教科版_選修3.4 5.4激光_課件課件

1、第四節(jié)激光第四節(jié)激光 物體發(fā)光的微觀機理 物質(zhì)中的原子受到激發(fā)以后，原子能量增物質(zhì)中的原子受到激發(fā)以后，原子能量增加，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，要向低能態(tài)躍遷。在向加，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，要向低能態(tài)躍遷。在向低能態(tài)躍遷的過程中，會發(fā)出光。低能態(tài)躍遷的過程中，會發(fā)出光。 普通光源普通光源（白熾燈、日光燈、高壓水銀燈）（白熾燈、日光燈、高壓水銀燈）的發(fā)光過程為的發(fā)光過程為自發(fā)輻射自發(fā)輻射。各原子自發(fā)輻射發(fā)出。各原子自發(fā)輻射發(fā)出的光彼此獨立，頻率、振動方向、相位不一定的光彼此獨立，頻率、振動方向、相位不一定相同相同為為非相干光非相干光。2E1E發(fā)光前發(fā)光前h發(fā)光后發(fā)光后 1916年愛因斯坦在玻爾能級理論基礎上提出

2、年愛因斯坦在玻爾能級理論基礎上提出輻輻射的量子理論射的量子理論，是產(chǎn)生激光的基本原理。，是產(chǎn)生激光的基本原理。一、激光及其產(chǎn)生一、激光及其產(chǎn)生1 1、概念：、概念：激光準確內(nèi)涵是激光準確內(nèi)涵是“輻射的受激發(fā)射的光放大輻射的受激發(fā)射的光放大”。 2 2、產(chǎn)生機理：、產(chǎn)生機理： 原子受激輻射后發(fā)生躍遷原子受激輻射后發(fā)生躍遷 某些物質(zhì)的原子中的粒子受光或電刺激，某些物質(zhì)的原子中的粒子受光或電刺激，使低能級的原子變成高能級原子，在向低能態(tài)使低能級的原子變成高能級原子，在向低能態(tài)躍遷時輻射出躍遷時輻射出相位、頻率、方向相位、頻率、方向等完全相同的等完全相同的光，這種光叫作激光。光，這種光叫作激光。激光的

3、發(fā)展史 v1958年，貝爾實驗室的湯斯和肖洛發(fā)表了關于激光器的經(jīng)典論文，奠定了激光發(fā)展的基礎。 v 1960年，美國加利福尼亞州休斯航空公司實驗室的研究員梅曼發(fā)明了世界上第一臺紅寶石激光器。 v1965年，第一臺可產(chǎn)生大功率激光的器件-二氧化碳激光器誕生。 v1967年，第一臺射線激光器研制成功。 梅梅曼曼和和第第一一只只激激光光器器紅寶石激光器氣體激光器氣體激光器固體激光器固體激光器液體激光器液體激光器半導體激光器半導體激光器一、激光具有的特點一、激光具有的特點1 1亮度非常高（強度大）亮度非常高（強度大）它可以在很小它可以在很小的空間和很短的時間內(nèi)集中很大的能量如果的空間和很短的時間內(nèi)集中

4、很大的能量如果把強大的激光束會聚起來，可使物體被照部分把強大的激光束會聚起來，可使物體被照部分在千分之一秒的時間內(nèi)產(chǎn)生幾千萬度的高在千分之一秒的時間內(nèi)產(chǎn)生幾千萬度的高溫不能直接照射眼睛，否則會傷害眼睛溫不能直接照射眼睛，否則會傷害眼睛v2平行度非常好（方向性好）與普通光相比，傳播相同距離的激光束的擴散程度小，光線仍能保持很大的強度，保持它的高能量，利用這一點可以精確測距現(xiàn)在利用激光測量地月距離精確度已達到1 m.v3單色性很好激光的頻率范圍極窄，顏色幾乎是完全一致的v4相干性好相干性好所謂相干性好，是指容易產(chǎn)生干涉現(xiàn)象普通光源發(fā)出的光(即使是所謂的單色光)頻率是不一樣的，而激光器發(fā)出的激光的頻

