第八节 激光
激光技术第八章 ppt课件
现考虑一个脉冲在光纤中的传播，如图8.5-1（a）所示。 由于非线性光学克尔效应，光纤的折射率可写成
n=n1+n2I
（8.5-1）
式但中是I由为于光光强纤，中n2的约光为波3.约2×束10在-1极6c小m截2/W面。的虽纤然芯n中2值传很播小，，因
而光场相当强，而且因光纤很长经传播距离L后产生非线
8.4单模光纤的偏振和双折射
8.4.1 单模光纤的偏振特性 8.4.2 单模光纤的双折射 8.4.3 偏振型单模光纤
1
8.4.1单模光纤的偏振特性
理想单模光纤的模式是HE11模，它是线偏振的，偏振方 向为光纤的径向。在光纤截面上建立x-y直角坐标后， 任一径向的偏振可用两个独立的偏振分量HEx11和HEy11 来表示。在理想条件下，这两个偏振分量的传播常量相 等始HE，终y1即合1模成∆是β为=简原β并x-来β的的y=，径0如。向图在偏8传振.4播-状1中所态两示。个。也分由就量于是始两说终个，保模H持E是x1同独1和向立， 的，所以互不影响。例如，在光纤端面只沿x轴激励 HEx11模时，光纤中不会出现HEy11模，反之亦然。如果 沿轴之间的方向激励HE11模，则光纤中始终存在着 HEx11和HEy11模，它们的幅值比沿光纤不变。
6
我们知道，两个正交分量合成的偏振态由它们的相 位差决定。HEx11和HEy11正是两个正交分量，显然，合 成模（合振动）的偏振状态由传播相位
φ=∆β×l
(8.4-1)
决定，当φ=0时，为线偏振光；当φ=π/2且二分量振幅 相等时，则为圆偏振光；当φ=π时，变为线偏振光，但 偏振方向转过π/2角度；当φ=3π/2时,又变为旋转方向相 反的椭圆偏振光.当φ=2π时,恢复到原线偏振状态,如图 8.4-3（a）~（e）所示。在∆β沿光纤保持不变，即均匀 双折射条件下，上述偏振演变过程将周期重复下去。显 然这个重复周期反映了椭圆截面光纤的固有特性。
高中物理新选修课件激光
单色性好
激光的颜色非常单一，即波长非常集中， 这使得激光在光谱分析等领域具有广泛的 应用。
亮度高
激光的亮度非常高，比太阳表面的亮度还 要高几个数量级。
激光产生原理
受激辐射
激光的产生基于受激辐射原理。当处于高能级的粒子受到外来光子的作用时， 会跃迁到低能级并发出与外来光子完全相同的光子，这个过程称为受激辐射。
激光技术实验设备普及化
随着技术的进步和成本的降低，未来激光技术实验设备将更加普及，更多的学校将能够购置实验设备，为学生提供实 践机会。
教师专业素养提升
未来教育部门将加强对高中物理教师的培训，提高他们在激光技术方面的专业素养和实践经验，为学生 提供更好的教学服务。同时，学校也可以积极引进具有相关专业背景和实践经验的教师，优化师资队伍 结构。
光纤通信优势
与传统的电线通信相比，光纤通信具 有更高的传输速度、更大的传输容量 、更低航系统
激光雷达测距原理
通过发射激光束并测量其反射回来的时间，计算出与目标物体的距离。激光雷达具有高精度、高分辨率和高抗干 扰能力等特点，被广泛应用于测距、地形测绘、环境监测等领域。
国内外激光产业现状及趋势
国内现状
我国激光产业近年来发展迅速，已形成完整的产业链，并在一些领域达到国际先进水平。
国际现状
全球激光产业竞争激烈，美国、德国、日本等国家在激光技术研发和应用方面处于领先地 位。
发展趋势
随着全球制造业的转型升级和新兴市场的崛起，激光产业将迎来更大的发展机遇。同时， 随着技术的不断进步和应用领域的拓展，激光产业将呈现出多元化、高端化的发展趋势。
激光诱导荧光技术
利用激光对原子的辐射压力，实现原 子的冷却和囚禁，为研究原子结构和 性质提供重要手段。
激光专业知识课件
我们远隔千里就可以同亲人朋友通话，也是激
光的功劳，因为光纤传送的正是激光。
而近年来兴起的激光美容更给越来越多的爱美
人士带来了更多便捷的美容手段。
激光/许本芳
3
第一章 激光的概述
第二节 激光简介
激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之 后，人类的又一个重大发明，被称为“最快的刀”、“镭捷” 激光灯管、“最准的尺”、“最亮的光”和“奇异的激光”。
第一节 激光器的结构图——内部结构图
全反射镜
激励源
工作物质
L
光学谐振腔
激光输出 部分反射镜
激光
激光/许本芳
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第二章 激光的认识
第一节 激光器的结构图——内部结构图详解
激光/许本芳
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第二章 激光的认识
