生物医学光学原理与技术课程简介

第一篇：生物医学光学原理与技术课程简介

《生物医学光学原理与技术》课程简介

课程名称：生物医学光学原理与技术

英文名称：biomedical optics

先修课程：几何光学

总 学 时：32

理论学时：32实验（上机）学时：0

学分： 2

适用专业：光信息科学与技术

课程简介

生物医学光学原理与技术从光和生物组织体相互作用的基本现象入手，系统、深入地介绍了所涉及的基本概念、基本原理和方法，通过介绍生物医学光子学中重要的应用实例，提供了一个关于本学科知识和技术的简明的主线。通过本课程的学习，学生能对组织光学的基本概念、基本原理和典型系统有较为深刻的认识，为设计生物医学光子学检测仪器和从事光学研究打下坚实的基础。本课程的主要内容包括：

1、光和组织体相互作用的基本形式及其数学描述。

2、掌握生物组织体的光学参数及其数学描述。

3、光学参数的离体和在体测量方法。

4、生物医学光学中常用的微弱光检测方法。

5、光谱分析的主要数学方法及光谱在无创血糖检测和血氧检测中的 应用。

6、漫射光光学层析成像和相干层析成像的原理和应用。

7、光子学在生物检测、医学诊断、医学治疗、医药开发中的其它最 新应用。

英文简介

This program covers the area of tissue optics.After the fundamentals of photon transport in biological tissues are established, various optical imaging techniques for biological tissues are covered.The imaging modalities include ballistic imaging, quasi-ballistic imaging(optical coherence tomography), diffusion imaging, etc.A wide variety of biomedical photonic technologies are also introduced.参考教材

《生物医学光子学》（第二版），徐可欣，高峰，赵会娟，科学出版社，2011年 《生物医学光子学新技术及应用》，张镇西，科学出版社，2008年

撰写人：

第二篇：《工程光学课程设计》课程简介

《工程光学课程设计》课程简介

一、课程基本信息

课程代码：0807908007

课程名称：工程光学课程设计

英文名称：Course Project of Engineering Optics

学分：1总 学 时：1周讲课学时：实验学时： 1周上机学时： 0课外学时： 0

适用对象：光电信息科学与工程专业学生

先修课程：大学物理、高等数学、工程光学

开课单位：通信工程学院

二、课程内容与教学目标

本课程是学完《工程光学》课程之后，让学生综合运用工程光学知识，进行光学系统的设计，以加深对工程光学基本知识的理解，对教材内容有一个系统的全面的认识。在课程实验的基础上，进一步提高综合应用知识、分析解决问题的能力，达到将理论知识和实践初步结合的目的。

