2024-10-16
各学院(部)：
为更好开展新工科毕设项目，提升项目质量和水平，“激光横模本科实验教学系统2.0开发”新工科毕业设计项目现面向全校教师和毕业班学生进行招募。现将有关事项通知如下。
一、项目背景、目的及意义
2年前在新工科毕设支持下我们开发了基于腔内球差选模产生拉盖尔高斯模式的“激光横模本科实验教学系统”，配合正在进行的精仪学院电科专业本科实验课程改革，将课题组的前沿科研成果移植到了本科教学实践中；该系统1.0版本已在电科和光科专业综合实验课程中使用2年，服务学生超过200余人；根据实际使用过程中的体验和反馈，对系统进行改进升级，开发基于像散产生厄米-高斯模式的“激光横模本科实验教学系统2.0”，一方面通过毕设锻炼学生激光工程应用的能力，另一方面服务后续的专业实验教学活动。
二、项目已具备的条件
依托精仪学院电科专业的课程和本科实验教学改革工作，前期开发的综合实验系统1.0已在激光专业核心实验课程中应用2年，积累了大量实际经验和反馈，本次升级迭代2.0系统在教学目标和系统设计以及毕设活动任务定位和分解方面更具针对性。课题组实验室在此方面的实验研究结果已发表在高水平学术期刊，验证了方法可行性，光学元器件的选型和获得性不存在问题，成本可控。实验室对于电驱和结构设计也具有一定经验，结合多专业协同工作，能够综合锻炼学生的光机电算知识的综合运用能力，产出面向实践教学需求的系统。
三、项目期限与目标
本期项目期限：2024年11月-2025年6月。
本期项目目标：锻炼学生激光技术、工程光学、电路、热分析、机械设计加工等方面专业知识综合运用能力，在实验系统和教学设计中综合教师和学生的思维；到2025年6月，完成系统的设计和搭建，实现易调试、易维护、多功能、静音、紧凑、经济的实验教学系统，并交付本科教学实验室，具备系统的激光教学功能，能够演示包括但不限于如下内容的关键知识点：
1. 激光谐振腔的稳定性对激光输出特性的影响；
2. 高阶厄米-高斯模式的单横模输出以及高阶模式和基横模的切换；
3. 单模激光和多模激光的传输特性；
4. 光学元件像差对激光模式的影响；
5. 高斯光束的聚焦和准直；
6. 热效应对激光器的影响。
四、项目主要方向及任务
项目拟设3个研究方向，每个方向设2个研究任务共6个研究任务。每个研究方向拟设1-2名指导教师岗位。每个研究任务拟安排1-2名学生。研究方向和任务设置如下：
方向1：激光器设计和光学设计，高阶厄米-高斯模式激光器的光路结构并实际验证，对应精仪学院“光机电算”学生培养目标中的“光”和“算”。
任务1.1 激光器的理论设计分析
目标：运用腔模理论和像差理论分析谐振腔参数结构对激光器模式的影响，通过衍射积分迭代等算法分析谐振腔的本征模式和损耗，确定激光器参数；
任务1.2 激光器的实验实现
目标：实验验证理论模型，实现高阶厄米-高斯模式激光输出以及高阶模和基模的切换功能，掌握激光器工作特点，为结构设计提供参考。
方向2：激光驱动电路和热管理设计实现，设计实现激光泵浦源驱动控制系统和热管理系统，对应“电”和“算”。
任务2.1 激光泵浦源电驱动
目标：考虑半导体激光器泵浦源的供电需求，设计开发DC驱动板，实现低纹波、高稳定性、体积紧凑的激光二极管驱动电源实物。
任务2.2 激光器热管理和温控系统
目标：分析激光器的热负载分布和散热要求，设计无水冷主动热管理方式，设计实现温度感知和精确控制系统。
方向3：系统功能和结构设计实现，设计实现适合本科教学实验应用特点的系统实物，对应“光”和“机”。
任务3.1 系统特色功能设计
目标：考虑本科实验教学目标和特点，充分结合学生自身的学习经验体会，合理设计系统的自由度。
任务3.2 系统结构设计实现
目标：根据系统组成和自由度的设计要求，合理设计系统结构，实现易调试、易维护、多功能、静音、紧凑、经济的实验教学系统，完成装配，交付实验室。
五、招募要求：
拟招募选题学生的专业：精仪学院、理学院。
六、报名及联系方式：
相关课题细节以及其他未尽事宜请咨询项目组联系人：盛泉：shengquan@tju.edu.cn
欢迎各位同学踊跃报名，期待你的加入！
新工科毕设工作组
2024年10月16日