联系实际、学以致用的能力。 素质目标: 1.培养学生树立正确的科学观：具有独立思考、提出问题、 解决问题的能力； 2.培养学生树立正确的学习观和方法论：具有学以致用、用以促学、 学用相长的能力。 重 点 难 点 教学重点：时间相干性的定义、表达式、物理意义；空间相干性的定义、分类 以及表达式与物理意义；综合空间相干性的概念与应用。 教学难点：光的时间相干性、纵向空间相干性与横向空间相干性的联系与区别； 初步理解激光与普通光源的相干区别。 教学方法 讲授法、启发式教学法、课前预习法、讨论法等 教学手段 多媒体教学、板书、超星学习平台等现代化教学手段 教学时数 2 学时 教学活动 设计
一、新课导入：（约6分钟）通过超星平台线上资源学习和前期《光学》课程的学习，回顾问题：1.光的微粒说和波动说的代表人物是谁？波动性与粒子性是同时建立起来的么？波动说是从哪一年建立与发展起来的？2.举例光的于涉实验。1.光粒子性与波动性的历史背景粒子性：代表人物生顿，光与物质相互作用具有能量、动量、运动质量的以复习旧知的特性方式导入新波动性：代表人物惠更斯，传播过程具有频率、波长、偏振特性课：（1）微粒说的提出：1672年，牛顿在《关于光和色的新理论》论文中提教师提问，出了光的本质微粒说，阐述了光的直线传播和光的反射，因为微粒说深入浅出学生回答的反映了这些光学现象，而且牛顿具有权威性，得到了认可和拥护。引出波动学说缺陷：有些光学现象微粒说解释不了，如：光的折射、衍射、光的反射和的历史背景折射同时存在、以及光的独立传播（不同的光在相遇后互不影响继续前进）。（2）波动说的提出：牛顿同时代的荷兰物理学家惠更斯（ChristiaanHuyg(h)ens，1629-1695)，提出了与微粒说相对立的波动说，首先清楚地阐释了光的反射和折射现象缺陷：惠更斯认为水的折射率小于空气的折射率。（3）波动说的困境与停滞：当时一直没有实验能证明这两个观点到底是哪个有问题，而且，波动说无法解释光的直进以及薄膜在太阳底下颜色改变的原因以及光在水中的传播速度是多少等等一系列的问题，18世纪惠更斯的波动波播放PPT动说慢慢地就没有人提及了，牛顿的微粒说成为了引领物理学史上的科学大树。讲解历史背景直到在19世纪，光的波动说掀开了它崭新的一页，它已经比微粒说更胜一筹，人们开始接受并且认同光的波动说的存在。（4）实践出真知，托马斯杨双缝干涉实验挑战权威促进波动学说建立1801年，年轻的托马斯·杨：“无论牛顿在学界上是多么赫赫有名，然而我不认为他的说法观点一定都是正确的，对于他的微粒说的错误，我很庆幸自己能发现而且能指出来，在这点的认识上，我觉得有时候一个人的权威有时候会牵涉到科学的进步。”托马斯杨氏干涉实验证明了光具有波动性。引入课程思政：1.树立正确的科学观，总结并引入课程思政：（1）树立正确的科学观光的波动学说的建立过程：要树立独立思考的精神，不迷信权威，学会提出问题、解决问题；
一、新课导入：（约 6 分钟） 通过超星平台线上资源学习和前期《光学》课程的学习，回顾问题：1.光 的微粒说和波动说的代表人物是谁？波动性与粒子性是同时建立起来的么？波 动说是从哪一年建立与发展起来的？ 2.举例光的干涉实验。 1. 光粒子性与波动性的历史背景 粒子性：代表人物牛顿，光与物质相互作用具有能量、动量、运动质量的 特性 波动性：代表人物惠更斯，传播过程具有频率、波长、偏振特性 （1）微粒说的提出：1672 年，牛顿在《关于光和色的新理论》论文中提 出了光的本质微粒说，阐述了光的直线传播和光的反射，因为微粒说深入浅出 的反映了这些光学现象，而且牛顿具有权威性，得到了认可和拥护。 缺陷：有些光学现象微粒说解释不了，如：光的折射、衍射、光的反射和 折射同时存在、以及光的独立传播（不同的光在相遇后互不影响继续前进）。 （2）波动说的提出：牛顿同时代的荷兰物理学家惠更斯(Christiaan Huyg(h)ens，1629-1695)，提出了与微粒说相对立的波动说，首先清楚地阐释了 光的反射和折射现象 缺陷：惠更斯认为水的折射率小于空气的折射率。 （3）波动说的困境与停滞：当时一直没有实验能证明这两个观点到底是哪 个有问题，而且，波动说无法解释光的直进以及薄膜在太阳底下颜色改变的原 因以及光在水中的传播速度是多少等等一系列的问题，18 世纪惠更斯的波动波 动说慢慢地就没有人提及了，牛顿的微粒说成为了引领物理学史上的科学大树。 直到在 19 世纪，光的波动说掀开了它崭新的一页，它已经比微粒说更胜一 筹，人们开始接受并且认同光的波动说的存在。 （4）实践出真知，托马斯杨双缝干涉实验挑战权威促进波动学说建立 1801 年，年轻的托马斯·杨:“无论牛顿在学界上是多么赫赫有名，然而我 不认为他的说法观点一定都是正确的，对于他的微粒说的错误，我很庆幸自己 能发现而且能指出来，在这点的认识上，我觉得有时候一个人的权威有时候会 牵涉到科学的进步。” 托马斯杨氏干涉实验证明了光具有波动性。 总结并引入课程思政： （1）树立正确的科学观 光的波动学说的建立过程：要树立独立思考的精神，不迷信权威，学会提 出问题、解决问题； 以复习旧知的 方 式 导 入 新 课： 教师提问， 学生回答 引出波动学说 的历史背景 播放 PPT 讲解历史背景 引入课程思 政：1.树立正 确的科学观
（2）树立正确的学习观和方法论2.树立正确的通过本节课光的波动学说的建立过程、杨氏双缝干涉实验的决定性作用，学习观和方法结合习近平总书记强调的“学史力行是党史学习教育的落脚点，要把学史明理、论学史增信、学史崇德的成果转化为改造主观世界和客观世界的实际行动。”这一重要论述，培养学生树立正确的学习观和方法论：实践是检验真理的的唯标准，实验研究与理论研究同样重要，要学以致用、用以促学、学用相长。2.干涉现象波的干涉条件：频率相同、相差恒定、振动方向相同的两列波播放PPT干涉现象：干涉条纹、干涉圆环产生的介质范畴：光波、微波、水波、声波提问：光的干提问与思考：杨氏双缝干涉实验中，（1）如果两列波不是同时到达干涉区涉的三个条域，是否会产生干涉现象？（2）如果两小孔S1和S2距离很大，在接收屏处件、干涉现象没有交叠区域，是否会产生干涉现象？并举例，提出如何进行时间和空间的量化尺度描述呢？思考问题，进二、新课讲解：而引出新课内1.光的时间相干性（约25分钟）容光源的时间相干性：描述的是某一个空间点在不同的时刻光波场之间的相干性。相干时间t定量描述：光传播方向上某点处，两个不同时刻光波场之间有相干性的最大时间间隔。波列讲授法PPT中应用fAt图示进行比图1.1光源时间相干性示意图较，分t=t,光传播方向上任一点的光场振动随时间变化的规律为：t>t. A t<t 三种情况进行[Ee/20<t.(1.1.1)E(t) =0,其他式中，V为光振动的频率。对上式进行付里叶变换，求模平方的光强随频率变化的函数关系，即光源频谱为：i2mde-12md1(v)=|F[E(t)]-(1.1.2)忽略常数比例因子后，可以算出：I(v)=sinc[元(v-vo)1](1.1.3)
（2）树立正确的学习观和方法论 通过本节课光的波动学说的建立过程、杨氏双缝干涉实验的决定性作用， 结合习近平总书记强调的“学史力行是党史学习教育的落脚点，要把学史明理、 学史增信、学史崇德的成果转化为改造主观世界和客观世界的实际行动。”这 一重要论述，培养学生树立正确的学习观和方法论：实践是检验真理的的唯一 标准，实验研究与理论研究同样重要，要学以致用、用以促学、学用相长。 2. 干涉现象 波的干涉条件：频率相同、相差恒定、振动方向相同的两列波 干涉现象：干涉条纹、干涉圆环 产生的介质范畴：光波、微波、水波、声波 提问与思考：杨氏双缝干涉实验中，（1）如果两列波不是同时到达干涉区 域，是否会产生干涉现象？（2）如果两小孔 S1 和 S2 距离很大，在接收屏处 没有交叠区域，是否会产生干涉现象？ 如何进行时间和空间的量化尺度描述呢？ 二、新课讲解： 1. 光的时间相干性 （约 25 分钟） 光源的时间相干性：描述的是某一个空间点在不同的时刻光波场之间的相 干性。 相干时间 tc定量描述：光传播方向上某点处，两个不同时刻光波场之间有 相干性的最大时间间隔。 图 1.1 光源时间相干性示意图 光传播方向上任一点的光场振动随时间变化的规律为： （1.1.1） 式中， 为光振动的频率。 