1、13.8激光學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo) 、激光及其產(chǎn)生、激光及其產(chǎn)生 （1 1）概念：）概念： （2 2）產(chǎn)生機(jī)理：）產(chǎn)生機(jī)理： 、激光的特性及應(yīng)用、激光的特性及應(yīng)用 （1 1）相干性應(yīng)用）相干性應(yīng)用 （2 2）平行度好）平行度好 （3 3）亮度高（能量高）亮度高（能量高） （4 4）單色性好）單色性好 物體發(fā)光的微觀機(jī)理 物質(zhì)中的原子受到激發(fā)以后，原子能量增物質(zhì)中的原子受到激發(fā)以后，原子能量增加，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，要向低能態(tài)躍遷。在向加，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，要向低能態(tài)躍遷。在向低能態(tài)躍遷的過程中，會發(fā)出光。低能態(tài)躍遷的過程中，會發(fā)出光。 普通光源普通光源（白熾燈、日光燈、高壓水銀燈）（白熾燈、日光燈、高壓水

2、銀燈）的發(fā)光過程為的發(fā)光過程為自發(fā)輻射自發(fā)輻射。各原子自發(fā)輻射發(fā)出。各原子自發(fā)輻射發(fā)出的光彼此獨(dú)立，頻率、振動方向、相位不一定的光彼此獨(dú)立，頻率、振動方向、相位不一定相同相同為為非相干光非相干光。2E1E發(fā)光前發(fā)光前h發(fā)光后發(fā)光后 1916年愛因斯坦在玻爾能級理論基礎(chǔ)上提出年愛因斯坦在玻爾能級理論基礎(chǔ)上提出輻輻射的量子理論射的量子理論，是產(chǎn)生激光的基本原理。，是產(chǎn)生激光的基本原理。一、激光及其產(chǎn)生一、激光及其產(chǎn)生1 1、概念：、概念：激光準(zhǔn)確內(nèi)涵是激光準(zhǔn)確內(nèi)涵是“輻射的受激發(fā)射的光放大輻射的受激發(fā)射的光放大”。 英文全稱為英文全稱為Light Amplification by Stimulat

3、ed Emission of Radiation 縮寫為縮寫為LaserLaser，中文也常音譯為，中文也常音譯為“鐳射鐳射”。 2 2、產(chǎn)生機(jī)理：、產(chǎn)生機(jī)理： 原子受激輻射后發(fā)生躍遷原子受激輻射后發(fā)生躍遷 某些物質(zhì)的原子中的粒子受光或電刺激，某些物質(zhì)的原子中的粒子受光或電刺激，使低能級的原子變成高能級原子，在向低能態(tài)使低能級的原子變成高能級原子，在向低能態(tài)躍遷時輻射出躍遷時輻射出相位、頻率、方向相位、頻率、方向等完全相同的等完全相同的光，這種光叫作激光。光，這種光叫作激光。激光的發(fā)展史激光的發(fā)展史 1958年，貝爾實驗室的湯斯和肖洛發(fā)表了年，貝爾實驗室的湯斯和肖洛發(fā)表了關(guān)于激光器的經(jīng)典論文，

4、奠定了激光發(fā)展關(guān)于激光器的經(jīng)典論文，奠定了激光發(fā)展的基礎(chǔ)。的基礎(chǔ)。 1960年，美國加利福尼亞州休斯航空公司年，美國加利福尼亞州休斯航空公司實驗室的研究員梅曼發(fā)明了世界上第一臺實驗室的研究員梅曼發(fā)明了世界上第一臺紅寶石激光器。紅寶石激光器。 1965年，第一臺可產(chǎn)生大功率激光的器件年，第一臺可產(chǎn)生大功率激光的器件-二氧化碳激光器誕生。二氧化碳激光器誕生。 1967年，第一臺射線激光器研制成功。年，第一臺射線激光器研制成功。 梅梅曼曼和和第第一一只只激激光光器器紅寶石激光器氣體激光器氣體激光器固體激光器固體激光器液體激光器液體激光器半導(dǎo)體激光器半導(dǎo)體激光器二。激光的特性及應(yīng)用1.相干性應(yīng)用：相干

