《高二物理选修3-4-13.8-激光-LI》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高二物理选修3-4-13.8-激光-LI（33页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、13 8 激光 第十三章第十三章 光光 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 发光前 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 激光的发展史激光的发展史
2、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 射线激光器研制成功 激光器激光器 二 激光的特性二 激光的特性 1 1 相干性好 单色性好 相干性好 单色性好 频率相同 相位差恒定频率相同 相位差恒定 偏振方向一致的光是 偏振方向一致的光是相干相干 光光 激光激光的频率单一 单色的频率单一 单色 性比普通光性比普通光高高101010 10倍 倍 全息照相全息照相 全息照相 全息存储
3、全息照相 全息存储就利用了相干性好的特点 就利用了相干性好的特点 二 激光的特性二 激光的特性 2 2 平行度好 平行度好 方向性好方向性好 激光束的发散角很小激光束的发散角很小 接近衍射的极限 接近衍射的极限 激光定位 导向 测激光定位 导向 测 距等就利用了方向性好的距等就利用了方向性好的 特点 特点 激光可以会聚到很小激光可以会聚到很小 的一点 用于光盘的信息的一点 用于光盘的信息 记录和读取 记录和读取 二 激光的特性二 激光的特性 3 3 亮度高 光强大 亮度高 光强大 亮度亮度是光源在单位面积上 向某一方向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 的单位立体角内发射
4、的功率 激光的输出功率虽激光的输出功率虽 然有限 但由于其光束然有限 但由于其光束 细 功率密度特别大 细 功率密度特别大 因而其亮度也特别大 因而其亮度也特别大 把分散在把分散在180 180 范围范围 内的光集中到内的光集中到0 18 0 18 范围范围 亮度提高 亮度提高100100万倍万倍 激光能量在时间和空间上高度集中 能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 在极小区域产生几百万度的高温 激光加工 激光手术 激光武器等就利激光加工 激光手术 激光武器等就利 用了高亮度的特点 用了高亮度的特点 激光打孔激光打孔激光切割激光切割 三 激光全息技术 三 激光全息
5、技术 普通照相技术记录的是光的普通照相技术记录的是光的强弱强弱 振幅振幅 及及 光的光的颜色颜色 频率频率 而全息照相术 是记录波动而全息照相术 是记录波动 包括机械波包括机械波 电磁波和光波 电磁波和光波 干扰的干扰的振幅和位相振幅和位相分布 以分布 以 及使之再现的专门技术 它广泛地用作三维及使之再现的专门技术 它广泛地用作三维 光学的成像 也可用于声波光学的成像 也可用于声波 声全息声全息 和射频波和射频波 全息全息 意思是全部的信息 即不仅是振幅意思是全部的信息 即不仅是振幅 信息 还包含位相信息在内信息 还包含位相信息在内 60 60年代出现年代出现激光激光强相干光源强相干光源 使全
6、息术 使全息术 得到迅速发展 成为现代光学中活跃的分支得到迅速发展 成为现代光学中活跃的分支 1969 1969年本顿 年本顿 BentonBenton 发明了 发明了彩虹全息彩虹全息 术术 掀起以白光显示为特征的全息三维显示 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 形成了目前风工艺简单 易于复制等优点 形成了目前风 靡世界的靡世界的全息印刷产业全息印刷产业 产生了全息信用卡 产生了全息信用卡 全息商标 全息钞票 全息
7、卡通 全息装 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 饰的全息图新应用 参考光参考光 照相照相 底片底片 反射光反射光 物光物光 物物 同一激光束被同一激光束被分成两束分成两束 参考光直接照到 参考光直接照到 底片上 物光也到达底片 底片上 物光也到达底片 参考光参考光和和物光物光在底在底 片上各处相遇时将片上各处相遇时将发生干涉发生干涉 底片上记录两束 底片上记录两束 光叠加后明暗相间的干涉图像 光叠加后明暗相间的干涉图像 全息照相全息照相拍摄原理 拍摄原理 照明光照明光 全息全息 照片照片 人眼人
