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1、激光激光选修选修选修选修34348物体发光的微观机理物体发光的微观机理物体发光的微观机理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,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,要向低能态处于不稳定状态,要向低能态处于不稳定状态,要向低能态处于不稳定状态,要向低能态跃迁跃迁跃迁跃迁。在向低能态。在向低能态。在向低能态。在向低能态跃迁跃迁跃迁跃迁的过程中,会发出光。的过程中,会发出光。的过程中,会发出光。的过程中,会发出光。普通光源普通光源普通光源普通光源(白炽灯、日光灯、高压水银灯白炽灯、日
2、光灯、高压水银灯白炽灯、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的发光过程为的发光过程为自发辐射自发辐射自发辐射自发辐射。各原子自发辐射发出的。各原子自发辐射发出的。各原子自发辐射发出的。各原子自发辐射发出的光彼此独立,频率、振动方向、相位不一定相同光彼此独立,频率、振动方向、相位不一定相同光彼此独立,频率、振动方向、相位不一定相同光彼此独立,频率、振动方向、相位不一定相同为为为为非相干光非相干光非相干光非相干光。光光光光是从物质的是从物质的是从物质的是从物质的原子原子原子原子中发射出来的。中发射出来的。中发射出来的。中发射出来的。一激光的产生一激光的产生一激光的
3、产生一激光的产生某些物质的原子中的粒子受光或电刺激,使低某些物质的原子中的粒子受光或电刺激,使低某些物质的原子中的粒子受光或电刺激,使低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,能级的原子变成高能级原子,能级的原子变成高能级原子,能级的原子变成高能级原子,在向低能态跃迁时辐在向低能态跃迁时辐在向低能态跃迁时辐在向低能态跃迁时辐射出射出射出射出相位、频率、方向相位、频率、方向相位、频率、方向相位、频率、方向等完全相同的光,把这种光等完全相同的光,把这种光等完全相同的光,把这种光等完全相同的光,把这种光叫叫叫叫激光激光激光激光。世界上第一台世界上第一台世界上第一台世界上第一
4、台红宝石激光器红宝石激光器红宝石激光器红宝石激光器19601960年,美国物理学家年,美国物理学家年,美国物理学家年,美国物理学家梅曼梅曼梅曼梅曼正在进行一项重要的实验。实验正在进行一项重要的实验。实验正在进行一项重要的实验。实验正在进行一项重要的实验。实验装置里有一根人造红宝石棒。突装置里有一根人造红宝石棒。突装置里有一根人造红宝石棒。突装置里有一根人造红宝石棒。突然,一束深红色的亮光从装置中然,一束深红色的亮光从装置中然,一束深红色的亮光从装置中然,一束深红色的亮光从装置中射出,它的亮度是太阳表面的射出,它的亮度是太阳表面的射出,它的亮度是太阳表面的射出,它的亮度是太阳表面的4 4倍!这是
5、一种完全新型的光,科倍!这是一种完全新型的光,科倍!这是一种完全新型的光,科倍!这是一种完全新型的光,科学家渴望多年而自然界中并不存学家渴望多年而自然界中并不存学家渴望多年而自然界中并不存学家渴望多年而自然界中并不存在的光,它被命名为在的光,它被命名为在的光,它被命名为在的光,它被命名为LaserLaser。二激光的特点及其应用二激光的特点及其应用二激光的特点及其应用二激光的特点及其应用1 1、相干性相干性相干性相干性:激光激光激光激光是一种人工产生的是一种人工产生的是一种人工产生的是一种人工产生的相干光相干光相干光相干光.(相干光的条件:频率相同,相位差恒定,偏振(相干光的条件:频率相同,相