5、性應(yīng)用：光纖通訊、激光全息技術(shù)光纖通訊、激光全息技術(shù)2.平行度好：平行度好：測距、測速（激光雷達(dá)測速）測距、測速（激光雷達(dá)測速） 信息存儲和閱讀（信息存儲和閱讀（DVDDVD、CDCD唱唱 機(jī)、計算機(jī)光盤機(jī)、計算機(jī)光盤3.亮度高（能量高）：亮度高（能量高）：工業(yè)切割、焊接；工業(yè)切割、焊接； 醫(yī)學(xué)醫(yī)學(xué)“光刀光刀”、焊接。、焊接。 利用強(qiáng)激光產(chǎn)生的高壓引發(fā)核聚變。利用強(qiáng)激光產(chǎn)生的高壓引發(fā)核聚變。形形色色的激光武器1）激光槍2）高能激光武器（強(qiáng)激光武器、激光炮）高能激光武器（強(qiáng)激光武器、激光炮） 利用高功能激光摧毀敵方衛(wèi)星、導(dǎo)彈、飛機(jī)、利用高功能激光摧毀敵方衛(wèi)星、導(dǎo)彈、飛機(jī)、坦克等大型目標(biāo)的武器。（

6、現(xiàn)仍在研制階段）坦克等大型目標(biāo)的武器。（現(xiàn)仍在研制階段）歷史與現(xiàn)狀：歷史與現(xiàn)狀：1973年春，美軍用激光炮一舉擊落長年春，美軍用激光炮一舉擊落長4.57m時速時速482.8Km的飛行靶機(jī)的飛行靶機(jī);1976年以用激光炮擊年以用激光炮擊 落兩架飛行于落兩架飛行于900m高空高空 的高空無人架駛飛機(jī)的高空無人架駛飛機(jī);1978年美國陸軍用激光炮年美國陸軍用激光炮 在在1-2Km內(nèi)擊落正在高速內(nèi)擊落正在高速 飛行的飛行的“陶式陶式”反坦克導(dǎo)彈反坦克導(dǎo)彈 彈頭裂成碎片彈頭裂成碎片;前蘇聯(lián)更超前于美國前蘇聯(lián)更超前于美國,曾先后進(jìn)行過十八次反曾先后進(jìn)行過十八次反 衛(wèi)星實驗衛(wèi)星實驗,1975年曾照瞎了美國位

7、于印度洋上年曾照瞎了美國位于印度洋上 空一預(yù)警、通信衛(wèi)星，美提出強(qiáng)烈抗議，蘇聯(lián)空一預(yù)警、通信衛(wèi)星，美提出強(qiáng)烈抗議，蘇聯(lián) 說沒有這回事，美只好吃了一啞吧虧。說沒有這回事，美只好吃了一啞吧虧。90年代舉世矚目的年代舉世矚目的“星球大戰(zhàn)計劃星球大戰(zhàn)計劃”中的定向能中的定向能 武器就是一種高能激光武器，現(xiàn)轉(zhuǎn)稱為武器就是一種高能激光武器，現(xiàn)轉(zhuǎn)稱為“美國美國 國家導(dǎo)彈防御計劃國家導(dǎo)彈防御計劃”，仍在大力研究。，仍在大力研究。美國化學(xué)激光器功美國化學(xué)激光器功率已達(dá)到率已達(dá)到2.2兆瓦兆瓦“魟魚魟魚”激光致盲武器激光致盲武器1982年開始研制，年開始研制，1990年年1-3月在野外試驗成月在野外試驗成功，海灣

8、戰(zhàn)爭中裝配在功，海灣戰(zhàn)爭中裝配在美軍第七步兵師，參加美軍第七步兵師，參加了了“沙漠盾牌沙漠盾牌”和和“沙漠沙漠風(fēng)暴風(fēng)暴”作戰(zhàn)。作戰(zhàn)。激光弦目描準(zhǔn)具（英國）激光弦目描準(zhǔn)具（英國） 是一種激光致盲描準(zhǔn)具，是一種激光致盲描準(zhǔn)具，1982年馬鳥戰(zhàn)爭期間年馬鳥戰(zhàn)爭期間安裝在安裝在“競技神競技神”號戰(zhàn)艦上，實戰(zhàn)中效果良好，號戰(zhàn)艦上，實戰(zhàn)中效果良好，造成造成3架阿根廷飛機(jī)失事。所有這一切均是保密的。架阿根廷飛機(jī)失事。所有這一切均是保密的。直致直致1989年英軍艦?zāi)暧④娕灐翱嘉拇箍嘉拇埂碧柹弦蚍嘉瓷w好號上因帆布未蓋好才被記者拍下照片，才被記者拍下照片，1990年公布于世。年公布于世。（諧振腔有選頻作用）4、

