等离子体、激光与电子束教学大纲
电子束焊和激光焊 教案
第一单元电子束焊(EBW)一、教学目的和要求概括了解电子束焊的概念、原理、优缺点及发展情况。
二、教学学时安排4学时三、教学方法多媒体教学、讲授法、模拟演示法、案例分析法四、教学重点原理、优缺点。
五、教学内容知识模块一电子束焊概述电子束焊（Electronic Beam Welding，EBW）是指在真空或非真空环境中，利用汇聚的高速电子流轰击焊件接缝处所产生的热能，使被焊金属熔合的一种焊接方法。
1948年德国科学家发现电子束可以用来加工材料，1951年对红宝石打孔和图案刻蚀；1954年法国科学家探索了真空电子束法（焊接活泼金属），1958年第一台工业用电子束焊机出售给美国西屋公司。
几十年来，电子束焊创造了巨大的经济及社会效益。
应用领域:航空与航天：飞行器构件；喷气发动机构件。
动力与原子能：压力容器；气轮机喷管隔板；核反应堆的芯子与真空容器。
电子与医疗：继电器壳体；压力传感器；心脏起搏器壳体。
电机与仪表：电机定子、转子的叠片；膜盒。
汽车工业：变速齿轮；同步器与齿轮；点火分配器；短轴与车轴；后桥。
其他方面：双金属锯条、热敏元件、冷却器、轴承环、滚刀。
能力知识点1电子束焊接的基本原理能力知识点2 电子束焊的特点及分类一、电子束焊的特点1、优点功率密度高：Pmax=100kW, Pd= 106～108w/cm2焊缝深宽比大：60:1, t=0.1～300mm焊接速度快: HAZ小，变形小；焊缝组织性能好焊缝纯度高：真空适用性强：参数可调范围大，可以实现复杂接缝的自动焊接；焊接难以接近部位的焊缝。
可焊材料多：金属、非金属等再现性好：易于实现机械化、自动化控制，提高了产品质量的稳定性。
可简化加工工艺：可将复杂的或大型整体结构件分为易于加工、简单或小型部件，用电子束焊将其焊接为一个整体，减少加工难度，节省材料，简化工艺。
2．电子束焊的缺点（1）设备复杂，一次性投资大，费用较昂贵；（2）电子束焊要求接头位置准确，间隙小而且均匀，焊前对接头加工、装配要求严格；（3）真空电子束焊接时，被焊工件尺寸和形状常常受到工作室的限制；（4）电子束易受杂散电磁场的干扰，影响焊接质量；（5）电子束焊接时产生X射线，需要操作人员严加防护。
等离子激发实验技术使用教程
等离子激发实验技术使用教程一、引言等离子激发实验技术是一种在物理、化学、材料科学等领域广泛应用的实验技术。
本文将介绍等离子激发实验技术的基本原理，并提供使用教程，帮助读者了解和掌握这一实验技术。
二、等离子激发实验技术的基本原理1.等离子体的概念等离子体是一种由等量的正离子和负离子组成的物质。
在物质被加热至高温或电场作用下，原子或分子会失去或获得电子，形成带电粒子，从而形成等离子体。
2.等离子激发技术的原理等离子激发技术是通过给物质施加能量，使其成为等离子体，并通过激发等离子体中的原子或分子的能级跃迁，进行物质性质的研究。
激发等离子体有多种方法，包括电子束激发、激光激发和等离子体束激发等。
三、等离子激发实验技术的实施步骤1.实验前准备在进行等离子激发实验之前，需要准备实验所需的物质样品和实验设备。
样品的选择应根据需要研究的性质而定，例如，若想研究材料的光谱特性，则需选择适合的样品。
2.实验装置搭建根据不同的实验目的，搭建相应的实验装置。
一般来说，等离子体激发实验需要一个电离源、一个加速器和一个激发源。
电离源用于产生等离子体，加速器用于加速等离子体，激发源用于激发等离子体中的原子或分子。
3.实验操作将样品放入实验装置，调整仪器参数，使样品适应实验条件。
然后，施加适当的能量激发样品中的等离子体，观察并记录等离子体激发后的变化。
实验过程中需要注意安全事项，遵循实验室的操作规范和安全措施。
4.数据分析实验完成后，对实验数据进行分析。
根据所记录的等离子体激发后的变化，可以研究样品的结构、光谱特性等。
对实验数据的分析需要使用适当的分析工具和方法，如光谱仪、质谱仪等。
四、等离子激发实验技术的应用领域等离子激发实验技术在多个领域有广泛的应用。
以下列举几个主要领域：1.材料科学：等离子激发实验技术可用于研究材料的结构和光学性质，有助于开发新型材料和改善材料性能。
2.化学：等离子激发实验技术可用于研究分子反应机理、催化剂性能等，为化学合成和反应动力学提供实验依据。
等离子体物理 教学大纲