6、位差恒定,偏振(相干光的条件:频率相同,相位差恒定,偏振(相干光的条件:频率相同,相位差恒定,偏振方向一致。)方向一致。)方向一致。)方向一致。)相干性应用相干性应用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:光纤通讯、激光全息技术:光纤通讯、激光全息技术没有光纤和激光器发明就不会有现在的如此没有光纤和激光器发明就不会有现在的如此没有光纤和激光器发明就不会有现在的如此没有光纤和激光器发明就不会有现在的如此发达的互联网。发达的互联网。发达的互联网。发达的互联网。二激光的特点及其应用二激光的特点及其应用二激光的特点及其应用二激光的特点及其应用应用应用应用应用:测距、测速、
7、信息存储和阅读:测距、测速、信息存储和阅读:测距、测速、信息存储和阅读:测距、测速、信息存储和阅读2 2、平行度非常好:平行度非常好:平行度非常好:平行度非常好:从地面上发射的一束极细从地面上发射的一束极细从地面上发射的一束极细从地面上发射的一束极细的激光束,到达月球表面时,也只发散成直径的激光束,到达月球表面时,也只发散成直径的激光束,到达月球表面时,也只发散成直径的激光束,到达月球表面时,也只发散成直径lmlm多多多多的光斑,因此激光在地面上传播时,可以看成是不的光斑,因此激光在地面上传播时,可以看成是不的光斑,因此激光在地面上传播时,可以看成是不的光斑,因此激光在地面上传播时,可以看成是
8、不发散的。发散的。发散的。发散的。手持式雷达手持式雷达手持式雷达手持式雷达测速仪测速仪测速仪测速仪手提激光测距仪手提激光测距仪手提激光测距仪手提激光测距仪 二激光的特点及其应用二激光的特点及其应用二激光的特点及其应用二激光的特点及其应用3 3、亮度高:亮度高:亮度高:亮度高:所谓亮度,是指垂直于光线平面所谓亮度,是指垂直于光线平面所谓亮度,是指垂直于光线平面所谓亮度,是指垂直于光线平面内单位面积上的发光功率,自然光源亮度最高的是内单位面积上的发光功率,自然光源亮度最高的是内单位面积上的发光功率,自然光源亮度最高的是内单位面积上的发光功率,自然光源亮度最高的是太阳,而目前的高功率激光器,亮度可达
9、太阳的太阳,而目前的高功率激光器,亮度可达太阳的太阳,而目前的高功率激光器,亮度可达太阳的太阳,而目前的高功率激光器,亮度可达太阳的1 1万倍万倍万倍万倍应用应用应用应用:工业切割、焊接;医学:工业切割、焊接;医学:工业切割、焊接;医学:工业切割、焊接;医学“光刀光刀光刀光刀”;利;利;利;利用强激光产生的高压引发核聚变。用强激光产生的高压引发核聚变。用强激光产生的高压引发核聚变。用强激光产生的高压引发核聚变。氧化熔化激光切割氧化熔化激光切割氧化熔化激光切割氧化熔化激光切割 激发核聚变激发核聚变激发核聚变激发核聚变特点特点特点特点作用作用作用作用应用实例应用实例应用实例应用实例相干相干相干相干
10、光光光光可进行调制、传递信息可进行调制、传递信息可进行调制、传递信息可进行调制、传递信息光纤通信光纤通信光纤通信光纤通信平行平行平行平行度非度非度非度非常好常好常好常好传播很远距离能保持一定传播很远距离能保持一定传播很远距离能保持一定传播很远距离能保持一定强度,可精确测距测速强度,可精确测距测速强度,可精确测距测速强度,可精确测距测速激光雷达激光雷达激光雷达激光雷达可会聚于很小的一点,记可会聚于很小的一点,记可会聚于很小的一点,记可会聚于很小的一点,记录信息密度高录信息密度高录信息密度高录信息密度高DVDDVD、CDCD、VCDVCD机,计算机光驱机,计算机光驱机,计算机光驱机,计算机光驱亮度