第二节 激光器的结构功能——工作物质
激光作为光学家族的一员，具有波粒二相性，一方面激光是由无数光子组成，具有光的 粒子性；另一方面，其本身也是一种电磁波。
Eh
h
h
h
El
图三
激光/许本芳
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第二章 激光的认识
第五节 激光产生的原理——光放大
光放大：若有一批原子处于高能态(Eh)，则 在一个入射光子(h=Eh-El)的作用下，
会通过一系列受激辐射产生不断倍增的完全相同的光子。
图四
激光/许本芳
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第二章 激光的认识
第四节 激光产生的原理
工作物质在激励源的作用下发生粒子数反转，通过谐振腔内的振荡和放大，产生正反 馈式的连锁反应，从而发射出频率、方向、偏振状态、相位一致的光——激光。
选择适当的波长和脉宽小于目标组织的热弛豫时间就会使目标组织受到选择性的损害。
8 激光
问题1 什么是激光？
* 激光是原子受激辐射产生的光。激光 是一种特殊的光，自然界中的发光体不能 发出激光。
** 激光是人工相干光，发光的方向、频 率、偏振方向均相同，两列相同激光相遇可 以发生干涉。
1958年，人类在实验室里激发出了一种自然界 没有的光——激光（laser）。半个世纪以来，激光 已经深入到我们生活的各个方面，打长途电话、看 DVD、在医院里做手术、煤矿里挖掘坑道……，都 用得着激光。
光的什么特性？ • 问题5：激光有哪些应用前景？
板书设计
第四节 激 光
1．激光的产生：受激辐射→光放大 2．激光的特性：强度大、方向性好、单 色性好、相干性好、覆盖波段宽而且可 调谐 3．激光的应用：激光加工、激光检测、 激光通信、激光医学、激光照排、光盘、 测距、测速、国防、科技等
活动二 激光的应用
问题1 针对激光的以上特性，你觉得激光会有哪 些方面的典型应用?
激光的典型应用：
1．激光加工（能量大） 2．激光加工（相干性好） 3．激光检测（亮度高） 4．激光通信（平行度高、能够调制） 5．激光医学（能量大、平行度高） 6．激光照排（平行度高等）
Байду номын сангаас
小结：
• 问题1：激光是怎样的一种光？ • 问题2：自然界存在激光吗？ • 问题3：激光的特性有哪些？ • 问题4：激光有哪些典型的应用？分别利用了激
激光为何如此神奇？ 它为什么有这么大的用途？
4高中物理教科版 选修3-4 第五章 光的波动性 激光
活活动动一一 激光的产生
问题2 激光是如何产生的？（了解）
稳态、亚稳态、粒子数反转、受激辐射
活动二 激光的特殊性质
问题3 你对激光有何认识？激光的特性有哪些？
新课标教科版3-4选修三5.4《激光》课件
03
按工作物质分类
固体激光器、气体激光器、 液体激光器和半导体激光 器等。
按输出功率分类
低功率激光器、中功率激 光器和千瓦以上高功率激 光器等。
按工作方式分类
连续激光器和脉冲激光器 等。
02 激光的原理与技术
激光的产生原理
受激发射
在特定条件下，原子或分子的电子从低能级跃迁到高能级，再从高能级跃迁回低 能级，释放出光子，形成激光。
详细描述
由于激光的稳定性与可靠性，激光技术在精 密测量、通信和导航等领域具有广泛的应用 。例如，在精密测量领域，激光干涉仪被广 泛应用于长度、角度和位移等的测量；在通 信领域，激光的高带宽和低损耗特性使得光 纤通信成为可能；在导航领域，激光雷达被
广泛应用于距离、速度和位置等的测量。
04 激光的应用实例
测量
激光的相干性和单色性使 其在长度、角度、距离等 测量领域具有广泛应用。
加工
激光的高能量密度可用 于切割、焊接、打标等
加工领域。
军事
激光武器可用于防御和 攻击，激光雷达可用于
目标识别和导航。
03 激光的特性与优势
激光的高亮度特性
总结词
激光的高亮度特性使其在许多领域具有广泛的应用价值。
详细描述
激光的高亮度特性使其在照明、显示、打印等领域具有显著的优势。例如，在照明领域，激光的高亮度特性使其 成为夜间照明和舞台表演的理想选择；在显示领域，激光的高亮度特性使得全息投影和激光电视等显示技术得以 实现；在打印领域，激光的高亮度特性使得高清晰度打印成为可能。
激光的相干性
总结词
激光的相干性使其在干涉、衍射和光谱分析等领域具有广泛的应用。
详细描述
由于激光的相干性，激光干涉和衍射技术被广泛应用于测量和加工领域。此外，激光的相干性还使得 光谱分析技术得以实现，通过对激光光谱的测量和分析，可以获得物质成分、结构和状态等信息。
2018年高中物理 第十三章 光 第7、8节 光的颜色 色散 激光