等离子体物理一、课程说明课程编号：140322Z10课程名称（中/英文）：等离子体物理/Physics of Plasmas课程类别：学科基础课学时/学分：32/2先修课程：激光原理、光学、原子物理学适用专业：物理科学班教材、教学参考书：[1] 金尚宪、贺贤土等编著等离子体物理2007[2] 张家泰等编著，激光等离子体相互作用物理与模拟，1999二、课程设置的目的意义本课程为物理专业本科生的必修学位课，是物理学、电子技术和材料科学等多门学科相结合的交叉性学科。
本课程讲授单粒子轨道理论，动力论方程，等离子体中的波，等离子体微观不稳定性，输运理论，等离子体中的涨落和辐射等。
使研究生掌握等离子体领域的基本原理与基本理论，并应用于其研究工作中。
介绍其基本原理及等离子体相关的测量与诊断方法。
通过本课程的教学, 使学生对从事光学，光电子学，原子与分子物理，等离子体物理等领域有关专业研究的理论概念略有理解，使学生能够理解光学领域，等离子体物理领域的基本现象和问题，提高分析问题和解决问题的能力。
三、课程的基本要求本课程的目的，是让本专业的学生了解等离子体的基本原理和方法，能够用所学的测量方法应用到以后的测量过程之中，体会到等离子体领域光学测量技术原理的特点和性能，为以后工作和进一步学习打下理论基础。
通过学习，会对等离子体输运理论进行数据分析，会用等离子体基本理论分析等离子体过程中的数值模拟问题，解决光学领域的光谱学的谱线线型、光谱强度、高能密度物理和非线性效应现象。
四、教学内容、重点难点及教学设计注：实践包括实验、上机等五、实践教学内容和基本要求无实践实验、上机等基本要求。
六、考核方式及成绩评定本课程的考核分为平时考核（40%）和期终考核（60%）两部分。
前者主要为平时成绩，包括考勤、作业、讨论发言、小论文等；后者为期末命题考试。
两七、大纲主撰人：大纲审核人：。
第2章 光子电子离子等离子体
第二章 光子、电子、离子和等离子体光子、电子和离子束和等离子体是现代微细与纳米加工最重要的手段。
在美国召开的、最重要的关于微细与纳米加工技术的国际会议:International Conference on Electron, Ion & Photon Beams & nano fabrications 。
2.1 光波与光子（Photon ）现代物理概念, 光具有二象性：微粒与波。
微粒：光子。
基本特点是离散即量子化效应。
光的微粒性典型体现在光电效应、康普顿效应和光子与正负电子转化现象上；黑体辐射要用微粒概念才能解释。
波：电磁波，矢量波场。
基本特点包括其弥散性存在形态、其时间和空间的周期性。
波动性的典型体现是干涉和衍射现象。
微粒特征与波动特征之间的联系：光子能量 νh h E ==光子动量 λ/h hk p ==光子能量越高，光波波长越短，微粒及量子性越明显；反之依然，光子能量越低，光波波长越长，波动性越明显。
电磁波谱：频率、波长、光量子能量、温度。
光量子能量与频率、波长，以及温度与黑体热辐射最可几波长关系：K m T c h E m ⋅×===−310896.2,,λλνν无线电波：几百米波（中波），几十米波，几米波（短波）微波：分米波，厘米波，毫米波T 赫兹波：亚毫米波；某些驰豫过程红外线：微米波；分子作用，振动能级，转动能级（可见）光：亚微米波；能量 eV ；最外层（价）电子作用紫外线：亚微米－纳米波；能量 几十－几百eVX 射线：纳米－亚纳米－亚埃波；能量0.几-几十keV ；内层电子作用 Γ射线：能量MeV 及以上；原子核及基本粒子过程2.2光源及其相干性光源有多种：例：白炽灯、卤钨灯－热辐射光源；钠灯、水银灯、Xe灯－气体放电光源；日光灯－气体放电＋荧光光源；激光器－受激辐射光源。
特征：亮度、波长（颜色），相干性。
微细加工技术中光源的用途：曝光光刻系统光源；激光诱导化学汽相淀积和外延；激光蚀刻；激光退火和热处理；激光机械加工——钻孔、切割和焊接。
《特种加工技术》教学大纲-42
《特种加工技术》课程教学大纲一、课程的基本信息课程编号：01202602 课程性质：专业课学时： 40 学分：3开课单位：光电与机械工程系适用专业：模具制造专业先修课程：机械制图、机械工程材料二、课程目的与任务本课程是高等工业院校机制的重要专业技术课程，主要介绍电火花加工、电火花线切割加工、电化学加工、激光加工、电子束和离子束加工以及超声加工等特种加工方法的基本理论、基本设备、工艺规律、主要特点和适用范围。
