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1、第4节 激光与全息照相,目标定位 了解激光的特性和应用，用激光观察全息照片。 核心提示 重点：激光的产生原理及其在全息照相中的应用。 难点：激光产生的原理及其特点。,一、激光与全息照相 1.激光及其应用： (1)激光是_产生的。 (2)激光的三大特点分别是：_、_、_。,原子受激辐射,单色性好,方向性强,亮度高,2.全息照相： (1)激光的应用： 激光诞生后的一个很重大的应用是_，它是应用光的 _来实现的。 (2)作为光源的激光被分为两部分：一部分通过凹透镜发散后 射到照相胶片上，另一部分射向一个平面镜，经反射后通过另 一个凹透镜发散后射向被拍照的物体，该物体把光线反射到照 相胶片上并与第一束
2、光发生_，两束光干涉的结果就在照 相胶片上记录下被拍摄物体的_信息，这就是全息照 相。,全息照相,干涉,干涉,三维图像,【思考辨析】 1.判断正误： (1)横波和纵波都能产生偏振现象。 ( ) (2)自然光通过偏振片可以获得偏振光。 ( ) (3)起偏器和检偏器都是偏振器。 ( ) (4)激光由于方向性强，所以能发生干涉。 ( ) (5)全息照相是在照相胶片上记录下被拍摄物体的三维图像信息。( ),提示：(1)。只有横波才能产生偏振现象。(2)。自然光通过偏振片，偏振片只让某一方向振动的光通过，就形成了偏振光。(3)。起偏器和检偏器都是偏振器，用于获得偏振光的叫起偏器，用于检验是不是偏振光的叫
3、检偏器。(4)。激光由于单色性好，所以才能发生干涉。(5)。全息照相是利用光的干涉，在照相胶片上记录下被拍摄物体的三维图像信息。,2.问题思考： (1)为什么普通照相机镜头无法拍出水中的鱼，而用偏振镜头能使水中的鱼显现出来? 提示：水面上有大量的反射光，反射光是偏振光，这些反射光进入照相机会使水中的景物很难显现出来，拍摄时加偏振片能够消除或减弱偏振光，从而鱼能显现出来。 (2)如果一张全息照片的大部分被损坏或丢失，只留下一小部分，还能再现原物的全貌吗? 提示：全息照片的每一部分都记录了原物的全貌，所以只要留下一部分，就能再现原物的全貌。,二、激光与全息照相 1.激光及其产生： 激光是原子受激辐
4、射产生的光。发光的方向、频率、偏振方向均相同，两列相同的激光相遇可以发生干涉，激光是相干光。在现代科学技术中用多次反射和折射在激光器内产生振荡而发出激光。激光是人工产生的光，自然界中的发光体不能发出激光。,2.激光是相干光，普通灯泡发出的光不是相干光： 激光是从物质的原子中发出的，原子获得能量后，处于不稳定状态，它会以光子的形式把能量辐射出去。普通光源灯泡，灯丝中的每个原子在什么时刻发光，朝哪个方向发光，都是不确定的，发光的频率也不一样。这样光在叠加时，一会在空间的某点加强，一会又在这点消弱，不能形成稳定的亮区和暗区，所以不能发生干涉，因而是非相干光。 激光的光源原子发生受激辐射跃迁时，发出的
5、光子的频率、方向都跟入射光子完全一样，能产生稳定的干涉图样，是相干光。,3.激光的特点及其应用：,4.全息照相： (1)“全息”是指物体发出的光波的全部信息，既包括振幅和强度，也包括相位。 (2)所谓全息照相就是一种记录被摄物体反射(或透射)光波中全部信息的先进照相技术。全息照相不用一般的照相机，而要用一台激光器。激光束用分光镜一分为二，其中一束照到被拍摄的景物上，另一束直接照到感光胶片即全息干板上。当光束被物体反射后，其反射光束也照射在胶片上，就完成了全息照相的摄制过程。,(3)全息照相的优点： 它再现出来的像是跟原来物体一模一样的逼真的立体像，跟观察实物完全一样。 把全息底片分成若干小块，
6、每一小块都可以完整地现出原来物体的像，即使全息底片有缺损，也不会使像失真。 在同一张感光片上可以重叠记录许多像，这些像能够互不干扰地单独显示出来。,【学而后思】 (1)为什么激光具有单色性好、方向性强、亮度高的特点? 提示：激光是由原子受激辐射产生的光，激光束中所有的光子都是相互关联的，它们的频率一致、相位一致、偏振方向一致、传播方向一致，所以激光具有单色性好、方向性强、亮度高的特点。,(2)全息照相为什么能记录下被拍摄物体的三维图像信息? 提示：全息照相是利用光的干涉实现的，作为光源的激光分成两部分：一部分经凹透镜发散后射到照相底片上，另一部分经另一个凹透镜发散后射到被拍照的物体上，该物体把
7、光线反射到照相底片上并与第一束光发生干涉，两束光发生干涉的结果就在照相底片上记录下被拍摄物体的三维图像信息。,【典例2】下列说法中正确的是 ( ) A.激光是自然界中早已存在的光，不是人造出来的 B.因为激光的方向性好，所以激光不能发生衍射现象 C.激光可以像刀子一样切除肿瘤 D.以上说法都不对,【解题探究】(1)激光是怎样产生的? 提示：激光是在外来光子的作用下，原子受激辐射产生的光，是一种完全新型的光，在自然界中并不存在。 (2)激光有什么应用特点? 提示：激光主要根据其特点进行应用，单色性好可以应用于干涉方面，方向性好可以应用于制导、测距等方面，亮度高可以应用于激光刀等方面。,【标准解答