三、对教学方式、实践环节、学生自主学习的基本要求

1、学习对基本的光学元件的特性和功能进行测试；

2、初步掌握简单组合光学系统的设计；

3、撰写规范的设计总结报告，培养严谨的作风和科学的态度。

四、考核方式与学习成绩评定（请注明平时成绩、考试成绩、实验成绩等各部分占比）

1、考核方式：根据考勤、设计、答辩验收、报告撰写情况综合评分

2、成绩评定：书面设计和设计总结报告的综合成绩25%；完成设计、完整的结果数据60%；创新能力 5%；态度和纪律10%

最终成绩分优秀、良好、中等、及格和不及格五档。

第三篇：激光原理与技术课程教学大纲

二、讲授大纲与各章的基本要求

考核要求：

1、光的波粒二象性

周炳琨、高以智等（美）W.克希耐尔著，孙文等译Addison-Wesley,

第四篇：激光原理与技术课程教学大纲

《激光原理与技术》课程教学大纲

二、讲授大纲与各章的基本要求

第一章 辐射理论概要与激光产生的条件

教学要点：

通过本章的教学使学生： 了解光的波粒二象性，掌握光的偏振性、单色光的含义、平面光波的表示法、光强的定义和光子的含义。掌握原子能级和简并度的含义，理解原子状态标记的方法，理解辐射跃迁选择定则，掌握玻尔兹曼分布定律，掌握辐射跃迁也非辐射跃迁的定义和特点。3 理解黑体辐射的概念和规律，掌握光和物质相互作用时三种基本过程的特点、规律、发生几率，以及三者之间的关系。掌握自发辐射光功率和受激辐射光功率在普通光源和激光器中的大小关系。掌握光谱线、线型、光谱线宽度的概念，掌握自然增宽、碰撞增宽、多普勒增宽的原因、展宽线型、增宽大小及其影响因素，理解均匀增宽和非均匀增宽的概念和含义，理解综合增宽的含义。理解光在介质中受激放大的过程和规律，掌握介质中产生激光放大的条件，理解吸收系数和增益系数的概念，掌握光学谐振腔在激光器中的作用和激光阈值条件。

教学时数：10学时 教学内容：

第一节 光的波粒二象性

一、光波

二、光子

第二节 原子的能级和辐射跃迁

一、原子能级和简并度

二、原子状态的标记

三、玻尔兹曼分布

四、辐射跃迁和非辐射跃迁 第三节 光的受激辐射

一、黑体热辐射

二、光和物质的作用

三、自发辐射、受激辐射和受激吸收之间的关系

四、自发辐射光功率与受激辐射光功率

第四节 光谱线增宽

一、光谱线、线型和光谱线宽度

二、自然增宽

三、碰撞增宽

四、多普勒增宽

五、均匀增宽和非均匀增宽线型

六、综合增宽 第五节 激光形成的条件

一、介质中光的受激辐射放大

二、光学谐振腔和阈值条件

考核要求：

1、光的波粒二象性

1.1 光波偏振性（领会）

1.2 光速、频率和波长的关系（领会）1.3 单色平面波（领会）1.4 光强（识记）1.5 光子（领会）

2、原子的能级和辐射跃迁

2.1 原子能级和简并度（领会）

2.2 原子状态的标记（领会）

2.3 辐射跃迁的选择定则（领会）2.4 玻尔兹曼分布（领会、应用）2.5 辐射跃迁和非辐射跃迁（领会、识记）

3、光的受激辐射

3.1 黑体热辐射（领会）

3.2 自发辐射、受激辐射、受激吸收（领会、识记、应用）3.3 自发辐射、受激辐射、受激吸收之间的关系（领会）3.4 自发辐射光功率与受激辐射光功率（领会）

4、光谱线增宽

4.1 光谱线的线型函数、宽度（识记）

4.2 自然增宽的理论解释、增宽线型、影响增宽的因素（识记、应用）4.3 碰撞增宽的理论解释、增宽线型、影响增宽的因素（识记、应用）4.4 多普勒增宽的理论解释、增宽线型、影响增宽的因素（识记、应用）4.5 均匀增宽和非均匀增宽的概念（领会）4.6 综合增宽（领会）

5、激光形成的条件

5.1 光束在介质中的传播规律（领会）

5.2 产生受激光放大的条件、增益介质和增益系数（识记、应用）5.3 光学谐振腔的作用、阈值条件（领会、识记）

第二章 激光器的工作原理

教学要点：

通过本章的教学使学生： 理解光学谐振腔满足稳定性条件的重要性，掌握稳定性的条件，理解共轴球面腔稳定图和分类，学会稳定图的应用。理解三能级系统和四能级系统的激光工作方式，掌握速率方程组的建立、推导和粒子数密度反转分布的条件。掌握激光器在小信号工作时的粒子数密度反转分布情况和在均匀增宽型介质中的粒子数密度反转分布。理解粒子数密度反转分布的饱和效应。掌握均匀增宽型介质中的增益系数和增益饱和。掌握在非均匀增宽型介质中粒子数密度反转分布规律，掌握在非均匀增宽型介质中小信号时的增益系数和稳态情况下的增益饱和，掌握烧孔效应的原理。5 了解激光器所存在的各种损耗和起因，掌握激光谐振腔内稳定光强的形成过程，掌握激光器的能稳定出光的阈值条件（包括增益阈值，抽运功率阈值等）。了解激光介质能级选取的注意事项。教学时数：12学时

