1、选修选修3 34 4 第十三章第十三章 光光13.8激激 光光 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。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。在向低能态跃迁的过程中，会发出光。普通光源普通光源（白炽灯、日光灯、高压水银灯）（白炽灯、日光灯、高压水银灯）的发光过程为的发光过程为自发辐射自发辐射。各原子自发辐射发出。各原子自发辐射发出的光彼此独立，频率、振动方向、相位不一定的光彼此独立，频率、振动方向、相位不一定相同相同为为非相干光非相干光。一、激光及其产生一、激光及其产生1 1
2、、概念：、概念：激光准确内涵是激光准确内涵是“辐射的受激发射的光放大辐射的受激发射的光放大”。英文全称为英文全称为Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation 缩写为缩写为LaserLaser，中文也常音译为，中文也常音译为“镭射镭射”。2 2、产生机理：、产生机理：原子受激辐射后发生跃迁原子受激辐射后发生跃迁 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，在向低能态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跃迁时辐射出相位、频率、方向相位、频率、方向等完全相同的
3、等完全相同的光，这种光叫作激光。光，这种光叫作激光。2E1E发光前发光前h发光后发光后 1916年爱因斯坦在玻尔能及理论基础上提出辐年爱因斯坦在玻尔能及理论基础上提出辐射的量子理论，是产生激光的基本原理。射的量子理论，是产生激光的基本原理。激光的发展史 1958年，贝尔实验室的汤斯和肖洛发表了年，贝尔实验室的汤斯和肖洛发表了关于激光器的经典论文，奠定了激光发展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司年，美国加利福尼亚州休斯航空公司实验室的研究员梅曼发明了世界上第一台实验室的研究员梅曼发明了世界上第一台红宝石激光器。红宝石激光器。1965年，第
4、一台可产生大功率激光的器件年，第一台可产生大功率激光的器件-二氧化碳激光器诞生。二氧化碳激光器诞生。1967年，第一台射线激光器研制成功。年，第一台射线激光器研制成功。梅梅曼曼和和第第一一只只激激光光器器红宝石激光器二、激光的特性及应用1.相干性应用：相干性应用：光纤通讯、激光全息技术光纤通讯、激光全息技术2.平行度好：平行度好：测距、测速（激光雷达测速）测距、测速（激光雷达测速）信息存储和阅读（信息存储和阅读（DVDDVD、CDCD唱唱 机、计算机光盘机、计算机光盘3.亮度高（能量高）：亮度高（能量高）：工业切割、焊接；工业切割、焊接；医学医学“光刀光刀”、焊接。、焊接。利用强激光产生的高压
5、引发核聚变。利用强激光产生的高压引发核聚变。2 2、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）利用高功能激光摧毁敌方卫星、导弹、飞机、坦克等大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）型目标的武器。（现仍在研制阶段）历史与现状：历史与现状：19731973年春，美军用激光炮一举击落长年春，美军用激光炮一举击落长4.57m4.57m时速时速482.8Km482.8Km的飞行靶机的飞行靶机;19761976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900m900m高高空的高空无人架驶飞机空的高空无人架驶飞机;1978197
6、8年美国陆军用激光炮在年美国陆军用激光炮在1-2Km1-2Km内击落内击落正在高速飞行的正在高速飞行的“陶式陶式”反坦克导弹弹头裂反坦克导弹弹头裂成碎片成碎片;3.激光器的种类A.气体激光器气体激光器:最常见的是氦氖激光器最常见的是氦氖激光器,另一种典另一种典型代表是氩离子激光器型代表是氩离子激光器 B.B.固体激光器固体激光器:红宝石激光器红宝石激光器,钇铝石榴石激光器钇铝石榴石激光器 C.C.液体、化学和半导体激光器液体、化学和半导体激光器D D.“.“隐身隐身”和和“变色变色”激光器激光器:二氧化碳激光器，二氧化碳激光器，可称可称“隐身人隐身人”，因为它发出的激光波长为，因为它发出的激光
7、波长为10.610.6微米，微米，“身身”处红外区，肉眼不能觉察处红外区，肉眼不能觉察;确实能变色确实能变色,只要转动一个激光器上的旋钮，就只要转动一个激光器上的旋钮，就可以获得红、橙、黄、绿、青、蓝、紫各种颜可以获得红、橙、黄、绿、青、蓝、紫各种颜色的激光。色的激光。“魟鱼魟鱼”激光致盲武器激光致盲武器1982年开始研制，年开始研制，1990年年1-3月在野外试验成月在野外试验成功，海湾战争中装配在功，海湾战争中装配在美军第七步兵师，参加美军第七步兵师，参加了了“沙漠盾牌沙漠盾牌”和和“沙漠沙漠风暴风暴”作战。作战。激光弦目描准具（英国）激光弦目描准具（英国）是一种激光致盲描准具，是一种激光
8、致盲描准具，1982年马鸟战争期间安装在年马鸟战争期间安装在“竞技神竞技神”号战舰上，实战中效果良好，造成号战舰上，实战中效果良好，造成3架阿根廷架阿根廷飞机失事。所有这一切均是保密的。直致飞机失事。所有这一切均是保密的。直致1989年英军舰年英军舰“考文垂考文垂”号上因帆布未盖好才被记者拍下照片，号上因帆布未盖好才被记者拍下照片，1990年公布于世。年公布于世。全息照相：全息照相：参考光参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。照明光照明光全全息息
9、照照片片人眼人眼全息照片的观看：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。的立体的像。用肉眼去看，全息照片上只有些乱七八糟用肉眼去看，全息照片上只有些乱七八糟的条纹的条纹 用一束激光去照射该照片，眼前就会出现用一束激光去照射该照片，眼前就会出现逼真的立体景物逼真的立体景物 从不同的角度去观察，可从不同的角度去观察，可以看到原来物体的不同侧面以看到原来物体的不同侧面 每一片碎片都包括被摄物体的完整信息每一片碎片都包括被摄物体的完整信息【例题】激光全息照相技术主要是利用激光激光全息照相技术主要是利用激光的哪一种优良特性（的哪
10、一种优良特性（）A A、亮度高、亮度高B B、方向性好、方向性好C C、相干性好、相干性好D D、抗电磁干扰能力强、抗电磁干扰能力强C C【例题】【例题】下面关于普通光和激光的特点叙述正下面关于普通光和激光的特点叙述正确的是（确的是（）A.A.前者是相干光，后者是非相干光。前者是相干光，后者是非相干光。B.B.前者是非相干光，后者是相干光。前者是非相干光，后者是相干光。C.C.都是相干光。都是相干光。D.D.都是非相干光。都是非相干光。B B特点特点作用作用应用实例应用实例相干光相干光可进行调制、传递信息可进行调制、传递信息光纤通信光纤通信平行度平行度非常好非常好传播很远距离能保持一定强度，传播很远距离能保持一定强度，可精确测距测速可精确测距测速激光雷达激光雷达可会聚于很小的一点，记录信可会聚于很小的一点，记录信息密度高息密度高DVDDVD、CDCD、VCDVCD机，机，计算机光驱计算机光驱亮度高亮度高可在很小空间短时间内集中很可在很小空间短时间内集中很大能量大能量激光切割、焊接、激光切割、焊接、打孔打孔、医疗手术医疗手术产生高压引起核聚变产生高压引起核聚变人工控制聚变反应人工控制聚变反应课堂小结课堂小结