K12课件
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(2)激光的平行度好。从激光器发出的激光具有极好的 平行性，几乎是一束方向不变、发散角很小的平行光。传 播几千米后，激光斑扩展范围不过几厘米，而探照灯的光 束能扩展到几十米范围。
(3)亮度高。激光可以在很小的空间和很短的时间内集 中很大的能量。
K12课件
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[试身手]
4．(多选)关于激光，下列说法正确的是
光屏中央均出现亮条纹，各色光复合成白光，所以中央亮条
纹为白色。由Δx＝
l d
λ可知，不同色光的干涉条纹间距Δx随波
长的增大而增大，紫光的波长最短，所以靠近中央亮条纹两
侧最先出现的是紫色条纹。故C正确。
答案：C
K12课件
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薄膜干涉中的色散
薄膜干涉
[探新知·基础练]
(1)观察薄膜干涉：如图所示，把这层液膜当成一个平面
只要是波就能发生衍射现象，D项错误。 答案：AC
K12课件
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薄膜干涉的理解与应用
[典例1] (多选)如图甲所示，用单色光照射透明标准板M来
检查平面N的上表面的平滑情况，观察到的图象如图乙所示的条
纹中的P和Q的情况，这说明 A．N的上表面A处向上凸起
()
B．N的上表面B处向上凸起
C．N的上表面A处向下凹陷
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[释疑难·对点练]
各种色光特性的比较
各种色光 频率
折射率 经三棱镜折射时的偏向角
波长 介质中的波速
红橙黄绿青蓝紫 小→大 小→大 小→大 长→短 大→小
K12课件
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[试身手]
3．红、绿、黄三条入射光线，分别沿与三棱镜的底面平行的方
向射入三棱镜的一个侧面，从三棱镜的另一个侧面射出，且
高中物理选修3---4第十三章第八节《激光》新课教学课件
全息照相：
参考光
照相底片
物光 物
反射光
同一激光束被分成两束，参考光直接照到底片上，物 光也到达底片。两者干涉，在底片上形成复杂的干涉 条纹，各点的明暗程度反映了叠加的加强和减弱的情 形。
照明光
全
息
照
人眼
片
全息照片的观看：
用激光照射全息照片，在照片的另一侧观看原物体 的立体的像。
• 用肉眼去看，全息照片上只有些乱七八糟 的条纹
选修3—4 第十三章 光
§13.8 激光
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。
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“结
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，激光雷达 可精确测距测速
可会聚于很小的一点，记录信 DVD、CD、VCD机，
息密度高
计算机光驱
可在很小空间短时间内集中很 激光切割、焊接、
亮度高 大能量
打孔、医疗手术
产生高压引起核聚变
人工控制聚变反应
激光的发展史
第十三章 第7、8节 光的颜色 色散 激光
图13－7－1
图13－7－2
返回
①一束白光通过三棱镜后形成如图13－7－2的光谱，由 上到下的色光顺序为：红、橙、 黄、 绿 、 蓝 、靛、紫。
它说明白光是由这七种色光组成的复色光。
②结论：白光色散时， 的偏向角最小， 红光 紫光 的偏向角最大。这说明同种物质对波长不同的光的折射率不一样，
波长 越短 ③不同色光在同种介质中有以下关系：f越大，λ越小， ，v越小，θ越 大 ，θ越小。 ；f越小，λ越 大 ，n越小，v ，折射率越大。
答案：B
返回
5．关于激光的应用问题，下列说法中正确的是
(
)
A．光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号 进行调制，使其在光导纤维中传递信息的 B．计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用 了激光有相干性的特点 C．医学中用激光作“光刀”来切除肿瘤是应用了激光 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