第一节 光学谐振腔结构与稳定性

一、共轴球面谐振腔的稳定性条件

二、共轴球面腔的稳定图及其分类

三、稳定图的应用

第二节 速率方程组与粒子数反转 一、三能级系统和四能级系统

二、速率方程组

三、稳态工作时的粒子数密度反转分布

四、小信号工作时的粒子数密度反转分布

五、均匀增宽型介质的粒子数密度反转分布

六、均匀增宽型介质粒子数密度反转分布的饱和效应 第三节 均匀增宽介质的增益系数和增益饱和

一、均匀增宽介质的增益系数

二、均匀增宽介质的增益饱和 第四节 非均匀增宽介质的增益饱和

一、介质在小信号时的粒子数密度反转分布值

二、非均匀增宽型介质在小信号时的增益系数

三、非均匀增宽型介质稳态粒子数密度反转分布

四、非均匀增宽型介质稳态情况下的增益饱和 第五节 激光器的损耗与阈值条件

一、激光器的损耗

二、激光谐振腔内形成稳定光强的过程

三、阈值条件

四、对介质能级选取的讨论

考核要求：

1、光学谐振腔结构与稳定性

1.1 共轴球面谐振腔的稳定性条件（应用）1.2 共轴球面腔的稳定图及分类（识记）1.3 稳定图的应用（应用）

2、速率方程组与粒子数反转

2.1 三能级系统和四能级系统（领会）2.2 速率方程组的建立（领会）

2.3 稳态工作时的粒子数密度反转分布（识记）2.4 饱和效应（领会、识记）

3、均匀增宽介质的增益系数和增益饱和

3.1 均匀增宽介质的增益系数和增益饱和（领会、识记）

4、非均匀增宽介质的增益饱和 4.1 粒子数密度反转分布（识记）4.2 非均匀增宽介质的增益系数（识记）4.3 稳态情况下的增益饱和（领会、识记）

5、激光器的损耗与阈值条件 5.1 激光器的损耗（识记）

5.2 稳定光强的形成过程（领会、识记）5.3 阈值条件（领会、识记、应用）5.4 对介质能级选取（领会）

第三章 激光器的输出特性

教学要点：

通过本章的教学使学生： 理解自再现模概念，掌握自再现模的特点。掌握自再现模积分方程解的物理意义，理解激光谐振腔的谐振条件，理解激光纵模的特点和含义，掌握纵模频率和频率间隔公式，会分析纵模可能存在的数量。理解方形镜面共焦腔自再现模积分方程的解析解，掌握镜面上自再现模场的特征（振幅分布、相位分布、衍射损耗等）了解共焦腔中的行波场和腔内外的光场分布。掌握高斯光束的振幅和强度分布、相位分布、远场发散角以及高斯光束的高亮度。理解稳定球面腔的等价共焦腔的含义，了解稳定球面腔的光束传播特性。5 掌握均匀增宽型和非均匀增宽型介质激光器的输出功率以及影响因素。理解兰姆凹陷的形成原因。6 掌握影响激光器线宽的因素。教学时数：12学时 第一节 光学谐振腔的衍射理论