对上式进行付里叶变换，求模平方的光强随频率变化的函数关系，即光源 频谱为： （1.1.2） 忽略常数比例因子后，可以算出： （1.1.3） 2.树立正确的 学习观和方法 论 播放 PPT 提问：光的干 涉的三个条 件、干涉现象 并举例，提出 思考问题，进 而引出新课内 容 讲授法 PPT 中应用 图 示 进 行 比 较，分Δt=t,Δ t>t.Δ t<t 三种 情况进行 0 0 2 2 2 2 0 0 ( ) [ ( )] c t i t i t I F E t E e e dt 2 0 ( ) sin [ ( ) ] c I c t
Sincx称为辛格函数，定义为sinc（x）=sinx/x。由式（1.1.3）画出的频谱曲线如下图1.2所示。1 (v)个0.5Vo图1.2光谱线宽示意图频谱线宽：光强下降到最大值一半的两个频率间隔。由sinc(x)函数的定义，求出：Av!(1.1.4)te该式说明，光源的时间相于性实际上描述了光源的单色性能。单色性能越好，即频谱线宽越窄，光源的时间相干性就越好，相干时间越长。提问与讨论：提问与讨论：太阳光与实验室中的He-Ne激光的单色性比较分析。太阳光与实验2.光的空间相干性（约35分钟）室中的He-Ne光源的空间相干性：某一时刻不同空间点处的光波场之间的相干性。激光，频谱线宽哪一个更分类：纵向空间相干、横向空间相干性。窄，相干时间(1）纵向空间相干性哪一个更长？定义：光传播方向上两个不同点处的光波场具有相干性的最大空间间隔。物理量描述：相于长度L，实际上就是光源所发出的光波列长度。相干长度与相干时间的关系：(1.1.5)L,=t,-c式中：c为光速。将（1.1.4）式代入上式，有L.=C(1.1.6)Av该式说明，光源的相于时间1与相于长度L的实质都反映了光源的单色性能的好坏。光源的单色性由光谱线的相对线宽又称光源单色性参数R来描述，即：R=Av(1.1.7)Vo将式（1.1.4）代入式（1.1.7）中，可以得到光源单色性参数R与光源相干
Sincx 称为辛格函数，定义为 sinc（x）=sinx/x。由式（1.1.3）画出的频谱 曲线如下图 1.2 所示。 图 1.2 光谱线宽示意图 频谱线宽：光强下降到最大值一半的两个频率间隔。 由 sinc(x)函数的定义，求出： （1.1.4） 该式说明，光源的时间相干性实际上描述了光源的单色性能。单色性能越 好，即频谱线宽越窄，光源的时间相干性就越好，相干时间越长。 提问与讨论：太阳光与实验室中的 He-Ne 激光的单色性比较分析。 2. 光的空间相干性（约 35 分钟） 光源的空间相干性：某一时刻不同空间点处的光波场之间的相干性。 分类：纵向空间相干、横向空间相干性。 (1) 纵向空间相干性 定义：光传播方向上两个不同点处的光波场具有相干性的最大空间间隔。 物理量描述：相干长度 ，实际上就是光源所发出的光波列长度。 相干长度与相干时间的关系： （1.1.5） 式中：c 为光速。将（1.1.4）式代入上式，有 （1.1.6） 该式说明，光源的相干时间 与相干长度 的实质都反映了光源的单色性 能的好坏。 光源的单色性由光谱线的相对线宽又称光源单色性参数 R 来描述，即： （1.1.7） 将式（1.1.4）代入式（1.1.7）中，可以得到光源单色性参数 R 与光源相干 提问与讨论： 太阳光与实验 室中的 He-Ne 激光，频谱线 宽哪一个更 窄，相干时间 哪一个更长？ Lc Lc c t c c c L 1 ct c Lc t 0 R ν I（ν） ν0 1 0.5
