高二物理选修3-4 13.8 激光 LI

激光能量在时间和空间上高度集中， 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 激光切割
三、激光全息技术： 激光全息技术：
普通照相技术记录的是光的强弱 振幅) 普通照相技术记录的是光的强弱(振幅)及 强弱( 光的颜色 频率) 颜色( 光的颜色(频率)。 而全息照相术，是记录波动(包括机械波、 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， 振幅和位相分布 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。 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。 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， “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. 信息，还包含位相信息在内.
光导纤维 传导原理：全反射 传导原理： 光 缆
100 µm
光缆 光放大器
知识小结： 知识小结：
一、激光的产生—— 受激辐射 激光的产生—— 二、激光的特性 1、高相干性 —— 频率单一、相位恒定 频率单一、 2、高单向性 —— 平行度好 3、高亮度 —— 能量在很小空间，很短时间内集中 能量在很小空间，
2、医疗领域
1）医疗诊断
激光治疗包括：辐照、 激光治疗包括：辐照、 包括 烧灼、汽化、 烧灼、汽化、光刀切割 以及光针针灸等。 以及光针针灸等。
2）激光美容 激光能量在极短时间内释放出来， 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， 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。 的某些组织击碎，实现美容的效果。医学上称 选择性破坏" 为"选择性破坏"
全息照相拍摄原理： 全息照相拍摄原理： 拍摄原理
参考光 照相 底片
物光 反射光 物
同一激光束被分成两束 同一激光束被分成两束，参考光直接照到 分成两束， 底片上，物光也到达底片。参考光和物光在底 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 发生干涉， 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。 光叠加后明暗相间的干涉图像。
激光洗眉
激光洗文身
激光眼科手术
3、军事领域
1）激光制导武器
激光制导
反导激光武器
2）激光武器
美国洛克希德·桑德 斯公司开发的AN/PLQ--5 斯公司开发的AN/PLQ--5 激光对抗装置。 激光对抗装置。也是一 种致盲兼软杀伤武器
魟鱼(Stingray)系统 (Stingray)系统
高能激光武器（强激光武器、激光炮） 高能激光武器（强激光武器、激光炮）
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 的原理，可将1小时 甚至几小时的视频内 容记录到盘上， 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 外套 内芯
50µ 50µ m
全息照片的观看： 全息照片的观看： 的观看 人眼 照明光
全息 照片
用激光照射全息照片，在照片的另一侧 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 立体的像。 可观看原物体的立体的像。
神奇的全息照片！ 神奇的全息照片！
英女王的全息照片
四、激光在各个领域的应用
1、加工领域： 加工领域： 1）数控激光切割雕刻机
利用高功能激光摧毁敌方卫星、导弹、飞机、 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） 。（现仍在研制阶段 标的武器。（现仍在研制阶段） 历史与现状： 历史与现状： 1973年春，美军用激光炮一举击落长 年春， 时速482.8Km的飞 年春 美军用激光炮一举击落长4.57m时速 时速 的飞 行靶机; 行靶机 1976年以用激光炮击落两架飞行于 年以用激光炮击落两架飞行于900m高空的高空无人 年以用激光炮击落两架飞行于 高空的高空无人 架驶飞机; 架驶飞机; 1978年美国陆军用激光炮在 年美国陆军用激光炮在1--2Km内击落正在高速飞行的 年美国陆军用激光炮在 内击落正在高速飞行的 陶式”反坦克导弹弹头裂成碎片; “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 曾先后进行过十八次反卫星实验,1975年曾 前苏联更超前于美国 曾先后进行过十八次反卫星实验 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， 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。 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 年代举世瞩目的“ 年代举世瞩目的 星球大战计划” 高能激光武器，现转称为“美国国家导弹防御计划” 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 美国化学激光器功率已达到 兆瓦
二、激光的特性
2、平行度好(方向性好) 平行度好(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、 距等就利用了方向性好的 特点。 特点。 激光可以会聚到很小 的一点， 的一点，用于光盘的信息 记录和读取。 记录和读取。
4、激光全息照相技术主要是利用激光的哪 种特性（ 种特性（ C ） A、亮度高 B、方向性好 C、相干性好 D、抗电磁干扰能力强
E2
E1
hν
发光后 发光前
一、激光及其产生
1、概念： 概念： 激光准确内涵是“辐射的受激发射的光放大”。 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 产生机理： 某些物质的原子中的粒子受光或电刺激， 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， 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 相位、 跃迁时辐射出相位、频率、方向等完全相同的 这种光叫作激光。 光，这种光叫作激光。
特点
作用
应用实例 光纤通信 激光雷达 DVD、CD、VCD机 DVD、CD、VCD机， 计算机光驱 激光切割、焊接、 激光切割、焊接、 打孔、 打孔、医疗手术 人工控制聚变反 应
可进行调制、 相干光 可进行调制、传递信息 传播很远距离能保持一定 强度， 强度，可精确测距测速 可会聚于很小的一点， 可会聚于很小的一点，记 录信息密度高
二、激光的特性
3、亮度高（光强大） 亮度高（光强大） 亮度是光源在单位面积上， 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 的单位立体角内发射的功率。 的单位立体角内发射的功率。 激光的输出功率虽 然有限， 然有限，但由于其光束 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180° 把分散在180°范围 内的光集中到0.18 内的光集中到0.18 °范 万倍. 亮度提高100万倍 围，亮度提高100万倍.
激光的发展史
• 1958年，贝尔实验室的汤斯和肖洛发表了 年 关于激光器的经典论文， 关于激光器的经典论文，奠定了激光发展 的基础。 的基础。 • 1960年，美国加利福尼亚州休斯航空公 年 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。 台红宝石激光器。 • 1965年，第一台可产生大功率激光的器件 年 --二氧化碳激光器诞生。 二氧化碳激光器诞生。 二氧化碳激光器诞生 • 1967年，第一台Ｘ射线激光器研制成功。 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） 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相干光 相干光。 偏振方向一致的光是相干光。 激光的频率单一， 激光的频率单一，单色 的频率单一 性比普通光高 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 就利用了相干性好的特点。 全息照相、全息使全息术 60年代出现激光强相干光源 年代出现激光强相干光源， 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年本顿（Benton）发明了彩虹全息 1969年本顿（Benton）发明了彩虹全息 年本顿 术，掀起以白光显示为特征的全息三维显示 新高潮。 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， 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。 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、 全息印刷产业， 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、 全息商标、全息钞票、全息卡通、全息装饰 材料、 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。 的全息图新应用。
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， 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。 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。 过程中，会发出光。 普通光源（白炽灯、日光灯、高压水银灯） 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 自发辐射。 光过程为自发辐射。各原子自发辐射发出的光彼此独 频率、振动方向、相位不一定相同——为非相干 立，频率、振动方向、相位不一定相同 为 光。
应用：广告字牌、展板、 应用：广告字牌、展板、 建筑模型、工艺品等。 建筑模型、工艺品等。
激光切割
2）激光焊接机
上料、焊接、自动旋转 上料、焊接、 边、下料全自动完成