并加入了综合实验环节，使学生在掌握特种加工技术理论内涵的同时，通过综合实验来加强相关的理论知识。
三、课程教学的基本要求（一）系统地学习特种加工的基本理论知识，并具备一定的动手实践能力。
（二）熟练掌握：电火花成型加工和线切割加工的基本原理，机床结构，工艺规准、编程方法等内容。
（三）基本掌握：电化学加工、超声加工和激光加工的基本原理、基本设备、工艺规律、特点和应用（四）了解电子束和离子束加工及其他的特种加工方法。
四、教学内容及学时分配五、课程教学基本内容第一章概论基本内容：1、特种加工技术的产生及发展。
2、特种加工方法与分类。
3、特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响基本要求：1、了解特种加工方法与分类。
重点与难点：重点：特种加工的定义；难点：特种加工对材料可加工性和结构工艺性等的影响第二章电火花加工基本内容：1、电火花加工的基本原理及其分类；2、电火花加工的机理；3、电火花加工中的一些基本规律4、电火花加工用脉冲电源；5、电火花加工的自动进给调节系统6、电火花加工机床7、电火花穿孔成型加工8、其它电火花加工。
基本要求：1、了解特种加工方法与分类。
重点与难点：重点：电火花加工的基本原理及其分类难点：电火花加工中的一些基本规律第三章电火花线切割加工基本内容：1、电火花线切割加工原理、特点及其应用范围；2、电火花线切割加工设备；3、电火花线切割控制系统和编程技术；4、影响线切割工艺指标的因素；5、线切割加工工艺及应用。
先进制造技术——三束加工—激光束、电子束、离子束
2．特点及应用
离子束加工有如下特点：
(1) 离子束加工是目前特种加工中最精密、最微细的加工。离子刻蚀可达纳 米级精度，离子镀膜可控制在亚微米级精度，离子注入的深度和浓度亦可精 确地控制。
(2) 离子束加工在高真空中进行，污染少，特别适宜于对易氧化的金属、合 金和半导体材料进行加工。 (3) 离子束加工是靠离子轰击材料表面的原子来实现的，是一种微观作用， 所以加工应力和变形极小，适宜于对各种材料和低刚件零件进行加工。
4.束流控制方便，易实现加工过程自动化。
二、激光束加工
激光：源自在经过激励后由高能级院子跃迁到低能级而发射 的光子所产生的物理现象。
激光产生的原理：原子经过激励而发生跃迁现象。 激光加工:激光加工就是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点 上达到很高的能量密度产生的光热效应来加工各种材料。
加工原理
1）高速打孔 目前电子束打孔的最小直径可达Ø0.003mm左右。例如喷气发动机 套上的冷却孔，机翼的吸附屏的孔。在人造革、塑料上用电子束打大量微孔， 可使其具有如真皮革那样的透气性。电子束打孔还能加工小深孔，如在叶片 上打深度5mm、直径Ø0.4mm的孔，孔的深径比大于10：1。
2）加工型孔及特殊表面
激光加工的应用
激光加工是激光系统最常用的应用。根据激光束与材料相互作用的机理，大 体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。激光热加工是指利 用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程，包括激光焊接、激 光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等；光化学反应加工是指 激光束照射到物体，借助高密度高能光子引发或控制光化学反应的加工过程。 包括光化学沉积、立体光刻、激光刻蚀等。
0.03～ 0.07 mm
《表面等离子体光学》课程教学大纲
《表面等离子体光学》课程教学大纲《表面等离子体光学》课程教学大纲一、中文课程简介（含课程名、课程编号、学分、总学时、课程内容概要等内容））表面等离子体光学是微纳光学领域的热门研究课题，主要关注微米到纳米尺度下金属结构的光学现象。
一方面，当材料尺寸达到微米或纳米量级时就会出现许多宏观尺度下所不具有的奇特光学性质。
另一方面，在信息科技快速发展的今天，对光学系统体积的高要求使得光学器件不断趋于微型化和集成化。