时间t。的关系为R=_(1.1.8)t.vo再利用相干时间与相干长度的关系式，以及光频率与光波之间的关系，可以得到光源单色性参数R与光源相干长度L，的关系为：R=2(1.1.9)L.思考与提问：通过线上预习与学习，横向空间相干性是否是与纵向空间相干方向垂直的相干性描述呢？(2)横向空间相干性定义：在垂直于光传播方向的平面上任两个不同地点处光波场具有相干性分组讨论：通的最大面积。过预习、先前物理量描述：相干面积A.来描述超星平台线上从杨氏双缝实验推导相干面积的计算公式，如图1.3中所示。学习，横向空P1间相干性是否是与纵向空间St相干方向是垂2bO2a直呢？根据小组讨论S2结果，教师进P2行重点问题分D析与讲解图1.3杨氏双缝实验示意图观察屏中心O点处能看到干涉条纹，要求宽度为2a的光源上下端点S，与S,分别通过P和P二缝与到达O点的光程差之差不得大于光波长：用式子表示即为：(1.1.10)(S,P -S,P)-(S,P -S,P)≤ a设光源到双缝的距离D，二缝间距为2b,若D>>a+b可以证明：SP =S,P=[D*+(b+a)=D+ (b+a)(1.1.11)2D+(b-a)?S,P = S,P =[D’ +(b-a)"j = D+(1.1.12)2D
时间 的关系为: （1.1.8） 再利用相干时间与相干长度的关系式，以及光频率与光波之间的关系，可 以得到光源单色性参数 R 与光源相干长度 的关系为： （1.1.9） 思考与提问：通过线上预习与学习，横向空间相干性是否是与纵向空间相 干方向垂直的相干性描述呢？ (2) 横向空间相干性 定义：在垂直于光传播方向的平面上任两个不同地点处光波场具有相干性 的最大面积。 物理量描述：相干面积 来描述 从杨氏双缝实验推导相干面积的计算公式，如图 1.3 中所示。 图 1.3 杨氏双缝实验示意图 观察屏中心 O 点处能看到干涉条纹，要求宽度为 2a 的光源上下端点 与 分别通过 和 二缝与到达 O 点的光程差之差不得大于光波长 : 用式子表示即为： （1.1.10） 设光源到双缝的距离 D，二缝间距为 2b,若 D>>a+b 可以证明： 分组讨论：通 过预习、先前 超星平台线上 学习，横向空 间相干性是否 是与纵向空间 相干方向是垂 直呢？ 根据小组讨论 结果，教师进 行重点问题分 析与讲解 0 1 c R t Lc 0 c R L Ac P1 P2 1 S 2 S ct （1.1.11） 1 2 1 1 2 2 2 1 (S P S P) (S P S P) 1 2 2 2 2 1 1 2 2 ( ) [ ( ) ] 2 b a S P S P D b a D D 1 2 2 2 2 1 2 2 1 ( ) [ ( ) ] 2 b a S P S P D b a D D （1.1.12）
将式（1.1.11）与式（1.1.12）代入（1.1.10），并根据相干面积的定义可以得到其计算公式为：A=2'D?(1.1.13)A式中，A.=(2b)2为相干面积：A,=(2a)为光源面积；D为光源到相干学习通线上抢答题：相干体面积的距离。积的空间位3.综合空间相干性（约10分钟）置，是否在干涉屏处？为了综合描述纵向空间相干性及横向的空间相干性，定义相干体积为：为什么？(1.1.14)V,=AL将式（1.1.6）和式（1.1.13）代入上式，得到相干体积的计算公式为：(1.1.15)2D'℃-D'ct.V.=(2a)(2a)2其中t。为粒子在上能级的寿命，后续课程会讲解。另外，再定义相干长度与光源面积的乘积为光源的相干体积，即：V, = A,L。=(2a)2(1.1.16)AV）才为相干光源,A为PI、P2两孔其中，要求光源面积A要小于A与光源中心连线的夹角。提问与讨论：在杨氏双缝干涉实验中，相干体积的位置。教师讲解习例题：（约10分钟）题，学生巩固1.光源的相干时间t。与相干长度Lc的实质都反映了光源的（）性能的练习，例题1在超星好坏。平台发布，结答案：单色性合学生回答情2.已知He-Ne激光器的中心波长为632.8nm，相干长度为1km，在杨氏干况进行讲解：例题2应用涉实验中，两小孔的中心距离为1cm，到光源的水平距离为0.5m。求：光源的PPT讲解相于面积范围及其相于体积。解：根据光源相干面积定义式：A, =(2a)’≤(二)40tan(40/2)=(/2)x10-2=0.010.5