11、亮度亮度亮度高高高高可在很小空间短时间内集可在很小空间短时间内集可在很小空间短时间内集可在很小空间短时间内集中很大能量中很大能量中很大能量中很大能量激光切割、焊接、激光切割、焊接、激光切割、焊接、激光切割、焊接、打孔、医疗手术打孔、医疗手术打孔、医疗手术打孔、医疗手术产生高压引起核聚变产生高压引起核聚变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人工控制聚变反应人工控制聚变反应激光的特点及其应用激光的特点及其应用激光的特点及其应用激光的特点及其应用三全息照相三全息照相三全息照相三全息照相“全息全息全息全息”的意思为的意思为的意思为的意思为“全部信息全部信息全部信息全部信
12、息”,即相对于只,即相对于只,即相对于只,即相对于只记录物体的明暗变化的普通摄影来说,激光全息摄记录物体的明暗变化的普通摄影来说,激光全息摄记录物体的明暗变化的普通摄影来说,激光全息摄记录物体的明暗变化的普通摄影来说,激光全息摄影还能记录物体的空间变化。影还能记录物体的空间变化。影还能记录物体的空间变化。影还能记录物体的空间变化。被拍摄的物体:小鸡被拍摄的物体:小鸡被拍摄的物体:小鸡被拍摄的物体:小鸡 拍摄得到的全息图拍摄得到的全息图拍摄得到的全息图拍摄得到的全息图 全息摄影:全息摄影:全息摄影:全息摄影:记录被摄物体反射(透射)光波记录被摄物体反射(透射)光波记录被摄物体反射(透射)光波记录
13、被摄物体反射(透射)光波中全部信息(振幅、相位)的摄影。中全部信息(振幅、相位)的摄影。中全部信息(振幅、相位)的摄影。中全部信息(振幅、相位)的摄影。三全息照相三全息照相三全息照相三全息照相拍摄全息照片的基本光路拍摄全息照片的基本光路拍摄全息照片的基本光路拍摄全息照片的基本光路参考光参考光参考光参考光照相底片照相底片照相底片照相底片反射光反射光反射光反射光物光物光物光物光物物物物同一激光束被分成两束,参考光直接照到底同一激光束被分成两束,参考光直接照到底同一激光束被分成两束,参考光直接照到底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,在底片上形片上,物光也到达底片。
14、两者干涉,在底片上形片上,物光也到达底片。两者干涉,在底片上形片上,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成复杂的干涉条纹,各点的明暗程度反映了叠加成复杂的干涉条纹,各点的明暗程度反映了叠加成复杂的干涉条纹,各点的明暗程度反映了叠加的加强和减弱的情形。的加强和减弱的情形。的加强和减弱的情形。的加强和减弱的情形。三全息照相三全息照相三全息照相三全息照相全息照片的观看:全息照片的观看:全息照片的观看:全息照片的观看:照明光照明光照明光照明光全息照片全息照片全息照片全息照片人眼人眼人眼人眼全息照片的观看:全息照片的观看:全息照片的观看:全息照片的观看:用激光照
15、射全息照片,在照片的另一侧观看用激光照射全息照片,在照片的另一侧观看用激光照射全息照片,在照片的另一侧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。原物体的立体的像。原物体的立体的像。原物体的立体的像。全息照相全息照相全息照相全息照相全息照片的拍摄利用了全息照片的拍摄利用了全息照片的拍摄利用了全息照片的拍摄利用了光的干涉原理光的干涉原理光的干涉原理光的干涉原理,它是,它是,它是,它是利用利用利用利用参考光和物光发生干涉形成的参考光和物光发生干涉形成的参考光和物光发生干涉形成的参考光和物光发生干涉形成的。激光全息图根激光全息图根激光全息图根激光全息图根彩色全息苹果图彩色全息苹果图彩