应用金属微纳结构的表面等离子体光学性质可以制造出许多具有独特功能的光学器件。
通过《表面等离子体光学》课程的学习（课程编号：，学时：32，学分：2），让学生了解并掌握表面等离子体光学的基本概念、基本原理、基本方法和实验技能，对凝聚态物理、原子分子物理、光学工程等方向的研究生培养非常重要。
二、英文课程简介（含课程名、课程编号、学分、总学时、课程内容概要等内容））Plasmonics has currently attracted great attention in the field of micro/nano optics, mainly focusing on the optical phenomena of metal structures in the micron to nanometer scale. On the one hand, when the size of the material reaches the scale of micron or nanometer, there will bemany unique optical properties that do not exist at the macro scale. On the other hand, with the rapid development of information technology, the high requirements on the size of optical systems make optical devices tend to be miniaturized and integrated. Many optical devices with special functions can be fabricated by using plasmonic properties of metal micro/nano structures. Through learning the course “Plasmonic" (Course number:, Course hours: 32, Course credit:2) , students can understand and master the basic concepts, principles, methods and experimental skills of surface plasmonics, which is very important for graduate training in condensed matter physics, atomic and molecular physics, optical engineering and other directions.三、教学目标（1）通过表面等离子体光学课程的教学，为学生进一步从事等离激元微纳光学方向的研究打下坚实的物理基础；（2）在教学过程中，注重培养学生科学思维和分析解决问题的能力，以及学生的探索精神与创新意识；（3）在教学过程中，注重引入课程思政，帮助学生树立科学的世界观、热爱祖国，培养具有良好的道德品质和学术修养，身心健康的研究生。
《纳米材料与器件》课程教学大纲三号黑体
《纳米材料与器件》课程教学大纲（三号黑体）一、课程基本信息（四号黑体）二、课程目标（四号黑体）（一）总体目标：（小四号黑体）本课程是为材料化学专业和全校非材料类专业学生开设的一门专业选修课程。
通过课程的开设，使学生在了解纳米技术在工程实践中最新发展趋势的基础上，全面学习纳米材料的基本概念与性质，重点掌握纳米材料的制备技术，熟悉纳米材料的性能表征手段，逐步建立起纳米材料的结构、性能、制备、表征、应用这一系统的知识体系，最终使学生具有能够根据实践需求完成对纳米材料设计的能力，为从事这方面的学习与工作奠定坚实的基础。
（二）课程目标：（小四号黑体）《纳米材料与器件》课程系统建立纳米材料的结构、性能、制备、表征、应用这一系统的知识体系。
本课程目标如下：课程目标1：纳米纳米材料的基本概念与性质，课程目标2：纳米材料的制备方法；课程目标3：纳米材料的表征方法；课程目标4：纳米材料工程实践中的应用。
课程目标L通过绪论2学时的学习，使学生了解材料发展的历史，全面掌握纳米材料的定义、纳米效应，加深了解材料尺寸对材料性能的影响，从构效关系的角度思考材料性能改善的特定路径。