8、眼 用激光照射全息照片 在照片的用激光照射全息照片 在照片的另一侧另一侧 可观看原物体的可观看原物体的立体的像立体的像 全息照片全息照片的观看 的观看 英女王的全息照片英女王的全息照片 神奇的全息照片 神奇的全息照片 应用 应用 广告字牌 展板广告字牌 展板 建筑模型 工艺品等 建筑模型 工艺品等 四 激光在各个领域的应用四 激光在各个领域的应用 1 1 加工领域 加工领域 1 1 数控激光切割雕刻机 数控激光切割雕刻机 激光切割激光切割 上料 焊接 自动旋转上料 焊接 自动旋转 边 下料全自动完成边 下料全自动完成 2 2 激光焊接机 激光焊接机 激光焊接汽车激光焊接汽车 3 3 激光打标机
9、 激光打标机 采用计算机控制激光做加工手段 在机械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 工具等表面制作零部件 电子元器件 仪器 工具等表面制作 文字 图案等 文字 图案等 2 2 医疗领域 医疗领域 1 1 医疗诊断 医疗诊断 激光治激光治疗疗疗疗包括 包括 辐照 辐照 烧灼 汽化 光刀切割烧灼 汽化 光刀切割 以及光针针灸等 以及光针针灸等 激光洗文身激光洗文身激光洗眉激光洗眉 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
10、美容的效果 医学上称的某些组织击碎 实现美容的效果 医学上称 为为 选择性破坏选择性破坏 激光眼科手术激光眼科手术 反导激光武器反导激光武器 激光制导激光制导 3 3 军事领域 军事领域 1 1 激光制导武器 激光制导武器 2 2 激光武器 激光武器 魟鱼魟鱼 Stingray Stingray 系统系统 美国洛克希德美国洛克希德 桑德桑德 斯公司开发的斯公司开发的AN PLQ 5AN PLQ 5 激光对抗装置 也是一种激光对抗装置 也是一种 致盲兼软杀伤武器致盲兼软杀伤武器 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
11、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 3 激光测距与激光雷达 激光测距与激光
12、雷达 4 4 生活领域 生活领域 1 1 激光条码机 激光条码机 2 2 光盘 光盘 基于定向激光束基于定向激光束 扫描记录和扫描检测扫描记录和扫描检测 的原理 可将的原理 可将1 1小时小时 甚至几小时的视频内甚至几小时的视频内 容记录到盘上 然后容记录到盘上 然后 借助激光检测设备 借助激光检测设备 将光盘内容显示出来将光盘内容显示出来 激光光纤通信激光光纤通信 5050 mm 100100 mm 外套外套 内芯内芯 光导纤维光导纤维 光缆光缆 光放大器光放大器 光光 缆缆 传导原理 全反射传导原理 全反射 知识小结 知识小结 一 激光的产生一 激光的产生 二 激光的特性二 激光的特性 1
13、 1 高相干性 高相干性 2 2 高单向性 高单向性 3 3 高亮度 高亮度 频率单一 相位恒定频率单一 相位恒定 平行度好平行度好 能量在很小空间 很短时间内集中能量在很小空间 很短时间内集中 受激辐射受激辐射 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 2 激光的三个主要特性是 激光的三个主要特性是 平行性好 方向性
14、好 平行性好 方向性好 相干性好 单色性好 相干性好 单色性好 亮度高 光强大 亮度高 光强大 1 1 受激辐射时 辐射光和照射光具有完全 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 相同的特性 这些特性是指 相位 频率 偏振态 传播方向相位 频率 偏振态 传播方向 课堂小练 课堂小练 3 3 原子可以通过自发辐射和受激辐射的方式 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 发光 它们所发出的光的特点是 A A 前者是相干光 后者是非相干光 前者是相干光 后者是非相干光 B B 前者是非相干光 后者是相干光 前者是非相干光 后者是相干光 C C 都是相干光 都是相干光 D D 都是非相干光 都是非相干光 B 4 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
