高中物理激光的应用
激光器的工作原理及应用
激光器的工作原理及应用激光器是一种能够产生高度聚焦、具有高纯度、高单色性的光束的装置。
它的工作原理是通过将一些能量源输入到激光介质中，从而激发介质中的原子或分子跃迁到一个激发态，然后在受激辐射的影响下，将能量原子或分子从激发态跃迁到一个更低的能级，从而产生出高度聚焦、单色性良好的激光光束。
激光器可以应用于多个领域，下面将介绍一些典型的应用。
首先是激光器在医疗领域的应用。
激光可以用于低侵入性手术，如激光抛光、激光热凝固等，这些手术使用激光器可以减少创伤和出血，使手术更加安全和有效。
此外，激光还可以用于治疗皮肤病、眼科手术和癌症治疗等，因为激光可以精确地照射到目标组织，达到切除或破坏病变组织的目的。
其次是激光器在通信领域的应用。
激光可以用于光纤通信系统中的激光器发射端和接收端。
在激光器发射端，激光器产生的激光光束可以通过光纤传输数据，传输效率高、带宽大，可以满足高速数据传输的需求。
在激光器接收端，激光可以被光探测器接收并转换成电信号，进一步处理和传递。
激光器在光纤通信系统中发挥着非常重要的作用，是现代通信技术的关键。
另外，激光器还在制造业中有广泛的应用。
激光可以被用来切割、焊接、打孔、打标等。
比如，激光切割可以通过将高能量密度的激光束直接照射在材料上，使材料熔化、汽化，从而实现切割。
此外，激光打标可以将图案或文字刻在各种材料上，广泛应用于包装、饰品、汽车零配件等制造行业。
此外，激光器还应用于测距、测速、光谱分析等领域。
激光测距原理是通过发送激光脉冲并测量其返回时间来计算出物体与激光器的距离，被广泛应用于测绘、地质勘探、机械制造等领域。
激光测速原理是通过测量激光光束的多普勒频移来计算速度，被广泛应用于交通违章监控、车辆测速等。
激光光谱分析可以通过测量物质吸收、发射或散射激光光束的方式，获得物质的化学成分、构造和性质。
总的来说，激光器作为一种具有特殊光学特性的光源，被广泛应用于医疗、通信、制造业和科学研究等领域。
高三物理知识点解析光学与激光
高三物理知识点解析光学与激光高三物理知识点解析：光学与激光光学与激光是高中物理学习中的重要知识点，涉及到光的特性、光与物质的相互关系以及激光的产生与应用等内容。
本文将对光学与激光的相关知识进行详细解析，帮助高三学生更好地掌握和理解这一部分内容。
1. 光的特性与传播光是一种电磁波，具有波粒二象性。
其波动性表现为光的传播具有直线传播性、折射与反射等现象。
而光的粒子性则表现为光的能量以光子的形式传播。
在光学的研究中，我们常常会遇到光的处理现象，如光的折射与反射。
折射现象是指光在两种介质之间传播时发生方向的改变，其具体规律可以通过斯涅尔定律进行描述。
反射现象则是光遇到界面时发生方向的改变，其规律可以通过反射定律来解释。
2. 光与物质的相互关系光与物质的相互作用是光学研究的重要内容之一。
在光与物质的相互作用中，我们主要关注光的吸收、传播与发射等过程。
光在物质中的吸收现象是指当光照射到物质表面时，部分光被物质吸收而转化为内能。
吸收过程中，物质的吸收率与光的颜色、频率以及物质本身的性质有关。
光在物质中的传播可以分为透明、散射和不透明等情况。
透明是指光能够完全穿过物质而不发生显著散射的情况，如玻璃、水等。
散射是指光在物质中遇到不均匀性而改变传播方向的现象，如云、烟尘等。
不透明则是指光无法穿过物质而被完全反射或吸收的情况，如金属、石块等。
光在物质中的发射现象是指当物质吸收能量后，部分能量以光的形式重新辐射出来，形成发光现象。
发射光的颜色与物质吸收的光的颜色有关，如荧光、磷光等。
3. 激光的产生与应用激光是一种具有高度相干性和方向性的光波，具有独特的特性和广泛的应用。
激光的产生是通过光的受激辐射过程实现的。