8、】选C。激光是一种完全新型的光，在自然界中并不存在，A项错；激光也是光，因此具有光波的特性，能够发生衍射现象，B项错；激光有很多用途，可用来做手术，切除肿瘤，C项正确，D项错。,【总结提升】激光的特点 (1)激光首先是光，激光遵循光的一切规律，例如折射、反射、衍射、干涉等。 (2)激光是一种新型光源，还具有一般光源所不具备的特点，例如单色性好、方向性强、亮度高等。 (3)针对激光的每一个特点，都有很多方面的应用。,【变式训练】准分子激光器利用氩气和氟气的混合物产生激光刀，可用于进行近视眼的治疗。用这样的激光刀对近视眼进行手术，手术时间短、效果好、无痛苦。关于这个治疗，以下说法中正确的是 ( )
9、 A.近视眼是物体成像在眼球中的视网膜的前面，使人不能看清物体 B.激光具有很好的方向性，用激光刀可以在非常小的面积上对眼睛进行手术 C.激光治疗近视眼手术是对视网膜进行修复 D.激光治疗近视眼手术是对角膜进行切削,【解析】选A、B、D。激光手术是物理技术用于临床医学的最新成果。人的眼睛是一个光学成像系统，角膜和晶状体相当于一个凸透镜，物体通过凸透镜成像在视网膜上，人就能看清楚物体。当角膜和晶状体组成的这个凸透镜的焦距比较小，物体成像在视网膜的前面时，人就不能看清物体，这就是近视眼，A对；激光具有很好的方向性，用激光刀可以在非常小的面积上对眼睛进行手术，B对；激光手术不是修复视网膜，而是对角膜
10、进行切削，改变角膜的形状，使眼球中的凸透镜的焦距适当变大，物体经过角膜和晶状体后成像在视网膜上，C错，D对。,【变式备选】将激光束的宽度聚集到纳米级(10-9m)范围内，可以修复人体已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病等彻底根除，这是应用了激光的 ( ) A.方向性强的特性 B.单色性好的特性 C.亮度高的特性 D.粒子性好的特性 【解析】选C。应用激光修复人体损坏的器官主要是利用了激光的亮度高的特性，它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。故C对。,【典例】由于激光是亮度高、平行度好、单色性好的相干光，所以光导纤维中用激光作为信息高速传输的载
11、体。要使射到粗细均匀的圆形光导纤维一个端面上的激光束都能从另一端射出，而不会从侧壁“泄露”出来，光导纤维所用材料的折射率至少为多大?,【标准解答】设激光束在光导纤维端面的入射角为i，折射角为r，折射光线射向侧面时的入射角为，如图所示。 由折射定律有： 由几何关系有： r+=90， sinr=cos,由全反射临界角的公式有： 要保证从端面射入的任何光线都能发生全反射，应有i=90， sini=1，故 解得 答案：,关于激光认识的五个误区 误区1：误认为大自然中存在激光 产生误区的原因是没有理解激光的产生机理，激光是在人工干预下，原子受激辐射产生的光，如果没有人工干预，原子就不会受激辐射，也就不会
12、产生激光，所以激光是一种完全新型的人造光，大自然中是不存在的。,误区2：误认为激光没有衍射现象 其原因是混淆了激光方向性好与衍射的关系，激光在没有遇到障碍物时传播方向一致，表现出很好的方向性，但衍射是激光在波动方面的表现，激光本质上还是光，当遇到障碍物或小孔时，如果满足了产生明显衍射的条件，激光照样能产生明显的衍射现象。 误区3：误认为激光没有偏振现象 这是没有理解好激光的本质，激光本质上还是光，遵循光的一切规律，包括光的反射、折射、干涉、衍射和偏振等。,误区4：误认为激光不能用来携带信息 其原因是没有理解好激光的单色性好的特点，正是因为激光的单色性好所以才容易进行调制，现在的光纤通信就是利用
13、激光携带信息进行传播的。 误区5：误认为全息照相可以用一般光作为光源 产生误区的原因是没有理解好全息照相的原理，全息照相是利用光的干涉实现的，激光束中所有的光子都是相互关联的，它们的频率一致、相位一致、偏振方向一致、传播方向一致，所以激光具有高度相干的特点，以及亮度高的特点，最适合作为全息照相的光源，其他光的相干性和亮度都不能达到全息照相的要求，不能用来作为全息照相的光源。,【典例】关于激光的应用问题，下列说法中正确的是( ) A.光纤通信是利用激光的平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中进行信息传递 B.用激光作为光源做双缝干涉，干涉图样更明显 C.医学中用激光作“光刀”来切除肿瘤是利用了激光的亮度高的特点 D.“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是利用了激光亮度高的特点,【解析】可以通过以下表格进行逐项分析,