9、單色性好、單色性好全息照相：全息照相：參考光參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兩束，參考光直接照到底片上，物光也到達(dá)底片。兩者干涉，在底片上形成復(fù)雜的干涉條紋，各點(diǎn)的明暗程度反映了疊加的加強(qiáng)和減弱的情形。照明光照明光全全息息照照片片人眼人眼全息照片的觀看：全息照片的觀看：用激光照射全息照片，在照片的另一側(cè)觀看用激光照射全息照片，在照片的另一側(cè)觀看原物體的立體的像。原物體的立體的像。 用肉眼去看，全息照片上只有些亂七八糟用肉眼去看，全息照片上只有些亂七八糟的條紋的條紋 用一束激光去照射該照片，眼前就會出現(xiàn)用一束激光去照射該照片，眼前就會出現(xiàn)逼真的立體景物逼真的立體景物

10、 從不同的角度去觀察，可從不同的角度去觀察，可以看到原來物體的不同側(cè)面以看到原來物體的不同側(cè)面 每一片碎片都包括被攝物體的完整信息每一片碎片都包括被攝物體的完整信息英女王的全息照片英女王的全息照片 藝術(shù)品展示 3. 激光器的種類A. 氣體激光器氣體激光器: :最常見的是氦氖激光器最常見的是氦氖激光器, ,另一種典另一種典型代表是氬離子激光器型代表是氬離子激光器 B.B.固體激光器固體激光器: :紅寶石激光器紅寶石激光器, ,釔鋁石榴石激光器釔鋁石榴石激光器 C. C. 液體、化學(xué)和半導(dǎo)體激光器液體、化學(xué)和半導(dǎo)體激光器D D.“.“隱身隱身”和和“變色變色”激光器激光器: :二氧化碳激光器，二氧

11、化碳激光器，可稱可稱“隱身人隱身人”，因為它發(fā)出的激光波長為，因為它發(fā)出的激光波長為10.610.6微米，微米，“身身”處紅外區(qū)，肉眼不能覺察處紅外區(qū)，肉眼不能覺察; ; 確實能變色確實能變色, ,只要轉(zhuǎn)動一個激光器上的旋鈕，就只要轉(zhuǎn)動一個激光器上的旋鈕，就可以獲得紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫各種顏可以獲得紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫各種顏色的激光。色的激光。 特點(diǎn)特點(diǎn)作用作用應(yīng)用實例應(yīng)用實例相干光相干光 可進(jìn)行調(diào)制、傳遞信息可進(jìn)行調(diào)制、傳遞信息光纖通信光纖通信平行度平行度非常好非常好傳播很遠(yuǎn)距離能保持一定傳播很遠(yuǎn)距離能保持一定強(qiáng)度，可精確測距測速強(qiáng)度，可精確測距測速激光雷達(dá)激光雷達(dá)可會聚于很小的一點(diǎn)，記可會聚于很小的一點(diǎn)，記錄信息密度高錄信息密度高DVDDVD、CDCD、VCDVCD機(jī)，機(jī)，計算機(jī)光驅(qū)計算機(jī)光驅(qū)亮度高亮度高可在很小空間短時間內(nèi)集可在很小空間短時間內(nèi)集中很大能量中很大能量激光切割、焊接、激光切割、焊接、打孔打孔、醫(yī)療手術(shù)醫(yī)療手術(shù)產(chǎn)生高壓引起核聚變產(chǎn)生高壓引起核聚變?nèi)斯た刂凭圩兎慈斯た刂凭圩兎磻?yīng)應(yīng)練習(xí)練習(xí)1.1. 激光全息照相技術(shù)主要是利用激光激光全息照相技術(shù)主要是利用激光的哪一種優(yōu)良特性的哪一種優(yōu)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）抗電磁干