5、率幾乎是單一的，并且滿足其他的相干條件所以，現(xiàn)在我們做雙縫干涉實驗時，無需在雙縫前放一個單縫，而是用激光直接照射雙縫，就能得到既明亮又清晰的干涉條紋v5 5、覆蓋波段寬而且可調(diào)諧、覆蓋波段寬而且可調(diào)諧 利用相干光易于調(diào)制的特點，傳輸信息，所能傳遞的信息密度極高，一條細細的激光束通過光纜可以同時傳送一百億路電話和一千萬套電視，全國人民同時通話還用不完它的通訊容量，而光纖通信就必須借助激光技術才能發(fā)展v即時應用v1在演示雙縫干涉的實驗時，常用激光作光源，這主要是應用激光的什么特性()vA亮度高B平行性好vC單色性好 D波動性好v解析：選C.頻率相同的兩束光相遇才能發(fā)生干涉，激光的單色性好，頻率單一

6、，通過雙縫時能夠得到兩束相干光v二、激光的應用v1激光加工v將激光器發(fā)出的激光經(jīng)光學系統(tǒng)聚焦后，在待加工的工件上形成密度很高、能量很大、直徑很小的光斑，使受照部位迅速熔化或汽化，以完成特定要求的加工，包括切割、焊接、打孔、劃片、整形、熱處理和表面處理等v2、全息照相v1）原理：將一束激光通過分光鏡分成兩束，一束光直接照射到感光底片上(稱為_)，另一部分通過拍射物反射后再到達底片(稱為v_)物光和參考光在底片相遇時會發(fā)生干涉，形成復雜的_，底片上某點的明暗程度反映了兩束光疊加后到達這點時光波的強弱也就是說記錄了物光的全部信息和兩束光的干涉條紋v2）觀察全息照片時要用_照射照片，從另一側(cè)面觀察參考

7、光參考光物光物光干涉條紋干涉條紋激光激光全息照相：全息照相：參考光參考光照相底片照相底片反射光反射光物光物光物物同一激光束被分成兩束，參考光直接照到底片上，物光也到達底片。兩者干涉，在底片上形成復雜的干涉條紋，各點的明暗程度反映了疊加的加強和減弱的情形。照明光照明光全全息息照照片片人眼人眼全息照片的觀看：全息照片的觀看：用激光照射全息照片，在照片的另一側(cè)觀看用激光照射全息照片，在照片的另一側(cè)觀看原物體的立體的像。原物體的立體的像。3激光測距激光測距（激光檢測）（激光檢測）因為激光的平行度好因為激光的平行度好， 所以傳播很遠的距所以傳播很遠的距離仍能保持一定的強度離仍能保持一定的強度 利用這一特

8、點對利用這一特點對準目標發(fā)射一個激光脈沖準目標發(fā)射一個激光脈沖 測量脈沖發(fā)射測量脈沖發(fā)射和接收到反射回的脈沖的時間間隔和接收到反射回的脈沖的時間間隔t，可可精確測量出距離精確測量出距離 x12ct.激光雷達就是激光雷達就是根據(jù)這一原理制成的根據(jù)這一原理制成的v4光纖通信v激光可以像無線電波那樣進行調(diào)制，可用來傳遞信息，而它的頻率比無線電波高很多，它所能攜帶的信息量比無線電波大，是一種很好的通信載體v5激光手術(亦稱光刀手術)v利用激光器發(fā)射的激光作為手術刀進行切割、汽化等外科手術v6激光保鮮v激光輻射保鮮儲藏技術，也就是以高能射線與物質(zhì)作用產(chǎn)生物理效應和生物效應的理論和技術為基礎，使用射線、X

9、射線和電子射線對食品進行照射，從而達到殺蟲、滅菌、提高食品衛(wèi)生質(zhì)量、保持或改善食品的營養(yǎng)品質(zhì)和原有風味，以及延長食品儲藏期和銷售期的目的v7激光寫、讀v由于激光的平行度好，激光可以會聚到一個很小的點上，利用激光可以在光盤上刻錄密度很高的信息，也可以利用激光從VCD機、CD唱機或計算機的光盤上讀出記錄的信息，經(jīng)過處理后還原成聲音或圖像v8激光武器v利用大能量激光器發(fā)射的激光束來攻擊敵方，使被照射處形成能量、密度很高的光斑，被照射物體表面迅速熔化或汽化激光武器具有很強的攻擊力，常被稱作“死光”，激光以3108 m/s的高速出擊，只要對準目標，即可命中形形色色的激光武器1）激光槍2）高能激光武器（強

