走山地层下陷(同名42)课件.ppt

1、雷射發光雷射發光50歲歲愛因斯坦的威力愛因斯坦的威力名人出頭天名人出頭天 1999年年時代時代 他去世後他去世後4個月第個月第99號元素命名為鑀號元素命名為鑀愛因斯坦衛星愛因斯坦衛星X射線天文衛星射線天文衛星（1978年年）。）。發現幾乎所有已知的發現幾乎所有已知的類星體都是類星體都是X射線源射線源。促進促進X射線天文學的發射線天文學的發展展。1905年發表年發表6文文1.光的產生和轉化的試探觀光的產生和轉化的試探觀（波粒二元性）（波粒二元性）2.分子大小的新測定方法分子大小的新測定方法3.分子運動的靜液體中懸浮粒子的運動分子運動的靜液體中懸浮粒子的運動4.動體的電動力學動體的電動力學（光速不

2、變、相對原理）（光速不變、相對原理）5.物體的慣性與能量關係物體的慣性與能量關係（E=mc）6.布朗運動布朗運動2005年：世界物理年年：世界物理年 100年後年後繼續酷繼續酷cool 1915年愛因斯坦發表了廣義相對論。年愛因斯坦發表了廣義相對論。光線經過太陽重力場要彎曲的預言，光線經過太陽重力場要彎曲的預言，1919年由英國天文學家愛丁頓的日全蝕觀測結年由英國天文學家愛丁頓的日全蝕觀測結果所證實。果所證實。1916年他預言的重力波在年他預言的重力波在1978年也得到了年也得到了證實。證實。愛因斯坦得獎愛因斯坦得獎 1917年論輻射的量子性提出受激輻射年論輻射的量子性提出受激輻射理論，成為雷

3、射的理論基礎。理論，成為雷射的理論基礎。在光電效應方面的研究，在光電效應方面的研究，1921年諾貝爾物年諾貝爾物理學獎。理學獎。人的好奇心人的好奇心 1955年逝世。年逝世。醫院病理醫生私取大腦保存，希望未來神醫院病理醫生私取大腦保存，希望未來神經科學界能研究愛因斯坦大腦，以發現愛經科學界能研究愛因斯坦大腦，以發現愛因斯坦那麼聰明的原因。因斯坦那麼聰明的原因。愛因斯坦遺囑：愛因斯坦遺囑：無無喪禮喪禮、不築墓不築墓、不立碑不立碑、骨灰撒在永遠保密骨灰撒在永遠保密處（不處（不成聖地成聖地）。去釣魚？去釣魚？拉提琴可維生拉提琴可維生 愛因斯坦的後半生尋找統一場論，沒有成愛因斯坦的後半生尋找統一場論，

4、沒有成功。功。愛因斯坦在愛因斯坦在1925年之後就應該去釣魚，年之後就應該去釣魚，而不是繼續做研究。而不是繼續做研究。光電效應光電效應光電效應是指物質吸收光子並光電效應是指物質吸收光子並激發出自由電子的行為。當金激發出自由電子的行為。當金屬表面在特定的光輻照作用下，屬表面在特定的光輻照作用下，金屬會吸收光子並發射電子，金屬會吸收光子並發射電子，發射出來的電子叫做光電子。發射出來的電子叫做光電子。光子能量光子能量=移出一個電子所需移出一個電子所需的能量的能量+被發射的電子的動能被發射的電子的動能太陽能板、計算機太陽能板、計算機鎂射鎂射1954 年年 Charles H.Townes（1964諾貝

5、爾獎）諾貝爾獎）鎂射（鎂射（Maser）Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation氫氣鎂射氫氣鎂射雷射終於誕生雷射終於誕生 1950年後，微波技術發達年後，微波技術發達，選定氨作為微波活性介，選定氨作為微波活性介質，首先出現鎂射質，首先出現鎂射，但但實實用價值較低，因此仍然希用價值較低，因此仍然希望得到光束的放大作用。望得到光束的放大作用。1960 年年Mainman 及及 Javan 產生世上第一部紅寶石脈產生世上第一部紅寶石脈衝雷射。衝雷射。雷射雷射Laser Light amplification by stim

6、ulated emission of radiation雷射？雷射？雷射是指窄幅頻率的光輻射線。雷射是指窄幅頻率的光輻射線。通過受激輻射放大和必要的反饋共振，產通過受激輻射放大和必要的反饋共振，產生準直、單色、相干的光束的過程及儀器生準直、單色、相干的光束的過程及儀器。主要部件主要部件1.活躍雷射介質活躍雷射介質2.光泵浦能量光泵浦能量3.高反射率反射鏡高反射率反射鏡4.輸出功率耦合器輸出功率耦合器5.雷射光束雷射光束雷射通用標誌雷射通用標誌雷射實驗雷射實驗雷射理論基礎雷射理論基礎 1958年，美國肖洛年，美國肖洛(Schawlow)和湯斯和湯斯(Townes)：氖：氖燈光照稀土晶體，會發出鮮