一、菲涅耳－基尔霍夫衍射公式

二、光学谐振腔的自再现模积分方程

三、激光谐振腔的谐振频率和激光纵模 第二节 对称共焦腔内外的光场分布

一、共焦腔镜面上的场分布

二、共焦腔中的行波场与腔内外的光场分布 第三节 高斯光束的传播特性

一、高斯光束的振幅和强度分布

二、高斯光束的相位分布

三、高斯光束的远场发散角

四、高斯光束的高亮度 第四节 稳定球面腔的光束传播特性

一、稳定球面腔的等价共焦腔

二、稳定球面腔的光束传播特性 第五节 激光器的输出功率

一、均匀增宽型介质激光器的输出功率

二、非均匀增宽型介质激光器的输出功率

考核要求：

1、光学谐振腔的衍射理论

1.1 菲涅耳－基尔霍夫衍射公式（领会）1.2 自再现模（领会、识记）1.3 激光纵模（领会、识记）

2、对称共焦腔内外的光场分布

2.1 镜面上自再现模场的特征（领会、识记）2.2 行波场和腔内外光场分布（了解）

3、高斯光束的传播特性

3.1 高斯光束的强度分布（领会、识记、应用）3.2 相位分布（领会）

3.3 远场发散角（领会、识记、应用）3.4 高亮度（领会）

4、稳定球面腔的光束传播特性

4.1 稳定球面腔的等价共焦腔（领会）4.2 稳定球面腔的光束传播特性（领会）

5、激光器的输出功率

5.1 均匀增宽型介质激光器的输出功率（领会）

5.2非均匀增宽型介质激光器的输出功率、兰姆凹陷（领会）

6、激光器的线宽极限（领会）

第四章 激光的基本技术

教学要点：

通过本章的教学使学生： 了解激光器选模的目的和意义，理解均匀增宽型谱线的纵模竞争，掌握单纵模选取的方法，掌握激光单横模的选取方法。了解激光器频率稳定的衡量方法，掌握影响激光器频率稳定的因素，了解常见的几种稳频的方法。了解高斯光束透过透镜时的变换规律，掌握高斯光束的聚焦、准直、扩束等技术的原理和方法。理解激光调制的概念，了解电光强度调制和电光相位调制。5 了解实现激光偏转的几种主要途径。理解激光谐振腔的品质因素Q的含义，掌握调Q的原理，了解几种常见调Q的方法。理解激光锁模技术的含义，掌握锁模的原理，了解锁模的2种常见途径。教学时数：10学时 第一节 激光器输出的选模

一、激光单纵模的选取

二、激光单横模的选取 第二节 激光器的稳频

一、影响频率稳定的因素

二、稳频方法概述

三、兰姆凹陷法稳频

四、饱和吸收法稳频 第三节 激光束的变换

一、高斯光束通过薄透镜时的变换

二、高斯光束的聚焦

三、高斯光束的准直

四、激光的扩束 第四节 激光调制技术

一、激光调制的基本概念

二、电光强度调制

三、电光相位调制 第五节 激光偏转技术

一、机械偏转

二、电光偏转

三、声光偏转 第六节 激光调Q技术

一、激光谐振腔的品质因数Q

二、调Q原理

三、电光调Q

四、声光调Q

五、染料调Q 第七节 激光锁模技术

一、锁模原理

二、主动锁模

三、被动锁模

考核要求：

1、激光器输出的选模

1.1 均匀增宽型谱线的纵模竞争（领会）1.2 非均匀增宽型谱线的多纵模振荡（领会）1.3 单纵模的选取（领会、识记）1.4 单横模的选取（领会、识记）

2、激光器的稳频

2.1 影响频率稳定的因素（识记）2.2 稳频方法（了解）

3、激光束的变换

3.1 高斯光束通过透镜时的变换（领会、应用）3.2 高斯光束的聚焦（领会、应用）3.3 高斯光束的准直（领会、应用）3.4 激光的扩束（领会、应用）

4、激光调制技术

4.1 调制的基本概念（领会）

4.2 电光强度调制和电光相位调制（了解）

5、激光偏转技术 5.1 机械偏转（了解）5.2 电光偏转（了解）5.3 声光偏转（了解）

6、激光调Q技术

6.1 品质因数Q的概念（领会）6.2 调Q原理（领会、识记）

6.3 电光调Q、声光调Q、染料调Q（领会）

7、激光锁模技术 7.1 锁模原理（领会）

7.2 主动锁模和被动锁模（了解）

第五章 典型激光器介绍

教学要点：

通过本章的教学使学生： 了解固体激光器的基本结构，掌握红宝石激光器、YAG:Nd激光器的特点和机理，了解固体激光器的泵浦系统和输出特性，了解半导体激光器泵浦的固体激光器、可调谐固体激光器和高功率激光器的优缺点及原理。了解氦氖激光器的结构和工作机理，了解二氧化碳激光器的结构、激发机理和输出特性，了解氩离子激光器的结构、激发机理和工作特性。3 了解染料激光器的特点、激发机理、调谐原理和泵浦系统。了解半导体激光器中的能带情况和产生受激辐射的条件，掌握PN结的双简并能带结构和粒子数反转条件，掌握半导体激光器的工作原理及阈值条件，了解同质结和异质结半导体激光器的特性。了解准分子激光器、自由电子激光器和化学激光器的特点、基本原理和输出特性。