将式（1.1.11）与式（1.1.12）代入（1.1.10），并根据相干面积的定义， 可以得到其计算公式为： （1.1.13） 式中， 为相干面积； 为光源面积；D 为光源到相干 面积的距离。 3. 综合空间相干性（约 10 分钟） 为了综合描述纵向空间相干性及横向的空间相干性，定义相干体积为： （1.1.14） 将式（1.1.6）和式（1.1.13）代入上式，得到相干体积的计算公式为： （1.1.15） 其中 为粒子在上能级的寿命，后续课程会讲解。 另外，再定义相干长度与光源面积的乘积为光源的相干体积，即： （1.1.16） 其中，要求光源面积 As要小于 才为相干光源， 为 P1、P2 两孔 与光源中心连线的夹角。 提问与讨论：在杨氏双缝干涉实验中，相干体积的位置。 例题：（约 10 分钟） 1. 光源的相干时间 tc 与相干长度 Lc 的实质都反映了光源的（ ）性能的 好坏。 答案：单色性 2. 已知 He-Ne 激光器的中心波长为 632.8nm，相干长度为 1km，在杨氏干 涉实验中，两小孔的中心距离为 1cm，到光源的水平距离为 0.5m。求：光源的 相干面积范围及其相干体积。 解：根据光源相干面积定义式： 学习通线上抢 答题：相干体 积 的 空 间 位 置，是否在干 涉屏处？ 为什么？ 教 师 讲 解 习 题，学生巩固 练习， 例题 1 在超星 平台发布，结 合学生回答情 况进行讲解； 例 题 2 应 用 PPT 讲解 2 2 D c s A A 2 A (2a) s 2 (2b) Ac Vc AcLc 2 2 2 2 2 2 (2 ) (2 ) V a D c a D c c c c c A a s c 2 s V L (2 ) （ ）2 2 2 s A （2 ） （ ） a 0.01 0.5 (1/ 2) 10 tan( / 2) 2
解得：A,≤1001μm2V,=A,L。=1001x1x10°=1.001×1012um三、内容总结（约4分钟）总结光源的时间相干性与空间相干性，为后续激光理论打下基础。17世纪中叶，惠更斯提出光奥有波动性光的波动性发展史19世纪初，托马斯杨双缝干涉实验证实了光的波动性定义：两个不同时刻光波场之间有相千性的最大时间间隔PPT展示本节光源时间相干性描述物理量：相干时间1课主要内容的物理合义：光源的单色性思维导图定义：光传播方向上两个不同点处的光波场具有相干性的恶大空间间隔光源相干性纵向空间相干性描述物理量：相干长度Le物理含义：光源的单色性光源空间相干性垂直于光传播方向的平面上任两个不同地点处光波场具有相干性的最大面积描述物理量：相干面积AC横向空间相干性空间相干体积AG含义·相干性的空间范围光源相干体积AS已知激光器的中心波长为589nm，相干长度为3km在杨氏干涉实验中，两小孔1元的中心距离为2.5cm，到光源的水平距离为0.5m。求：光源的相干面积范围以及该能力测试装置的相干体积。2．只要频率相同、相差恒定的两列光波就会产生相干现象，对不对？1.完成超星网络教学平台上填空、选择、简答、判断等题型的作业。课程资料题库作业库试卷库添加目录新建作业导出全部导入作业序号作业标题创建者操作创建时间t返回作业陈秀焙2022-09-05-14:19包么面发布D372.2光波模式与光子态与思考白之日面发布V382.1光源相干性陈秀艳2022-09-0110.02陈秀艳2022-08-3110-36日口面发布0391绪论2.2思考时间相干性与空间相干性的区别与联系。预习下节课的内容，完成超星网络教学平台中相关的任务点和自测题，并将学习3.中遇到的问题和已经掌握的知识点在问题讨论区进行留言
解得： 三、内容总结（约 4 分钟） 总结光源的时间相干性与空间相干性，为后续激光理论打下基础。 PPT 展示本节 课主要内容的 思维导图 能力测试 1. 已知激光器的中心波长为 589nm，相干长度为 3km,在杨氏干涉实验中，两小孔 的中心距离为 2.5cm，到光源的水平距离为 0.5m。求：光源的相干面积范围以及该 装置的相干体积。 2. 只要频率相同、相差恒定的两列光波就会产生相干现象，对不对？ 作业 与思考 1. 完成超星网络教学平台上填空、选择、简答、判断等题型的作业。 2. 思考时间相干性与空间相干性的区别与联系。 3. 预习下节课的内容，完成超星网络教学平台中相关的任务点和自测题，并将学习 中遇到的问题和已经掌握的知识点在问题讨论区进行留言。 2 As 1001m 9 12 3 Vs AsLc 1001110 1.00110 m √