16、色全息苹果图彩色全息苹果图 课课 堂堂 练练 习习习题习题11:激光全息照相技术主要是激光全息照相技术主要是利用激光的哪一种优良特性(利用激光的哪一种优良特性()A、亮度高、亮度高B、方向性好、方向性好C、相干性好、相干性好D、抗电磁干扰能力强、抗电磁干扰能力强C全息照片的拍摄全息照片的拍摄利用了利用了光的干涉原理光的干涉原理,这就要求参考光和物光有很高的相干性。这就要求参考光和物光有很高的相干性。激光符合这个要求。激光符合这个要求。课课 堂堂 练练 习习习题习题12:激光全息照片的底片上记激光全息照片的底片上记录了光的干涉条纹,含有被摄物体反射的录了光的干涉条纹,含有被摄物体反射的光的所有信
17、息,实现了照片的立体性。若光的所有信息,实现了照片的立体性。若照相时,被摄物体被挡住一部分,通过调照相时,被摄物体被挡住一部分,通过调整视线仍可看见被挡部分;照片被切开成整视线仍可看见被挡部分;照片被切开成两半,从一半上仍可看到物体的全像,照两半,从一半上仍可看到物体的全像,照片仅像一个观察物体的窗口。激光全息照片仅像一个观察物体的窗口。激光全息照相利用了激光相利用了激光_的性质的性质.相干性好相干性好课课 堂堂 练练 习习习题习题习题习题2121:(:(:(:(0909宁夏宁夏宁夏宁夏)一棱镜的截面为直角)一棱镜的截面为直角)一棱镜的截面为直角)一棱镜的截面为直角三角形三角形三角形三角形AB
18、CABC,A=30A=300 0,斜边,斜边,斜边,斜边ABABa a。棱镜材料的。棱镜材料的。棱镜材料的。棱镜材料的折射率为折射率为折射率为折射率为n=n=。在此截面所在的平面内,一条。在此截面所在的平面内,一条。在此截面所在的平面内,一条。在此截面所在的平面内,一条光线以光线以光线以光线以45450 0的入射角从的入射角从的入射角从的入射角从ACAC边的中点边的中点边的中点边的中点MM射入棱镜射出射入棱镜射出射入棱镜射出射入棱镜射出的点的位置(的点的位置(的点的位置(的点的位置(不考虑光线沿原来路返回的情况不考虑光线沿原来路返回的情况不考虑光线沿原来路返回的情况不考虑光线沿原来路返回的情况
19、)【解析解析解析解析】:设入射角为:设入射角为:设入射角为:设入射角为i i,折射角为,折射角为,折射角为,折射角为r r,由折射,由折射,由折射,由折射定律得:定律得:定律得:定律得:r=30r=300 0F F 2 2如果如果如果如果入射光线在法线的入射光线在法线的入射光线在法线的入射光线在法线的右侧,光路图如图所示。右侧,光路图如图所示。右侧,光路图如图所示。右侧,光路图如图所示。由几何关系得由几何关系得由几何关系得由几何关系得AF=3a/8 AF=3a/8【解析解析解析解析】:如果如果如果如果入射光线在法线的左侧,光入射光线在法线的左侧,光入射光线在法线的左侧,光入射光线在法线的左侧,
20、光路图如图所示。设折射光线与路图如图所示。设折射光线与路图如图所示。设折射光线与路图如图所示。设折射光线与ABAB的交点为的交点为的交点为的交点为D D。由几何关系可知,在由几何关系可知,在由几何关系可知,在由几何关系可知,在D D点的入射角点的入射角点的入射角点的入射角q q q q=60=60=60=600 0 0 0设全发射的临界角为设全发射的临界角为设全发射的临界角为设全发射的临界角为C C,sinCsinC=1/n C=45=1/n C=450 0因此,光在因此,光在因此,光在因此,光在D D点全反射。点全反射。点全反射。点全反射。设此光线的出射点为设此光线的出射点为设此光线的出射点
21、为设此光线的出射点为E E,由几何关系得,由几何关系得,由几何关系得,由几何关系得 BD=aBD=a2AF BE=BDsin302AF BE=BDsin300 0 联立联立联立联立可可可可得得得得:BE=a/8BE=a/8即出射点在即出射点在即出射点在即出射点在BCBC边上离边上离边上离边上离B B点点点点 a/8a/8的位置。的位置。的位置。的位置。附录:激光的发展史附录:激光的发展史附录:激光的发展史附录:激光的发展史 19581958年,贝尔实验室的年,贝尔实验室的年,贝尔实验室的年,贝尔实验室的汤斯汤斯汤斯汤斯和和和和肖肖肖肖洛洛洛洛发表了关于激光器的经典论文,奠发表了关于激光器的经典
