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第四章 光及其应用
第7节 激光
激光是20世纪以来，继原子能、计算机、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”“最准的尺” “最亮的光”和“奇异的光”.激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生，而且促使一些新兴产业蓬勃发展。
1.理解激光的产生原理。
2.了解激光的特性。
3.了解激光的应用。
一、激光的产生
1.普通光源
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，要向低能量状态跃迁。在向低能量状态跃迁的过程中，会发出光子。
普通光源，例如白炽灯、日光灯、高压水银灯的发光过程为自发辐射。
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普通光源产生的光是非相干光。
2.激光
由人工的方法获得的频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的相干光。
产生原理：受激辐射发出的光。
工作物质——发光材料。
激励源——提供能量。
原子从稳定的低能量状态激发到不稳定的较高能量状态。处于不稳定的较高能量状态的原子在返回低能量稳定态时，就会放出光子。
(1)单色性好:普通光源发射的光,通常包含各种不同频率的光,因而包含有各种颜色.而激光发射的光谱宽度很窄,因此激光是单色产生很好的光源.
(2)相干性好:普通光通常是非相干光,激光是相干光束,它为我们提供了很好的相干光源.
(3)平行度好:激光束的发散角很小,方向性很强,激光光束的能量在空间高度集中,不容易发散,例如激光从地球照射到月球上形成的光斑直径仅约1 km.
(4)亮度高:激光的亮度可比普通光源高出1012~1019倍,是目前最亮的光源,强激光甚至可产生上亿度的高温.
二、激光的特性
三、激光的应用
1.激光通信
激光通信
激光在光导纤维中传送
原理：（1）亮度高：保证长距离传输，仍具有足够的亮度，表面携带信号强；
（2）单向性好：在光导纤维中全反射传输，信号不丢失，具有高度保密性；
2.激光测距
良好的平行度使激光在雷达上用于测量距离和跟踪目标。雷达对准目标发出一个极短的激光脉冲,通过测量从发射脉冲到接收回波的时间,即可算出目标的距离。同时根据多普勒效应,还可以测出目标的运动速度和运动方位
激光测距
3.激光加工、激光医学和激光武器
激光切割
激光焊接
激光治疗近视
激光手术
激光祛斑
激光武器
4.激光预测天气预报
激光还用来测量大气中水蒸气的饱和程度,可以准确预告降雨量,从而预报洪涝灾害,以便采取应对措施
5.激光保鲜
生物大分子在激光和强电磁场的刺激、诱变作用下,改变了细胞的电学性质,改变了细胞膜的电位,从而产生生物电流,影响生化反应,抑制或延缓细胞的新陈代谢及呼吸作用,抑制乙烯过量产生，从而达到延长保鲜期的目的
6. 全息照相
如果能够把物体各点发出的光波的振幅与相位同时记录下来(全息记录),并使之再现(全息再现),则当这些光波被人眼接收时,眼中的图像将和直接观看物体一样是三维的。这种能同时记录振幅与相位的照相叫作全息照相。
全息照相利用了激光的相干性、平行度好和亮度高的特点。
参考光
照相底片
反射光
物光
物
全息照相的原理如下：
1.全息记录
照相的光源是激光束，把激光束分成两束：直接照射到底片上的叫参考光；另一部分经物体表面散射的光也照射到照相底片，称为物光。
参考光和物光在底片上各处相遇时将发生干涉，底片上记录两束光叠加后明暗相间的干涉图像。
2.全息再现
若用肉眼去看全息照片，那么只能看到一些干涉的条纹。
要用与参考光频率相同的激光照射全息照片，这束光叫做再现光。用再现光照射全息照片，人眼透过照片就可以在另一侧看到原来被拍摄物体完全相同的三维立体像。
再现光
全息照片
人眼
1. 对于激光的认识，下列说法正确的是（　　）
A．激光是自然光被放大而产生的
B．激光是原子受激辐射而得到的加强光
C．激光的能量一定大于其他光的能量
D．激光的传播速度比普通光的传播速度大
B
2. 最近几年，激光因其多种独特属性被广泛应用到工业、医疗、商业、科研、信息和军事等领域中。关于激光，下列说法正确的是（　　）
A．激光平行度好，可以用来测量月球到地球的距离
B．激光相干性好，任何两束激光都能发生干涉
C．激光是人工制造的，是原子受激辐射的光，不是偏振光
D．激光全息照相是利用光的干涉记录物体三维图像的信息
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3. 关于激光的应用问题，下列说法不正确的是（　　）
A．用激光实现热核反应
B．激光测距雷达利用了激光相干度好的特点
C．医学上可以用激光做“光刀”是由于激光亮度高
D．用激光读取DVD光盘上的信息利用了激光有平行性好的特点
B
4. 下列说法正确的是（ 　　）
A．全息照相技术应用了光的衍射原理
B．阳光照射下，肥皂膜呈彩色是光的干涉现象
C．2008年汶川发生特大地震，地震波既有纵波又有横波，地震波的纵波波速大于横波波速，此性质可用于横波的预警
D．光导纤维通信应用了光的折射原理
E．光发生折射是因为光在不同介质中的传播速度不同
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2. 激光的特性
单色性好；相干性好；平行度好；亮度高
3. 激光的应用
激光通信、激光加工、激光测距、技工医学、激光武器和激光成像等。
1. 激光的产生
由人工的方法获得的频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的相干光

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