7、艷、始終會聚在一起燈光照稀土晶體，會發出鮮艷、始終會聚在一起的強光。的強光。雷射原理雷射原理：物質在受到與其分子固有振蕩頻物質在受到與其分子固有振蕩頻率相同的能量激發時，會產生不發散的強光率相同的能量激發時，會產生不發散的強光（雷雷射射）。1964年諾貝爾物理學獎。年諾貝爾物理學獎。雷射出爐雷射出爐 1960年，美國休斯實驗室科學家梅曼年，美國休斯實驗室科學家梅曼（Mainman）：）：世上第一台雷射誕生世上第一台雷射誕生。用一個高強閃光燈管刺激紅寶石。紅寶石是摻鉻用一個高強閃光燈管刺激紅寶石。紅寶石是摻鉻原子的剛玉，紅寶石受激時，就發出紅光。原子的剛玉，紅寶石受激時，就發出紅光。在表面鍍反光

8、鏡的紅寶石表面鑽孔，在表面鍍反光鏡的紅寶石表面鑽孔，讓讓紅光溢出紅光溢出，產生集中，產生集中的纖細紅色光柱的纖細紅色光柱。不知而行不知而行知而行知而行 愛迪生發明燈泡光源時，科愛迪生發明燈泡光源時，科學不知而行學不知而行。各各種種東西（木炭、羽毛、頭東西（木炭、羽毛、頭髮髮）受受測是否適合作為燈絲測是否適合作為燈絲。直到鎢絲直到鎢絲，足足亮足足亮5分鐘，全分鐘，全場歡呼。場歡呼。雷射尚未問世之前，科學家雷射尚未問世之前，科學家就已預言這種高同調光的存就已預言這種高同調光的存在。在。（光波波前形狀光波波前形狀、波長波長、頻率一致、頻率一致）雷射原理雷射原理-1 電子的運動狀態可以分為不同的能級，

9、電電子的運動狀態可以分為不同的能級，電子從高能級向低能級躍遷時，會釋放出相子從高能級向低能級躍遷時，會釋放出相應能量的電磁波（所謂自發輻射）。應能量的電磁波（所謂自發輻射）。一般的發光體中，這些電子釋放光子的動一般的發光體中，這些電子釋放光子的動作是隨機的，所釋放出的光子也沒有相同作是隨機的，所釋放出的光子也沒有相同的特性，例如鎢絲燈發出的光。的特性，例如鎢絲燈發出的光。雷射原理雷射原理-2 外加能量（電場、光子、化學外加能量（電場、光子、化學）注入能級系統並吸收）注入能級系統並吸收 導致電子從低能級向高能級躍遷（受激吸收）導致電子從低能級向高能級躍遷（受激吸收）高能級的電子會因受誘導而遷到低

10、能級並釋放出光子（高能級的電子會因受誘導而遷到低能級並釋放出光子（受激輻射）受激輻射）再受外加能量再受外加能量，光強度越來越大（放大），所有光子，光強度越來越大（放大），所有光子都有相同頻率、相位、前進方向。都有相同頻率、相位、前進方向。細究雷射細究雷射-1 激發來源（激發來源（pumping source）：把能量供給低能級的）：把能量供給低能級的電子，激發使其成為高能級電子，能量供給的方式有電苛電子，激發使其成為高能級電子，能量供給的方式有電苛放電、光子、化學作用放電、光子、化學作用。增益介質（增益介質（gain medium）：被激發、釋放光子的電）：被激發、釋放光子的電子所在的物質，其

11、物理特性會影響所產生雷射的波長等特子所在的物質，其物理特性會影響所產生雷射的波長等特性。性。細究雷射細究雷射-2 共振腔（共振腔（resonator）：兩互平行鏡，一全）：兩互平行鏡，一全反射，一半反射。把光線在反射鏡間來回反射反射，一半反射。把光線在反射鏡間來回反射，使激光經過增益介質多次以得到足夠的放大，使激光經過增益介質多次以得到足夠的放大，放大到可穿透半反射鏡時，雷射從半反射鏡，放大到可穿透半反射鏡時，雷射從半反射鏡射出。射出。兩鏡間距能產生共振的波長才能產生雷射。兩鏡間距能產生共振的波長才能產生雷射。雷射種類雷射種類 根產生雷射的介質，分為液體、氣根產生雷射的介質，分為液體、氣體、固