激光器是产生激光的重要装置，其基本组成部分包括激光介质、泵浦源和光学谐振腔等。
激光介质是指能够吸收能量后进行受激辐射的物质，如氖气、二氧化碳等。
泵浦源则是提供能量的装置，如闪光灯、泵浦激光等。
由于激光具有独特的特性，使其在许多领域得到广泛应用，如激光器、激光切割、激光测距等。
学习激光的应用心得体会
《激光的应用》课程是光学工程本科专业的一门重要的专业课,是一门专门讲述激光应用过程中涉及的基本技术的课程。
课程教学的目标要求学生了解激光技术的发展历史,掌握激光应用过程中涉及的基本技术;能把所学知识应用到所学专业中去,为今后的学习和工作打下一定的基础。
为了实现以上目标,我们着手从凝练物理图像、讨论式教学、计算机多媒体辅助教学等三个方面做了有益的探索,具体内容如下。
1凝练物理图像,贯穿课程全程《激光的应用》与《激光原理》有紧密的联系,在讲授课程的过程中,我们常常强调这种联系,《激光的应用》被简化成为一幅简单的物理图像外加三个条件,这幅简单的物理图像就是爱因斯坦的受激辐射物理模型,在这幅图里只有两个主体,一就是光子,另一个就是增益介质的二能级原子;三个条件就是激光出光的三个条件:增益介质、谐振腔和泵浦源。
激光原理所有的内容其实都是围绕着这幅物理图像和这三个条件来展开的。
有了激光独特的发光原理所带来的优异的激光特性为什么我们还需要额外的激光技术呢?这就是激光技术这门课程的目的了,那就是为了获得应用所需要的激光特性。
通过对教师的教学技能的学习，使我受益匪浅，明确了教师的教学技能是教师要有指导学生学习的技能。
在构成课程与教学的基本要素中教师和学生是最基本和必不可少的。
教学活动就是为学生组织的没有学生，教学活动就没有存在的必要和可能；有了教师指导的教学活动才称得上真正意义上的教学活动，不然就只能是一种自学。
由于教学过程被看作教师与学生的交往过程、互动过程，教师与学生的关系也就成为了对话关系、合作关系，教师的角色也就有了新的含义——教师成为学生学习的促进者、组织者、指导站和合作者。
教师在教学中所承担的多重角色，是围绕着促进学生发展、推动学生学习而展开的。
从教学活动的实际情况看，教师在课堂教学中的行为，本质上是一种指导学生学习的行为。
指导既强调教师在教学中的主导作用，又反对教师无视学生主体性的强制与灌注。
1、讲授是指教师以语言为载体，向学生传输知识信息、表达思想感情、启迪学生心智、指导学生学习和调控活动的一类教学行为。
高中物理 第八章激光引雷
第八章激光引雷8.1 引言从前面可以知道火箭引雷的成功给雷电研究提供了一种很方便的实验手段。
借助于火箭引雷，近些年来人们积累了大量的关于雷电的知识。
加之，比起实验室产生的高电压火箭引雷更能真实地模拟自然雷电，所以现在火箭引雷已被用作检验和改进各种防雷设施的重要手段。
然而，火箭引雷也存在明显的缺点，如火箭及其拖带的导线落下时显然会威助到附近的人畜及设施的安全，所以火箭引雷不能不受场地的限制。
另一方面，火箭的速度至多只能达到每秒数百米，这就决定了火箭引雷不可能用来拦截地闪中的以每秒上百公里传输的下行先导。
与此相比，激光引雷不存在这些问题，因而它被认为是最有前途的防雷手段之一。
本节具体介绍激光引雷的最新成果。
8.2 激光引雷的历史背景及引雷的基本设想早在激光问世不久的20世纪60年代，人们就发现了光辐射对放电的效应（Keldish，1965，Vadimirov，1968）。
此后许多研究小组做了一系列激光引发放电的实验（Koopman，1971，1973；Parvenov，1976；Greig，1978）。
这些实验表明激光不仅有较强的引导放电的效应，同时，可降低间隙的临界放电电压。
也差不多在这一时期，Newman等人（1967）成功地进行了首次火箭引雷试验。