教学时数：4学时 第一节 固体激光器

一、固体激光器的基本结构与工作物质

二、固体激光器的泵浦系统

三、固体激光器的输出特性

四、新型固体激光器 第二节 气体激光器

一、氦氖激光器 二、二氧化碳激光器

三、氩离子激光器 第三节 染料激光器

一、染料激光器的激发机理

二、染料激光器的泵浦

三、染料激光器的调谐 第四节 半导体激光器

一、半导体的能带和产生受激辐射的条件

二、PN结和粒子数反转

三、半导体激光器的工作原理和阈值条件

四、同质结和异质结半导体激光器 第五节 其他激光器

一、准分子激光器

二、自由电子激光器

三、化学激光器

考核要求：

1、固体激光器

1.1 固体激光器的基本结构和工作物质（了解）1.2 红宝石激光器、Nd:YAG激光器（了解、识记）1.3 泵浦系统、输出特性（了解）

2、气体激光器

2.1 氦氖激光器结构和原理（了解、识记）2.2 二氧化碳激光器结构和原理（了解）2.3 氩离子激光器结构和原理(了解)

3、染料激光器（了解）

4、半导体激光器

4.1 半导体能带（了解）4.2 PN结与粒子数反转（领会）4.3 工作原理和阈值（了解）

5、其他激光器（了解）

第六章 激光在精密测量中的应用

教学要点：

通过本章的教学使学生： 了解激光干涉测长的基本原理、系统组成，了解激光外差干涉测长技术。2 了解激光衍射测量原理、方法及应用。了解激光测距的特点、基本原理，了解激光相位测距原理。了解激光准直仪的原理和结构，了解激光多自由度测量系统结构和原理。5 了解激光多普勒测速的原理和应用。6 了解激光测量角度和角加速度的原理。7 了解激光环境计量的原理和应用。教学时数：1学时

第一节 激光干涉测长 第二节 激光衍射测量 第三节 激光测距

第四节 激光准直及多自由度测量 第五节 激光多普勒测速

第六节 环形激光测量角度和角加速度

考核要求：

本章内容仅要求了解，不作考试要求。

第七章 激光加工技术

教学要点：

通过本章的教学使学生： 1 了解激光热加工的原理。了解激光淬火技术的原理与应用，了解激光表面熔凝技术和熔覆技术。3 了解激光打孔和激光切割的原理与特点。了解激光焊接的特点，了解激光热导焊和深熔焊的原理。了解激光快速成型技术的原理、优点及应用，了解激光清洗技术和激光弯曲技术。

教学时数：1学时

第一节 激光热加工原理 第二节 激光表面改性技术 第三节 激光去除材料技术 第四节 激光焊接 第五节 激光快速成型技术 第六节 其他激光加工技术

考核要求：

本章内容仅要求了解，不作考试要求。

第八章 激光在医学中的应用

教学要点：

通过本章的教学使学生： 了解生物体的光学特性，了解激光对生物体的作用和激光在生物体应用的优点。2 了解激光临床治疗的种类与现状，了解激光在皮肤科及整形外科领域中的应用，了解激光在眼科、泌尿外科、耳鼻喉科中的应用。了解利用激光的生物体光谱测量及诊断，了解激光断层摄影、激光显微镜基本原理。了解医用激光设备（光源、光纤）。了解医用激光新技术和光动力学治疗的前景。教学时数：1学时

第一节 激光与生物体的相互作用 第二节 激光在临床治疗中的应用 第三节 激光在生物体检测及诊断中的应用 第四节 医用激光设备 第五节 激光应用于医学的未来

考核要求：

本章内容仅要求了解，不作考试要求。

第九章 激光在信息技术中的应用

教学要点：

通过本章的教学使学生： 了解光纤通信系统中的激光器需满足的要求，了解光纤激光器的基本原理、特点、分类和应用，了解光放大器的原理、种类等。了解激光全息术的基本原理和分类，了解激光全息三维显示的优点、应用及展望。了解激光存储的基本原理、分类及特点，了解激光体全息光存储的特点、原理及应用，了解激光存储的最新进展。4 了解激光在扫描器和打印机中的应用 教学时数：1学时