22、论文,奠发表了关于激光器的经典论文,奠发表了关于激光器的经典论文,奠定了激光发展的基础。定了激光发展的基础。定了激光发展的基础。定了激光发展的基础。汤斯汤斯汤斯汤斯19601960年,美国加利福尼亚州休斯年,美国加利福尼亚州休斯年,美国加利福尼亚州休斯年,美国加利福尼亚州休斯航空公司实验室的研究员航空公司实验室的研究员航空公司实验室的研究员航空公司实验室的研究员梅曼梅曼梅曼梅曼发明了发明了发明了发明了世界上第一台红宝石激光器。世界上第一台红宝石激光器。世界上第一台红宝石激光器。世界上第一台红宝石激光器。19651965年,第一台可产生大功率激年,第一台可产生大功率激年,第一台可产生大功率激年,
23、第一台可产生大功率激光的器件光的器件光的器件光的器件-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。二氧化碳激光器诞生。梅曼梅曼梅曼梅曼19671967年,射线激光器研制成功。年,射线激光器研制成功。年,射线激光器研制成功。年,射线激光器研制成功。19971997年,麻省理工研制出第一台原子激光器年,麻省理工研制出第一台原子激光器年,麻省理工研制出第一台原子激光器年,麻省理工研制出第一台原子激光器 全息照片全息照片全息照片全息照片是指用全息照相技术拍摄的照片。全息是指用全息照相技术拍摄的照片。全息是指用全息照相技术拍摄的照片。全息是指用全息照相技术拍摄的照片。全息照相,就是将激光
24、技术用于照相,在底片上记录下物照相,就是将激光技术用于照相,在底片上记录下物照相,就是将激光技术用于照相,在底片上记录下物照相,就是将激光技术用于照相,在底片上记录下物体的全部光信息,而不像普通照相仅仅是记录物体的体的全部光信息,而不像普通照相仅仅是记录物体的体的全部光信息,而不像普通照相仅仅是记录物体的体的全部光信息,而不像普通照相仅仅是记录物体的某一面投影。因此当底片上的物体重现时,在观看者某一面投影。因此当底片上的物体重现时,在观看者某一面投影。因此当底片上的物体重现时,在观看者某一面投影。因此当底片上的物体重现时,在观看者的眼里显得异常逼真,它产生的视觉效应,完全与观的眼里显得异常逼真
25、,它产生的视觉效应,完全与观的眼里显得异常逼真,它产生的视觉效应,完全与观的眼里显得异常逼真,它产生的视觉效应,完全与观看实物时一模一样。看实物时一模一样。看实物时一模一样。看实物时一模一样。激光(激光(激光(激光(参考笨笨教学思路参考笨笨教学思路参考笨笨教学思路参考笨笨教学思路)1 1、这节教材要求不高,可让学生自学,并要求、这节教材要求不高,可让学生自学,并要求、这节教材要求不高,可让学生自学,并要求、这节教材要求不高,可让学生自学,并要求学生对本节知识进行梳理。学生对本节知识进行梳理。学生对本节知识进行梳理。学生对本节知识进行梳理。2 2、需展开一下:(、需展开一下:(、需展开一下:(、需展开一下:(1 1)相干光的条件:频率相)相干光的条件:频率相)相干光的条件:频率相)相干光的条件:频率相同,相位差恒定,偏振方向一致。因机械波讲的干涉同,相位差恒定,偏振方向一致。因机械波讲的干涉同,相位差恒定,偏振方向一致。因机械波讲的干涉同,相位差恒定,偏振方向一致。因机械波讲的干涉条件只有一个频率相同;条件只有一个频率相同;条件只有一个频率相同;条件只有一个频率相同;(2 2)全息照片为什么能记录物体位置的信息。)全息照片为什么能记录物体位置的信息。)全息照片为什么能记录物体位置的信息。)全息照片为什么能记录物体位置的信息。
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