10、激光武器、激光炮）高能激光武器（強激光武器、激光炮） 利用高功能激光摧毀敵方衛(wèi)星、導彈、飛機、利用高功能激光摧毀敵方衛(wèi)星、導彈、飛機、坦克等大型目標的武器。（現(xiàn)仍在研制階段）坦克等大型目標的武器。（現(xiàn)仍在研制階段）歷史與現(xiàn)狀：歷史與現(xiàn)狀：1973年春，美軍用激光炮一舉擊落長年春，美軍用激光炮一舉擊落長4.57m時速時速482.8Km的飛行靶機的飛行靶機;1976年以用激光炮擊年以用激光炮擊 落兩架飛行于落兩架飛行于900m高空高空 的高空無人架駛飛機的高空無人架駛飛機;1978年美國陸軍用激光炮年美國陸軍用激光炮 在在1-2Km內(nèi)擊落正在高速內(nèi)擊落正在高速 飛行的飛行的“陶式陶式”反坦克導彈反

11、坦克導彈 彈頭裂成碎片彈頭裂成碎片;前蘇聯(lián)更超前于美國前蘇聯(lián)更超前于美國,曾先后進行過十八次反曾先后進行過十八次反 衛(wèi)星實驗衛(wèi)星實驗,1975年曾照瞎了美國位于印度洋上年曾照瞎了美國位于印度洋上 空一預警、通信衛(wèi)星，美提出強烈抗議，蘇聯(lián)空一預警、通信衛(wèi)星，美提出強烈抗議，蘇聯(lián) 說沒有這回事，美只好吃了一啞吧虧。說沒有這回事，美只好吃了一啞吧虧。90年代舉世矚目的年代舉世矚目的“星球大戰(zhàn)計劃星球大戰(zhàn)計劃”中的定向能中的定向能 武器就是一種高能激光武器，現(xiàn)轉(zhuǎn)稱為武器就是一種高能激光武器，現(xiàn)轉(zhuǎn)稱為“美國美國 國家導彈防御計劃國家導彈防御計劃”，仍在大力研究。，仍在大力研究。美國化學激光器功美國化學激

12、光器功率已達到率已達到2.2兆瓦兆瓦“魟魚魟魚”激光致盲武器激光致盲武器1982年開始研制，年開始研制，1990年年1-3月在野外試驗成月在野外試驗成功，海灣戰(zhàn)爭中裝配在功，海灣戰(zhàn)爭中裝配在美軍第七步兵師，參加美軍第七步兵師，參加了了“沙漠盾牌沙漠盾牌”和和“沙漠沙漠風暴風暴”作戰(zhàn)。作戰(zhàn)。激光弦目描準具（英國）激光弦目描準具（英國） 是一種激光致盲描準具，是一種激光致盲描準具，1982年馬鳥戰(zhàn)爭期間年馬鳥戰(zhàn)爭期間安裝在安裝在“競技神競技神”號戰(zhàn)艦上，實戰(zhàn)中效果良好，號戰(zhàn)艦上，實戰(zhàn)中效果良好，造成造成3架阿根廷飛機失事。所有這一切均是保密的。架阿根廷飛機失事。所有這一切均是保密的。直致直致198

13、9年英軍艦年英軍艦“考文垂考文垂”號上因帆布未蓋好號上因帆布未蓋好才被記者拍下照片，才被記者拍下照片，1990年公布于世。年公布于世。特點特點作用作用應用實例應用實例相干光相干光可進行調(diào)制、傳遞信息可進行調(diào)制、傳遞信息光纖通信光纖通信平行度平行度非常好非常好傳播很遠距離能保持一定強度，傳播很遠距離能保持一定強度，可精確測距測速可精確測距測速激光雷達激光雷達可會聚于很小的一點，記錄信息可會聚于很小的一點，記錄信息密度高密度高DVDDVD、CDCD、VCDVCD機，機，計算機光驅(qū)計算機光驅(qū)亮度高亮度高可在很小空間短時間內(nèi)集中很大可在很小空間短時間內(nèi)集中很大能量能量激光切割、焊接、打激光切割、焊接、