在这样的历史背景下，Ball（1974）最早提出激光引雷这一概念。
可是在他当时的论文中，他既没有谈到具体怎么引雷，也没有谈到激光引雷的可行性。
1978年美国空军的一个研究小组使用一大型CO2激光器进行了首次激光触发雷电试验，结果以失败而告终。
之后相当一段时间再没有人提激光引雷之事。
到了20世纪80年代末期至90年代初期，日本几个大的电力公司认识到日本冬季雷对输电系统所造成危害的严重性，投入了大量的人力及物力进行日本冬季雷的研究及防护。
这个时期，日本科学家重新提出激光引雷，有十几个研究小组从事激光引雷的研究（Aihara等，1992；Kawasaki等1990；Shindo等，1993；Nakamra等，1993；Honda，1993）。
高中物理3一5教案
高中物理3一5教案课题：激光教学目标：1. 了解激光的基本概念和特性；2. 掌握激光的产生原理和工作原理；3. 能够说明激光在不同领域的应用。
教学重点：1. 激光的特性；2. 激光的产生原理；3. 激光的应用。
教学难点：1. 激光的工作原理；2. 激光在不同领域的应用。
教学过程：一、导入（5分钟）1. 引导学生回顾以前学过的关于光的知识，让学生思考光有哪些特性。
2. 引出激光的概念，让学生猜想激光与普通光有何不同。
二、激光的基本概念和特性（10分钟）1. 给出激光的定义，解释激光的特性，如单色性、准直性、相干性等。
2. 通过实例讲解激光与普通光的区别。
三、激光的产生原理（15分钟）1. 分别介绍激光的产生原理，包括受激辐射和放大原理。
2. 讲解激光发射过程中能级跃迁的过程，引导学生理解激光的产生过程。
四、激光的工作原理（15分钟）1. 通过图示和实例讲解激光器的工作原理，包括激发、放大和反射过程。
2. 引导学生理解如何实现特定波长和能量的激光输出。
五、激光的应用（10分钟）1. 介绍激光在不同领域的应用，如医疗、通信、加工等。
2. 引导学生思考如何应用激光技术解决实际问题。
六、小结（5分钟）1. 总结本节课的重点内容，强化学生对激光的理解。
2. 提出问题让学生思考，鼓励他们在课后继续学习激光相关知识。
教学反思：在设计这节课的教学过程中，我尽量将抽象的概念转化为具体的实例，让学生更容易理解和接受新知识。
但是在教学难点部分，还需要进一步完善，留下更多的例子和练习，以帮助学生更好地掌握激光的工作原理和应用。
高中物理：用激光制作单色虹
用激光制作单色虹实验内容将激光照射在一滴水上，让学生观察形成的圆形单色虹。
通过照射圆形透镜及圆柱形玻璃制造一维单色虹。
学习虹的原理。
并观察平时在自然界中难以见到的过剩虹及2次3次虹。
所需材料小型激光光源，行标记透镜，圆形透镜，注射器，直径为0.5～2mm的细长玻璃圆柱（可用化学实验用玻璃棒自制），圆形过滤网（用白纸自制），油黏土，铁架台，光线昏暗的房间。
注意事项注意不要让激光直射眼部。
实验方法【制作细长玻璃圆柱体】用喷枪微微加热玻璃棒的中间部分，并从两端进行拉伸即可。
制作出的圆柱，有可能由于上下直径不同而呈不规则圆锥状。
越是接近正规圆柱的形状，在激光照射时效果越明显。
事先多制作几个，并从中挑选适合的圆柱。
【实验1用圆形透镜说明虹的原理】如图1，激光光源通过行标记透镜向圆形透镜方向照射，当平行移动光源装置时，透镜内部经过1次反射射出的光线，会偏向某个方向。
观察这一现象。
图1 虹的原理说明【实验2观察由一滴水形成的单色虹】如图2，将切去针尖的注射器放入水中，用铁架台固定，用针头制作出一滴水，并用激光照射，观察同心圆状的单色虹。
图2 水滴虹【实验3过剩虹及2次、3次虹的观察】如图3所示，用激光照射由玻璃棒制作的直径0.3～3mm的圆柱，就能观察一维虹。
由于光线不能二维传播，可在屏幕上清晰地看到2次，3次虹。