第一节 光纤通信系统中的激光器和光放大器 第二节 激光全息三维显示 第三节 激光存储技术 第四节 激光扫描和激光打印机

考核要求：

本章内容仅要求了解，不作考试要求。

第十章 激光在科学技术前沿问题中的应用

教学要点：

通过本章的教学使学生： 1 了解激光在受控核聚变中的应用。2 了解激光冷却技术。了解激光操纵微粒的方法和原理。4 了解激光诱导化学反应的原理。5 了解激光在光谱技术中的应用。教学时数：1学时 第一节 激光核聚变 第二节 激光冷却 第三节 激光操纵微粒 第四节 激光诱导化学过程 第五节 激光光谱学

考核要求：

本章内容仅要求了解，不作考试要求。

三、推荐教材和参考书目

1、《激光原理及应用》，陈家璧主编，电子工业出版社，2004

2、《激光原理》，周炳琨、高以智等编，第五版，国防工业出版社，2004

3、《固体激光工程》，（美）W.克希耐尔著，孙文等译，科学出版社，2003

4、《激光技术》，蓝信钜，科学出版社，2000

5、《激光工程》，（日）中井贞雄著，熊缨译，科学出版社，2002

6、《激光物理》，钱梅珍等著，第二版，电子工业出版社，2001

7、《Laser Physics》，M.Sargent III，M.O.Scully, W.E.Lamb, Addison-Wesley, NY, 1987

第五篇：《地球物理学原理》课程简介

《地球物理学原理》课程简介

课程编号:14120

课程名称： 地球物理学原理

英文名称： Principles of Applied Geophysics

学时：100学分：5

课程简介：

《地球物理学原理》是地球物理和应用地球物理专业的主干专业课程，也是新调整后的地矿类工科本科专业的主要专业基础课之一。

《地球物理学原理》是应用地球物理专业的新课程体系－“应用地球物理学原理”、“应用地球物理的数据采集与处理”、“地球物理反演的基本理论及应用方法”和“地球物理方法的综合应用与解释”4本专业系列课程的第1门课程，是整个专业系列课程的基础。

《地球物理学原理》课程是应用地球物理专业的必修专业课程之一。它的主要任务和目的是从应用地球物理学科的整体角度上，系统地向学生传授应用地球物理的基础知识、基本原理和基本方法，使学生能完整和系统地掌握应用地球物理的专业基础知识，具有专业基础扎实，知识面较宽，适应性较强，为后续的专业课程的学习及以后的工作打好良好的专业基础。

本课程共九章，由四个部分组成：

1）应用地球物理方法的物质基础，重点为物性参数及影响因素；

2）地球物理场的基本特征，重点为地球物理正常场特征的叙述；

3）应用地球物理常用的正演方法，主要为数值模拟方法和物理模拟方法；

4）常用应用地球物理方法的基本原理，主要包括重力、磁法、电法、地震、放射性、地热和测井等方法的基本原理。

本课程的先导课程为数学、物理、场论、计算方法和地质基础课，后续课为“应用地球物理的数据采集与处理”、“地球物理反演的基本理论及应用方法”和“地球物理方法的综合应用与解释”。

授课对象：地球物理专业、工科勘察技术专业的本科生

教材：张胜业、潘玉玲主编，应用地球物理学原理，中国地质大学出版社，2004 参考书：

1．罗孝宽、郭绍雍，应用地球物理教程——重力磁法，地质出版社，1991

2．傅良魁，应用地球物理教程——电法放射性 地热，地质出版社，1991

3．何樵登、熊维纲，应用地球物理教程——地震，地质出版社，1991

4．周远田，地球物理测井教程，中国地质大学出版社，1999

主讲教师：张胜业、徐义贤、张玉芬、顾汉明、潘和平等

开课教师所在的院系：地空学院地球物理系