11-7

激光及其應用*光的能量現象與思考自發輻射與受激輻射激光及其特性激光的應用光的能量現象與思考“激光”是一個很流行的詞匯，幾乎每天都可以看到它、聽到它。但什么是激光（圖11.7-1）？激光是怎樣產生的？激光有哪些特性？卻不是人人都能說清楚的。了解激光及其應用，就是我們這一節課的主要任務。圖11.7-1激光

一、自發輻射與受激輻射

1.

自發輻射

⑴概念如：普通光源（白熾燈，日光燈）發出的光。

原子中的電子自發地從高能級向低能級躍遷時發出的，這種發光過程稱為自發輻射。⑵特征①自發輻射的過程互不相干，彼此獨立；②輻射光的頻率,振動方向及傳播方向等各不相同。③不是嚴格的單色光，也不是相干光。

當原子處于高能級

En

時，恰好有能量等于hv=En-Em的外來光束趨近，在這個入射光子的激發下，原子會輻射一個同樣的光子躍遷低能級

Em

上，這種發光過程稱為受激輻射。2.

受激輻射⑴概念⑵特征

受激輻射光的頻率,振動方向及傳播方向等相同。

二、激光及其特性1.

激光

在入射光的影響下，大量原子受輻射所發出來的光稱為激光。2.激光的特性⑴能量集中圖11.7-2

激光切割

激光能量能高度集中，能在極小區域產生幾百萬攝氏度的高溫。如圖11.7-2

激光切割金屬。⑵方向性好

普通光源發出的光向四面八方發射，而激光器發射光束非常細，即使射到很遠的屏幕上，它所形成的光斑也很小。如圖11.7-3圖11.7-3激光器發射光束⑶單色性好

激光器發出的光束顏色很純，單色性好。激光單色性比普通光源單色性最好的紅色氪燈高10萬倍。所以它的干涉條紋很窄，又很清晰，可大大提高測量精度。它是世界上發光顏色最純的光源。如圖11.7-4

如圖11.7-4單色性⑷相干性好

激光的譜線寬度窄，頻率、振動方向等都一致，高度的單色性和定向性使激光具有高度的相干性，所以激光是很理想的相干光源，具有很好的相干性，可用于照相行業。（圖11.7-5全息照相）。圖11.7-5全息照相

三、激光的應用

激光由于在單色性、方向性、相干性及能量集中等許多方面大大優于普通光，所以激光已成為當代發展最快的尖端技術之一，它幾乎遍及了人類的生活、生產及科學研究的各個領域，視頻11.7-1。激光的應用視頻11.7-11.

醫學上的應用

醫學上常利用激光束方向性好、能量集中特點。用激光作“光刀”來切開皮膚，切除腫瘤，清除結石，以及進行眼科手術，如圖11.7-6醫學光刀。激光手術出血少，愈合快，不易感染，療效高等優點。圖11.7-6醫學光刀2.

激光加工

利用激光能量集中，目前已實現了激光打孔、微型焊接和數控激光切割、精密材料加工，特別是一些形狀復雜、特硬、特脆、特小等工件。用激光加工十分方便、操作簡單、熱影響區域小、工件不易氧化、速度快、質量高。11.7-7激光打孔

11.7-8用激光制作飾品和工件3.

激光武器

利用激光強大而又集中的能量，可制成激光武器。激光束可以直接摧毀飛機和導彈外殼；以激光為核心的致盲武器，可以使戰斗人員喪失視力，也可以使傳感器失去效能，圖11.7-9為激光武器。圖11.7-9激光武器4.

激光測量

利用激光的單色性好、方向性好和高亮度的優良特性，可對長度、速度、轉速等進行精密測量,如圖11.7-10。脈沖激光可根據發射和反射回來的往返時間，進行遠距離測量。如測量

8000km

高空的衛星，誤差僅有

2cm。這是以往其他測量方法無法達到的。圖11.7-10激光測量5.

激光通信

激光通信是激光技術中最有前途的重要應用之一。激光通信容量大、設備輕便、經濟、保密性強，以光導纖維為傳輸媒介的有線激光通信已迅速發展，目前已進入實用階段，圖11.7-10。圖11.7-10激光通信6.

激光計算機、激光照相排版圖11.7-11激光照排版圖11.7-12全息照相*四、光的能量1.

光具有能量

光通過介質時，一部分光能被介質吸收，光強減小。2.

利用光能的方式

⑴光熱轉換

⑵光電轉換

⑶光化學轉換

1．激光的主要特性是（）

A.

方向性好，能量集中

B.

方向性好，單色性好

C.

單色性好，相干性好

D.

以上所述均為激光的主要特性

2．