图3 2次虹说明自然界的虹，除了我们能看到的主虹，还有极为稀少的副虹（2次虹）和附属虹。
副虹位于主虹外侧的，与主虹配色方向相反。
过剩虹位于主虹内侧，呈条状。
以单色光为光源的虹，如实验1所演示的那样，呈同心圆状干涉条纹。
随着本实验中水滴、圆柱直径的变化，条纹的间距也会发生变化。
另外，在自然光条件下看到的虹，是折射率不同的各同心圆条纹交错的结果。
高中物理光学在实际生活的应用
高中物理光学在实际生活的应用光学是物理学中的一个重要分支，研究光的产生、传播和相互作用。
它在实际生活中有着广泛的应用，下面将介绍一些高中物理光学在实际生活中的应用。
1. 光纤通信光纤通信是一种利用光信号传输的通信方式。
光纤是一种以高纯度的石英玻璃为主要材料的细长透明导光材料，具有高速传输、大带宽和抗干扰能力强等优点。
光纤通信在现代社会中扮演着重要角色，使得信息传输更加快速和稳定。
2. 光学显微镜光学显微镜是一种使用光学原理观察微小物体的仪器。
它通过物镜和目镜的组合放大物体，使得肉眼无法观察的微小结构变得清晰可见。
光学显微镜在科学研究、医学诊断和生活中的品质检测等方面发挥着重要作用。
3. 光电池光电池是一种利用光能转换为电能的装置。
常见的光电池包括太阳能电池和光敏电阻等。
太阳能电池利用光照射时光生电压，将太阳能转化为电能，广泛应用于太阳能发电和户外电器供电等领域。
4. 激光技术激光是一种特殊的光波，其具有高方向性、高亮度和高单色性等优点。
激光技术在医学、通信、制造业等领域有着广泛应用。
激光在近视手术中用于角膜矫正，激光打标机用于产品标记和刻字等。
5. 光学仪器光学仪器是以光学原理为基础的各类仪器和设备。
投影仪利用光学原理将图像放大投射到屏幕上，用于教育、娱乐和演示等场合；望远镜利用镜头和透镜等光学组件放大远处的物体，使人们能够观察到天体的细节。
6. 光学眼镜光学眼镜是用作视力矫正或保护眼睛的一种光学工具。
根据眼睛的不同屈光状态，医生会开具不同的眼镜配方，通过适当的镜片设计来矫正近视、远视、散光等视力问题。
7. 光学传感器光学传感器是一种能够将光信号转化为电信号的传感器。
它广泛应用于自动测量、光电自动控制等领域。
车辆反光镜上常用的雨刷感应器会通过光学传感器感知到雨水的存在，从而启动雨刷工作。
高中物理光学在实际生活中有着广泛的应用。
这些应用不仅丰富了人们的生活，也推动了科技的发展和进步。
通过学习和了解光学的原理和应用，我们可以更好地理解和运用光学在实际生活中的应用。
高中物理人教必修一(教案)光的偏振 激光
光的偏振激光【教学目标】1．通过实验，认识振动中的偏振现象，知道只有横波有偏振现象。
2．了解偏振光和自然光的区别，从光的偏振现象知道光是横波。
3．了解日常见到的光多数是偏振光，了解偏振光在生产生活中的一些应用。
4．了解激光的特点及激光的应用。
【教学重难点】1．通过实验，认识振动中的偏振现象，知道只有横波有偏振现象。
2．知道光是横波及偏振在生产生活中的一些应用。
3．了解激光的特点及激光的应用。
【教学过程】一、复习提问、新课导入（复习横波和纵波的概念）师：请同学们回忆一下机械波一节内容，举例说说什么是横波？什么是纵波？生：振动方向和传播方向垂直的波叫横波，抖动水平软绳时产生的波就是横波，振动方向和传播方向一致的波叫纵波，像水平悬挂的弹簧一端振动时形成的沿弹簧传播的波。
师：通过前几节课的学习，我们知道光具有波动性，那么光波究竟是横波还是纵波呢？这节课我们要学习的偏振现象，可以说明光是横波。
二、新课教学（一）偏振师：我们先通过一个实验来看看怎么判断一种波是横波还是纵波。
【演示一】介绍课本上装置，教师演示，引导学生仔细观察波传到狭缝时的情况，看波能否通过狭缝传到木板的另一侧。
师：请一位同学来表述一下看到的现象。