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高中物理课件
新知预 习·巧设计
第 十 三 章 第 7、 8 节 要点一 要点二 要点三 随堂检 测 归纳小 课下作 结 业 综合提 升
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名师课 堂·一点通
创新演 练·大冲关
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1．知道白光是由多种色光组成的。 2．能说明薄膜干涉条纹的特点，能解
释薄膜干涉的成因。
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[关键一点]
观察薄膜干涉现象时，必须在有光照的一侧。
3．衍射时的色散
用白光进行衍射实验时，得到的是 彩色
是由于白光中包含各种颜色的光，不同色光亮条纹的
条纹，这
位置
不同造成的。
返回
4．折射时的色散 (1)偏向角：光通过棱镜后向它的横截面 的 底边 方向偏折，如图13－7－1所示中的θ
《激光基础知识》课件
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汇报人：PPT
原理：通过发射激 光束并接收反射信 号，测量距离和速 度
应用：自动驾驶、 机器人、测绘等 领域
优势：精度高、 速度快、抗干扰 能力强
发展趋势：小型 化、低成本、高 可靠性
激光手术：用于眼科、皮肤科、 牙科等手术
激光治疗：用于癌症、心血管 疾病等疾病的治疗
激光诊断：用于医学影像、病 理诊断等领域
激光美容：用于皮肤美容、整 形等领域
激光的产生：通过受激辐射产生光子，形成激光 激光的特性：单色性、相干性、方向性和亮度高 激光的应用：通信、医疗、工业、军事等领域 激光的安全：激光操作需要遵守安全规定，防止眼睛和皮肤受到伤害
方向性好：激光束在传播过程中几乎不发散，具有很高的方向性。 亮度高：激光的亮度比普通光源高出数亿倍，甚至更高。 单色性好：激光的波长非常单一，具有很高的单色性。 相干性好：激光的相干性非常好，可以产生干涉、衍射等光学现象。
工业领域：激光切割、激光 焊接、激光打标等
医疗领域：激光手术、激光 美容等
科研领域：激光测距、激光 雷达、激光通信等
娱乐领域：激光投影、激光 表演等
激光的产生与控制
激光的产生原理： 受激辐射
激光的产生过程： 原子或分子吸收 能量后，从低能 级跃迁到高能级， 再跃迁回低能级， 释放出光子
激光的波长：取 决于产生激光的 原子或分子的能 级差
激光对生物体的影响主要体现在热效应、光化学 效应和生物效应三个方面。
热效应：激光照射生物体时，生物体吸收激光能 量，产生热效应，导致生物体组织温度升高，甚 至烧伤。
光化学效应：激光照射生物体时，生物体 吸收激光能量，产生光化学效应，导致生 物体组织发生化学反应，甚至破坏生物体 组织。
2018-2019年高中物理人教版《选修3-4》《第十三章 光》《第八节 激光》同步练习试卷【10】含答案考点及解析
2018-2019年高中物理人教版《选修3-4》《第十三章光》《第八节激光》同步练习试卷【10】含答案考点及解析班级:___________ 姓名：___________ 分数：___________1．答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息2．请将答案正确填写在答题卡上一、选择题1.如图所示的4种明暗相间的条纹，是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样（黑色部分表示亮纹）。
则在下面的四个图中，哪个图是蓝光形成的干涉图样A．B．C．D．【答案】A【解析】试题分析：干涉图样的条纹间的距离都是相等的，衍射时最中间的条纹最粗，向两旁依次变细，故A、C是干涉图样，B、D是衍射图样；又由于红光比蓝光的折射率小，频率小，而光速不变，所以红光的波长较长，则蓝光波长较短，所以蓝光形成的干涉图样条纹间的距离较小，所以A是蓝光形成的干涉图样，该题选A。
考点：干涉与衍射图样。