14、打孔、醫(yī)療手術孔、醫(yī)療手術產(chǎn)生高壓引起核聚變產(chǎn)生高壓引起核聚變?nèi)斯た刂凭圩兎磻斯た刂凭圩兎磻?、激光的特點及其應用一、激光的特點及其應用1特點特點(1)相干性：只有相干性：只有_相同、相同、_恒定、恒定、_方向一致的光才是相干光激光是一方向一致的光才是相干光激光是一種人工產(chǎn)生的相干光，具有高度的相干性種人工產(chǎn)生的相干光，具有高度的相干性(2)平行度好：在傳播很遠的距離后仍保持一定平行度好：在傳播很遠的距離后仍保持一定的強度；可以會聚到很小的一點的強度；可以會聚到很小的一點(3)高亮度：它可以在高亮度：它可以在_和和_內(nèi)聚集大到難以想象的能量內(nèi)聚集大到難以想象的能量頻率頻率相位差相位差偏振偏振

15、很小空間很小空間很短時間很短時間v2應用v激光的應用：應用它的_，激光能像無線電波那樣進行調(diào)制，用來傳遞信息應用_，精密測距、計算機中的光儲存技術應用_，工業(yè)上的切割和焊接；醫(yī)學上的切割和“焊接”相干性相干性平行度好平行度好高亮度高亮度v即時應用v2下列說法正確的是()vA激光可用于測距vB激光能量十分集中，只可用于加工金屬材料vC外科研制的“激光刀”可以有效地減少細菌的感染vD激光可用于全息照相，有獨特的特點ACDACDv解析：選ACD.激光平行度好，即使在傳播了很遠的距離之后，它仍保持一定的強度，此特點可用于激光測距，A正確；激光的亮度高，能量十分集中，可用于金屬加工、激光醫(yī)療、激光美容、

16、激光武器等，B錯誤；由于激光亮度高，能量大，在切割皮膚等的同時，也能殺滅細菌，所以C正確；激光具有很高的相干性，可用于全息照相，由于它記錄了光的相位信息，所以看起來跟真的一樣，立體感較強，D正確課堂互動講練課堂互動講練激光的特點和應用激光的特點和應用關于激光的應用問題，下列說法中正確的是關于激光的應用問題，下列說法中正確的是()A光纖通信是應用激光平行度非常好的特點對光纖通信是應用激光平行度非常好的特點對信號進行調(diào)制，使其在光導纖維中傳遞信息的信號進行調(diào)制，使其在光導纖維中傳遞信息的B計算機內(nèi)的計算機內(nèi)的“磁頭磁頭”讀出光盤上記錄的信息讀出光盤上記錄的信息是應用了激光有相干性的特點是應用了激光

17、有相干性的特點C醫(yī)學中用激光作醫(yī)學中用激光作“光刀光刀”來切除腫瘤是應用來切除腫瘤是應用了激光亮度高的特點了激光亮度高的特點D“激光測距雷達激光測距雷達”利用激光測量很遠目標的利用激光測量很遠目標的距離是應用了激光亮度高的特點距離是應用了激光亮度高的特點v【精講精析】由激光的特點及應用可知光纖通信主要利用激光的相干性，A錯誤計算機內(nèi)的“磁頭”讀出光盤上的信息主要應用了激光的平行性好，選項B錯誤醫(yī)療中的激光“光刀”利用了激光的高亮度的特點，C正確激光測距利用的是激光的平行性，D錯誤v【答案】Cv變式訓練1關于激光，下列說法正確的是()vA激光是用人工方法激發(fā)出的一種特殊的光vB自然界中某些天然物體也可以發(fā)出激光vC激光可以像刀子一樣切除腫瘤vD由于激光的方向性好，所以激光不能發(fā)生衍射現(xiàn)象v答案：AC應用激光平行度好的特性，可以精確地測應用激光平行度好的特性，可以精確地測量距離，對準目標發(fā)射一個極短的激光脈沖，量距離，對準目標發(fā)射一個極短的激光脈沖，測量發(fā)射脈沖與收到的反射脈沖的時間間隔，測量發(fā)射脈沖與收到的反射脈沖的時間間隔，就可求出激光器到目標的距離若在地球上向就可求出激光器到目標的距離若在地球上向月球發(fā)射一個激光脈沖，測得從發(fā)射到收到反月球發(fā)射一個激光脈沖，測得從發(fā)射到收到反射脈沖所用的時間為