生：对绳上形成的横波，当狭缝与振动方向一致时，波不受阻碍，能通过狭缝，而当狭缝与振动方向垂直时，波被狭缝挡住，不能通过狭缝传到木板另一端，对弹簧上形成的纵波，无论狭缝怎样放置，弹簧上疏密相间的波均能顺利通过狭缝传播到木板另一侧。
师：表达得不错，还有同学要补充吗？生：在绳上横波传播过程中，当狭缝既不与振动方向平行也不与振动方向垂直时，有部分振动能通过狭缝。
师：很好。
横波的这种现象称为偏振现象，大家看到，纵波不会发生偏振现象，根据是否能发生偏振，我们可以判断一个机械波是横波还是纵波。
虽然这种方法对判断机械波并非必要，但我们可以借助这种方法来判断光波是横波还是纵波。
（二）光的偏振【演示二】（教师介绍装置，强调起偏器P和检偏器Q的作用，演示同时引导学生认真观察随着检偏器Q的转动屏上光照强度的变化）师：请大家看这个薄片，它在我们这个演示实验中的作用与前面的带有狭缝的木板类似，它上面有一个特殊的方向称透振方向，只有振动方向与透振方向平行的光波才能透过偏振片，下面请大家认真观察。
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激光雷达的工作原理
激光雷达工作原理和微波雷达差不多，它是先向可能来犯的 目标方向发射激光探测信号，光波碰到目标后被反射回来成为 回波。由于回波经历的时间等参数变化恰好反映了接近目标的 情况和运动状态的变化，所以通过测量回波信号的到达时间、 频率变化、波束所指方向等就可以确定目标的距离、方位和速 度等。测速可有两种方法：一种是测量目标在通过一段巳知距 离前后，激光反射信号的时间差，从而可计算出目标运动速度； 另一种是测量由运动目标上反射回来的激光信号的频率变化的
激光束本来发散就很小，经发射望远镜后光束发散角可小 到干分之一度，而微波雷达最小也有几十分之一度。波束发 散小，不仅光能集中射的远，而且可进一步提高分辨能力。 比如，波束发散为1度的机载微波雷达，从1500米的上空照 射到地面形成直径约26米的圆，此圆内的地形起伏很难分辨； 但使用激光雷达在同样高度时，地面光斑直径仅十几厘米， 因此能分辨出地形的细节。
激光的波长比微被短得多，而频率比微被却高得。实践表 明；波长越短，所需的发射天线直径越小。比如，从地球照 射到月球上一平方公里的区域，激光发射天线的直径30厘米 就够了，丽微波天线的直径约需几公里，目前还造不出这么 大的可转动天线，因此地球到月球的测距只有激光问世后才 得以实现。实践还表明：频率越高，分辨力(在一定距离上
分辨力强、观测和跟踪精度高是激光雷达的最大优点。 当然，它也有局限性，比如，正由于激光方向性强、波束 发散小，大面积搜索和监视时就容易丢失目标。所以它不 适于用作搜索雷达。另外，由于波长短，大气成分对激光 散射和吸收较微波严重，尤其在雨、云、雾天其作用距离 短，甚至难以正常工作。总之，微波雷达和激光雷达可有 所长，应互相补充。
激光分辨力高，加上它单色性好，脉冲宽度比微波小得多， 所以利于抗干扰。比如，探测地面或低空目标时，微波回波 信号常被地面反射波所掩没，由于干扰就出现无法探测的区 域(雷达技术上叫盲区)。而使用激光时则可排除背景或地面杂 散回波的干扰和噪声影响，因而它能对超低空目标进行观测， 常应用于导弹发射初始段尤其对巡航导弹的跟踪。再比如洲 际导弹，只要它释放出大量干扰物或干扰机充当假目标。或 者利用小型核爆炸制造一个人为的反射微波电离层时，就足 以使微波雷达失灵或瘫痪，而这些对激光雷达干动跟踪雷达
对现代战争层有意义的是激光自动跟踪雷达，下图是它的组 成方柜图。它包括激光发射、接收、信息处理和数字显示等部 分。
采用四棱镜的脉冲激光跟踪系统