12、體雷射。體、固體雷射。二氧化碳雷射器：波長約二氧化碳雷射器：波長約10.6 m（紅外線），重要的工業雷射。（紅外線），重要的工業雷射。鈦藍寶石雷射器：具有較寬的波長鈦藍寶石雷射器：具有較寬的波長調節範圍（調節範圍（670nm1200nm）雷射的應用雷射的應用 光纖通信、雷射光譜、雷射測距、雷射雷光纖通信、雷射光譜、雷射測距、雷射雷達、雷射切割、雷射武器、雷射唱片、雷達、雷射切割、雷射武器、雷射唱片、雷射美容、雷射掃瞄、雷射滅蚊器射美容、雷射掃瞄、雷射滅蚊器射向空中一點的射向空中一點的3條綠色雷射光條綠色雷射光連續雷射器連續雷射器地理用雷射測量器地理用雷射測量器微軟前首席技術微軟前首席技術長長改

13、行發明改行發明雷雷射滅蚊器射滅蚊器雷雷射滅蚊器射滅蚊器 新型蚊子雷射的製造成本最低只有新型蚊子雷射的製造成本最低只有50美元美元 雷射每秒可擊斃雷射每秒可擊斃50只到只到100只蚊子只蚊子 用鐳射為宅所和醫院周圍創造保護性屏障用鐳射為宅所和醫院周圍創造保護性屏障 用於農場，替代殺蟲劑用於農場，替代殺蟲劑光纖通訊光纖通訊 雷射武器雷射武器 致盲致盲 穿孔穿孔 層裂層裂雷射唱片雷射唱片-1 A 聚碳酸酯光碟層，通過撞擊來記錄數據聚碳酸酯光碟層，通過撞擊來記錄數據B 光澤面反射雷射光澤面反射雷射C 一層清漆可以使光澤面保持發光一層清漆可以使光澤面保持發光D 藝術樣品印製在最上端的盤面藝術樣品印製在最

14、上端的盤面E 用雷射束讀取數據時，它會反射到感測器用雷射束讀取數據時，它會反射到感測器上並轉換為電子信號上並轉換為電子信號雷射唱片雷射唱片-2 CD在在1982年面世，至今仍然是商業錄音的年面世，至今仍然是商業錄音的標準儲存格式。標準儲存格式。在在CD尚未發明之前，音響系統都是屬於尚未發明之前，音響系統都是屬於模擬制式的，音樂的來源大多是模擬制式的，音樂的來源大多是30公分公分直徑的直徑的LP唱片、收音機，以及錄音機等，唱片、收音機，以及錄音機等，CD發明之前根本就沒有數位音響，因此發明之前根本就沒有數位音響，因此CD可說是繼電晶體以來最偉大的發明。可說是繼電晶體以來最偉大的發明。風險風險-1

15、 一般量測使用低能量的可見光雷射或可見一般量測使用低能量的可見光雷射或可見光雷射，對於皮膚，衣物，任何物質的測光雷射，對於皮膚，衣物，任何物質的測量物件均無傷害性，同時，發射的光束並量物件均無傷害性，同時，發射的光束並不夾雜不可見光或其它具有傷害性輻射，不夾雜不可見光或其它具有傷害性輻射，但絕不可目視雷射光束及光束中的鏡面或但絕不可目視雷射光束及光束中的鏡面或高反射率物體的反射光。高反射率物體的反射光。風險風險-2 因此不可使雷射光照射到任何他人的眼睛因此不可使雷射光照射到任何他人的眼睛或面部，最好限制不必要的旁觀者旁觀。或面部，最好限制不必要的旁觀者旁觀。在實驗區域附近，也不可亂置一些不必要

16、在實驗區域附近，也不可亂置一些不必要的反光物，尤其是鏡面類物品，更須嚴格的反光物，尤其是鏡面類物品，更須嚴格列管，對與雷射光路同一水平的鏡片，要列管，對與雷射光路同一水平的鏡片，要格外留意。格外留意。雷射雷射-3 雷射光實驗區域附近，不可亂置不必要的雷射光實驗區域附近，不可亂置不必要的反光物，尤其是鏡面類物品反光物，尤其是鏡面類物品。安全標準安全標準 等級等級I：不需安全措施；如：不需安全措施；如10W以下可見光以下可見光雷射。雷射。等級等級II：如：如1mW以下。以下。等級等級IIIa：稍微危險，如：稍微危險，如5mW以下。以下。等級等級IIIb：相當危險，不可直接觀察光束內：相當危險，不可直接觀察光束內部；如部；如500mW以下。以下。等級等級IV：非常危險，有燒傷皮膚丶引發火災：非常危險，有燒傷皮膚丶引發火災的危險；如的危險；如500mW以上。以上。