2.对于做简谐运动的单摆，下列说法中正确的是 ( )A．在位移为正的区间，速度和加速度都一定为负B．当位移逐渐增大时，回复力逐渐增大，振动的能量也逐渐增大C．摆球经过平衡位置时，速度最大，势能最小，摆线所受拉力最大D．摆球在最大位移处时，速度为零，处于平衡状态【答案】C【解析】试题分析：如图所示，由简谐运动的可知，0-时间内位移为正，单摆向平衡位置运动，速度和加速度方向相同，但在时间内位移为正，单摆向远离平衡位置的方向运动，速度方向改向，加速度方向不变，所以速度方向可正可负，而加速度方向一定是负方向，A 选项错误；当位移逐渐增大时，回复力也逐渐增大，由于系统只有重力做功，所以系统机械能守恒，振动的能量不变，所以B 选项错误；摆球经过平衡位置时，重力做功的正功最多速度最大，动能最大，势能最小，再由牛顿第二定律知摆线所受拉力最大，所以C 选项正确；摆球在最大位移处时，速度为零，既向心方向合力为零，但切线方向合力充当回复力，且最大，所以物体不是处于平衡状态，D 选项错误。
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第七节激光
【学习目标】
1、通过阅读课本第71页“激光的特点及其应用”能总结出激光的特点并能结合激光
的相关特点能说出激光在生活当中的相关应用及与自然光的区别
2、通过阅读课本第72页“全息照相”能够说出全息照相的基本原理并能比较出全息
照片的特点
【自学内容】
一、激光的特点及其应用
1、激光和激光的产生
①发光机理：光是从物质的中发射出来，原子获得能量以后处于不稳定状态，它会以的形式把能量发射出去，普通光源中原子在什么时候发光，超那个方向发光都是的，发出的光的也不一样，这样的光在叠加时就不能发生干涉，是光
②激光：原子产生的光，光的方向、频率、偏振方向均
它是人工产生的相干光
③激光的产生：现代科学技术应用中用产生激光
2、激光的特点：
①相干性：激光具有频率、、相位差、偏振方向
一致的特点，是人工产生的相干光，具有高度的相干性，生活应用：
②平行度：激光的非常好，传播很远的距离仍能保持一定的强度生活中的应用：激光，读取光盘上的记录的信息等
③亮度高：它可以在很小的和内集中很大的
生活中的应用：用激光束切割焊接，医学上可以用激光做“光刀”，激发核反应等
例题1．对激光的认识，下列说法正确的是( )
A．普通光源发出的光都是激光B．激光是自然界带隳存在的一种光C．激光是一种人工产生的相干光D．激光已经深入我们生活的各个方面例题2．利用激光很容易实现光的干涉现象，这是因为( )
A．激光的亮度高B．激光的方向性好
C．激光的频率、偏振方向几乎相同D．激光的能量集中
二、全息照相
1、普通的照相技术记录的只是光波的信息，而全息照相技术还可以记录光波的信息
2、全息照相机的拍摄利用的是光的原理，使和物光在底片上相遇，发生干涉，形成复杂的干涉条纹，这要求参考光和物光必须具有很高的性
3、观察全息照片时要用照射照片，从另一侧观察可以看到原物体的的像例题3.下列说法中正确的是( )
A．普通照相技术所记录的只是光波的强弱信息，而全息照相技术还可以记录光波的相位信息
B ．全息照片的拍摄利用了光的衍射原理
C ．激光的出现使全息技术得到了长足的发展
D ．立体电影的拍摄利用的是全息照相技术
三、激光和自然光的区别
1．下列说法正确的是 ( )
A ．如果地球表面没有大气层，太阳照亮地球的范围要比有大气层时略大些
B ．激光是一种人工产生的相干光，因此可对它进行调制来传递信息
C ．激光雷达能根据多普勒效应测出目标的运动速度，从而对目标进行跟踪
D ．从本质上说激光是横波
2．激光具有相干性好、平行度好、亮度高等特点，在科学技术和日常生活中应用广泛．下面关于激光的叙述正确的是 ( )
A ．激光是纵波
B ．频率相同的激光在不同介质中的波长相同
C ．两束频率不同的激光能产生干涉现象
D ．利用激光平行度好的特点可以测量月球到地球的距离
6．下列说法正确的是 ( )
A ．激光可用于测距
B ．激光能量十分集中，只可用于加工金属材料
C ．外科研制的“激光刀”可以有效地减少细菌的感染
D ．激光可用于全息照相，有独特的特点
7．纳米科技是跨世纪新科技，将激光束宽度聚焦到纳米范围，可修复人体已损坏的器官，对DNA 分子进行超微型基因修复，把令人类无奈的癌症、遗传疾病彻底根除．
(1)这是利用了激光的 ( )
A ．单色性
B ．方向性
C ．高能量
D ．粒子性
(2)纳米科技是人类认识自然的一个新层次，1 nm 等于 ( )
A ．10-6 m
B ．10-9 rn
C 10-10m
D ．10-12 m
8．激光散斑测速是一种崭新的测速技术，它应用了光的干涉原理．用二次曝光照相所获得的“散斑对”相当于双缝干涉实验中的双缝，待测物体的速度与二次曝光时间间隔的乘积等于双缝间距．实验中可测得二次曝光时间间隔△t 、双缝到屏之间距离l 以及相邻两条亮纹间距△x ．若所用激光波长为λ，则该实验确定物体运动速度的表达式是( )
A ．t l x v ∆∆=
λ B ．t x l v ∆∆=λ C ．t x l v ∆∆=λ D ． x t l v ∆∆=λ。