课程目标2：在已有学习常规材料制备方法的基础上，深入理解纳米材料制备过程控制的核心问题,把握纳米材料的团聚的分类、成因、前提、解决方法，深入体会不同制备方法的原理，学会用过程分析的理念去认知材料的制备过程。
课程目标3：结构决定性能，借助仪器分析，表征纳米材料组成、尺寸、形貌、一致性、缺陷等特征结构，结合性能评估深入理解材料的构效关系。
课程目标4：《纳米材料与器件》是材料类工科选修课，理论学习的目标是工程实践。
因此，本课程作为教学的重要环节，重点突出纳米材料在能源、环保、日常生活中的重要应用，将纳米材料的制备、表征、应用贯穿于工程实践当中，学以致用，激发学生的工程实践探索兴趣。
（要求参照《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》，对应各类专业认证标准，注意对毕业要求支撑程度强弱的描述，与“课程目标对毕业要求的支撑关系表一致）（五号宋体）（三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系（小四号黑体）（大类基础课程、专业教学课程及开放选修课程按照本科教学手册中各专业拟定的毕业要求填写“对应毕业要求”栏。
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一、课程基本情况
课程编号
00320032
开课单位
工程物理系
课程名称
中文名称
等离子体，激光与电子束
英文名称
Plasma, Laser and E-beam
教学目的与重点
教学目的是给高年级本科生讲授有关等离子体物理激光原理和电子束相关的基础知识，并介绍它们的应用和当代科研热点问题。课程形式以讲授和讨论相结合为主，提高学生应用基础知识和分析问题的能力，提高学生做科研报告的能力，并了解物理基础的重要性。
课程主要教学内容包括以下几点：
(1)等离子体物理
①自然界以及生活中的等离子体现象
②等离子体基本物理参量
③原子物理与分子物理
④等离子体产生机制
⑤等离子体应用
(2)等离子体诊断
①等离子体基本物理参量的测量方法
②探针诊断
③光谱诊断以及光谱仪工作原理
(3)激光原理
①氦氖激光器的工作原理
②原子发光机理及他们在等离子体诊断中的应用
该课程以讨论国内外相关领域前沿进展为主线，采用深入浅出的方式讲述相关物理基本概念和基本实验手段。涉及的前沿科研领域非常广泛，包括等离子体在纳米材料领域的应用等离子体与激光相互作用、激光与电子束相互作用、生物材料的等离子体改性等。同时还会根据课程进度情况来灵活安排其他内容。
三、课程主要教学内容（可列多级标题，如设有实验，还须注明各实验名称、实验目的及实验内容）
课程负责人
蒲以康唐传祥
课程类型
□文化素质课□公共基础课□学科基础课
□专业基础课□专业课■其它
教学方式
□讲授为主□实验/实践为主■专题讨论为主
□案例教学为主□自学为主□其它
授课语言
■中文□中文＋英文（英文授课>50%）
□英文□其他外语
学分学时
学分
2
总学时
32
考核方式及成绩评定标准
考核要求：
1、学术报告60%
2、课上讨论参与程度40%
教材及主要参考书
中文Байду номын сангаас
外文
教材
等离子体电子工程学
Introduction to Plasma Physics
主要参考书
等离子体放电与材料处理原理
先修要求、适用院系及专业
大学物理（包括电磁学、量子物理与原子物理基础）
物理系、材料系、电子系、工物系、电机系、航院、环境系
二、课程内容简介（200－400字，双语教学课程须同时提供中英文内容简介）
在介绍等离子体基本概念与气体放电原理的基础上，进一步讲解描述等离子体放电状态的基本物理参量以及它们的变化规律。介绍当前主要的等离子体诊断手段及基本原理。
简要介绍气体激光器原理，以及等离子体诊断方法中最常用的光谱诊断技术，包括真空紫外、紫外、可见和红外光谱检测技术。
电子束部分主要介绍产生电子束的基本手段、电子束特性的基本测量方法和自由电子激光的基本原理。
(4)电子束
①电子束的产生方法
②电子束特性的基本测量方法
③自由电子激光的基本原理
教学环节的安排：
课堂讲授占30%
科研热点问题讨论40%
学生作报告20%
课堂实验演示和实验室参观10%