高二物理选修3-4-13.8-激光

物体发光的微观机理物质中的原子受到激发以后，原子能量增加，处于不稳定状态，要向低能态跃迁。在向低能态跃迁的过程中，会发出光。普通光源（白炽灯、日光灯、高压水银灯）的发光过程为自发辐射。各原子自发辐射发出的光彼此独立，频率、振动方向、相位不一定相同——为非相干光。2E1E发光前h发光后一、激光及其产生1、概念：激光准确内涵是“辐射的受激发射的光放大”。2、产生机理：原子受激辐射后发生跃迁某些物质的原子中的粒子受光或电刺激，使低能级的原子变成高能级原子，在向低能态跃迁时辐射出相位、频率、方向等完全相同的光，这种光叫作激光。激光的发展史•1958年，贝尔实验室的汤斯和肖洛发表了关于激光器的经典论文，奠定了激光发展的基础。•1960年，美国加利福尼亚州休斯航空公司实验室的研究员梅曼发明了世界上第一台红宝石激光器。•1965年，第一台可产生大功率激光的器件--二氧化碳激光器诞生。•1967年，第一台Ｘ射线激光器研制成功。激光器二、激光的特性1、相干性好（单色性好）频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的光是相干光。激光的频率单一，单色性比普通光高1010倍。全息照相全息照相、全息存储就利用了相干性好的特点。二、激光的特性2、平行度好(方向性好)激光束的发散角很小，接近衍射的极限.激光定位、导向、测距等就利用了方向性好的特点。激光可以会聚到很小的一点，用于光盘的信息记录和读取。二、激光的特性3、亮度高（光强大）亮度是光源在单位面积上，向某一方向的单位立体角内发射的功率。激光的输出功率虽然有限，但由于其光束细，功率密度特别大，因而其亮度也特别大。把分散在180°范围内的光集中到0.18°范围，亮度提高100万倍.激光能量在时间和空间上高度集中，能在极小区域产生几百万度的高温。激光加工、激光手术、激光武器等就利用了高亮度的特点。激光打孔激光切割三、激光全息技术：普通照相技术记录的是光的强弱(振幅)及光的颜色(频率)。而全息照相术，是记录波动(包括机械波、电磁波和光波)干扰的振幅和位相分布，以及使之再现的专门技术。它广泛地用作三维光学的成像，也可用于声波(声全息)和射频波。“全息”意思是全部的信息，即不仅是振幅信息，还包含位相信息在内.60年代出现激光强相干光源，使全息术得到迅速发展，成为现代光学中活跃的分支.1969年本顿（Benton）发明了彩虹全息术，掀起以白光显示为特征的全息三维显示新高潮。这种全息术除了能在普通白炽灯下观察到明亮的立体像外，还具有全息图处理工艺简单、易于复制等优点。形成了目前风靡世界的全息印刷产业，产生了全息信用卡、全息商标、全息钞票、全息卡通、全息装饰材料、甚至全息服装等保安防伪及装璜装饰的全息图新应用。参考光照相底片反射光物光物同一激光束被分成两束，参考光直接照到底片上，物光也到达底片。参考光和物光在底片上各处相遇时将发生干涉，底片上记录两束光叠加后明暗相间的干涉图像。全息照相拍摄原理：照明光全息照片人眼用激光照射全息照片，在照片的另一侧可观看原物体的立体的像。全息照片的观看：英女王的全息照片神奇的全息照片！应用：广告字牌、展板、建筑模型、工艺品等。四、激光在各个领域的应用1、加工领域：1）数控激光切割雕刻机激光切割上料、焊接、自动旋转边、下料全自动完成2）激光焊接机激光焊接汽车3）激光打标机采用计算机控制激光做加工手段，在机械零部件、电子元器件、仪器、工具等表面制作文字、图案等。2、医疗领域1）医疗诊断激光治疗包括：辐照、烧灼、汽化、光刀切割以及光针针灸等。激光洗文身激光洗眉2）激光美容激光能量在极短时间内释放出来，形成能量密度很高的脉冲，产生局部冲击波，将人体的某些组织击碎，实现美容的效果。医学上称为选择性破坏激光眼科手术反导激光武器激光制导3、军事领域1）激光制导武器2）激光武器魟鱼(Stingray)系统美国洛克希德·桑德斯公司开发的AN/PLQ--5激光对抗装置。也是一种致盲兼软杀伤武器高能激光武器（强激光武器、激光炮）利用高功能激光摧毁敌方卫星、导弹、飞机、坦克等大型目标的武器。（现仍在研制阶段）历史与现状：1973年春，美军用激光炮一举击落长4.57m时速482.8Km的飞行靶机;1976年以用激光炮击落两架飞行于900m高空的高空无人架驶飞机;1978年美国陆军用激光炮在1--2Km内击落正在高速飞行的“陶式”反坦克导弹弹头裂成碎片;前苏联更超前于美国,曾先后进行过十八次反卫星实验,1975年曾照瞎了美国位于印度洋上空一预警、通信卫星，美提出强烈抗议，苏联说没有这回事，美只好吃了一哑吧亏。90年代举世瞩目的“星球大战计划”中的定向能武器就是一种高能激光武器，现转称为“美国国家导弹防御计划”，仍在大力研究美国化学激光器功率已达到2.2兆瓦3）激光测距与激光雷达4、生活领域1）激光条码机2）光盘基于定向激光束扫描记录和扫描检测的原理，可将1小时甚至几小时的视频内容记录到盘上，然后借助激光检测设备，将光盘内容显示出来。激光光纤通信50m100m外套内芯光导纤维光缆光放大器光缆传导原理：全反射知识小结：一、激光的产生——二、激光的特性1、高相干性——2、高单向性——3、高亮度——频率单一、相位恒定平行度好能量在很小空间，很短时间内集中受激辐射特点作用应用实例相干光可进行调制、传递信息光纤通信平行度非常好传播很远距离能保持一定强度，可精确测距测速激光雷达可会聚于很小的一点，记录信息密度高DVD、CD、VCD机，计算机光驱亮度高可在很小空间短时间内集中很大能量激光切割、焊接、打孔、医疗手术产生高压引起核聚变人工控制聚变反应2、激光的三个主要特性是：______________________，__________，_________。平行性好（方向性好）相干性好（单色性好）亮度高（光强大）1、受激辐射时，辐射光和照射光具有完全相同的特性，这些特性是指：。相位，频率，偏振态，传播方向课堂小练：3、原子可以通过自发辐射和受激辐射的方式发光，它们所发出的光的特点是（）A、前者是相干光，后者是非相干光。B、前者是非相干光，后者是相干光。C、都是相干光。D、都是非相干光。B4、激光全息照相技术主要是利用激光的哪种特性（）A、亮度高B、方向性好C、相干性好D、抗电磁干扰能力强C