四棱锥的尖顶削平，形成一个中心平面和四个对称侧面， 中心面垂直并正对反射式接收望远镜的光轴。当目标位于望 远镜光轴上(正前方)时，回波光束恰好落在中心平面上，进 而传至测距系统，此时四个侧面则感受不到回波光束。当目 标偏离光轴时，说明目标不再在正前方，回波光束即偏射到 棱镜相应的侧面，并反射到对应的光电探测器l、2、3、4中 的一面上。此时产生误差信号输出，该误差信号正好反映了 目标偏离光轴的方位变化。比如光电探测器1或3上有信号输 出，就表示目标偏上或偏下；若2或4上有信号输出，就表示 目标偏右成偏左。不同光电探测器的误差信号进入自动跟踪 控制署时，就产生一个方位差值指令电信号推动伺服系统， 使望远镜光轴重新对准目标。这样就实现了自动跟踪。从雷 达座上的经纬刻度就能读出目标的方位角和仰角。当然，除 了四棱锥外还可用别的器件获得误差信号。
在现代战争中，配用微波雷达和配用激光雷达的反导系统的 情况则大不一样。一般超远程雷达提供的预警时间(从发现到 命中目标所需时间)约15分钟，即使超视距雷达(能探测地平 线以下、直线视距以外的各种目标)也不过30分钟。而在实战 中仅对目标粗跟踪和精密跟踪就约需十几分钟，这样剩给
引导拦击导弹的时间就不多了。目前洲际导弹的核弹头已 发展到分导式多弹头(一个母弹内装若干备有动力和制导系 统的子弹头)。它的子弹能机动飞行，各自寻找和攻击不同 的目标。激光雷达的反导系统，由于光速比最快的栏截导 弹还决几十万倍，因而可赢得很多的预警时间，使反导系 统有足够的时间对分导式多弹头逐个歼灭。
激光雷达是在激光测距向多功能发展的情况下出现的。它 不仅可以精确测距，而且可以起精确测速、精确跟踪、警戒 防撞、控制飞船会合等乍用。雷达，这个号称国防干里眼的 名称，原意为无线电定位的英文“radar”的译音。它经历了 无线电雷达，超高频雷达，微波雷达等发展阶段。为了适应 现代战争高精度定位的需要，有人曾提出过研制频率更高的 光雷达方案，但因普通光亮度和单色性较差的限制，使之发 展迟缓。直到1960年激光问世后，才打开了光雷达的发展局 面。
分辨前后左右相邻目标的能力)越高，识别能力越强。比如， 微波一般只能发现高大的建筑物和山丘，而激光雷达则能识 别电线杆、空中电线、烟囱等小障碍物。要控制飞船在空中 的交会与停靠，必须精确地测定它们之间相互位置和速度， 才能使它们一个追踪一个的逐步靠拢和会合。此时使用地面 无线电雷达很因难，使用微波雷达时精度又常常达不到。但 若用一台平均功率几十瓦的空间船载激光雷达，则可精确地 探测到相距一万多公里远的两个飞船的距离。
穷追不舍的神射手--激光制导武器
利用激光的高方向性，控制和导引武器准确到达目标，是激光制导。 激光制导武器，主要包括激光制导导弹、激光制导炸弹和激光制导炮弹， 就如同给这些武器安上了激光“眼睛”，使它们抗电磁干扰能力极强， 命中率极高。也就是说，利用激光为导弹、炸弹或炮弹瞄准，可以指哪 打哪，百发百中。
f 2V cos( ) /
大小，间接推算出被测目标的运动速度。 光学多普勒效应足指发射的光波，如果遇到活动目标则反射
信号的频率要发生变化。二者之差叫多普劲频率f
式中：λ 为发射光波长。θ 为目标运动方向与发射光束方向的夹
角。 为V目标与雷达的相对运动速度。
只要知道多普勒频率大小，就可以推算出目标对雷达的相 对径向速度。因为激光的频率高，故可用于测量高速和低速。 由于频率测定精度极高，所以激光测速精度也高。比如，用 氦氖激光观测每秒一厘米的慢速运动目标，由于光频变化量 (多普勒频率)与波长成反比，可以得到30千赫的频率变化量； 而若用波长3厘米的微波，只能得到0.7赫的频率变化量，显 然，数值太小很难测量。对于每秒仅干分之几厘米的超低速 运动目标，微波雷达就无能为力了，而激光雷达却能精确测 定。目前，多利用气体激光的频率精度进行激光多普勒测速。