高中物理 第四章4.7 《激光》教案 粤教版选修3-4

1、 激光【教学目的】1、了解激光的特点2、了解激光的应用【教学重点】激光的应用【教学难点】为什么激光具有特殊的性质【课时安排】1课时【教学过程】、引入从偏振的介绍我们发现，光波作为一种电磁波，比起机械横波有它的复杂性。本节课，我们将介绍一种特殊的光波，以及它的应用一、激光1、概念：激光准确内涵是“来自受激辐射的放大、增强的光”。由于它的英文全称为Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ，可以被缩写为Laser ，中文也常常音译为“镭射”。2、产生机理：a、设置工作物质（发光物质可以是气体、液体或固体）；b、泵浦*能把大量的处

2、于基态能级的电子激发到高能级上去的装置。常见的泵浦有光源、化学能源（固体工作物质多用光照射法，气体工作物质多用放电法）（补充能量）实现粒子数反转*属于高能态的电子比属于低能态的电子数多（所谓“反转”，是因为这种状况突破了“正常”的玻耳兹曼分布规律）受激辐射；c、谐振腔（内连续来回反射、振荡）诱发同性质的跃迁使同频率、同相位的受激辐射得以放大。3、激光的特点：a、单色性；b、方向性；c、相干性；d、高亮度（能量）。4、发展大事记：a、1916年，爱因斯坦提出“受激辐射”（和“自发辐射”对立）理论；b、1928年，德国的光谱学家拉登堡（）发现“负色散现象”；c、1947年，兰姆（ ，jr.）和雷瑟

3、福（）指出，通过粒子数反转可以期望实现感应辐射（即受激辐射）；d、1953年，美国的汤斯小组制成“微波激射器”；e、1958年，肖洛和汤斯的论文红外区和光学激射器论证了将微波激射技术扩展到红外区和可见光区的可能性；f、1960年，美国的梅曼制成第一台红宝石激光器；g、1961年，我国第一台红宝石激光器在长春光机所诞生。5、激光器的分类：a、气体激光器（氦氖激光器、氩离子激光器、“隐形杀手”二氧化碳激光器）；*氩离子激光器：它可以发出鲜艳的蓝绿色光，可连续工作，输出功率达100多瓦。因为人眼对蓝绿色的反应很灵敏，眼底视网膜上的血红素、叶黄素能吸收绿光，所以在眼科上用得最多。氩离子激光器发出的蓝绿

4、色激光还能深入海水层，而不被海水吸收，因而可广泛用于水下勘测作业。* “隐身”激光器：二氧化碳激光器可称“隐身人”，因为它发出的激光波长为10.6微米，“身”处红外区，肉眼不能觉察，它的工作方式有连续、脉冲两种。连接方式产生的激光功率可达20千瓦以上。脉冲方式产生的波长10.6微米激光也是最强大的一种激光。人们已用它来“打”出原子核中的中子。二氧化碳激光器的出现是激光发展中的重大进展，也是光武器和核聚变研究中的重大成果。b、液体、化学和半导体激光器（“变色龙”染料激光器、“死光”氟化氢激光器、砷化镓激光器）；* “变色”激光器：工作物质就是染料，如碳花青、若丹明和香豆素等等。气体产生的激光有明

5、确的波长，而染料产生的激光，波长范围较广，或者说有多种色彩。染料激光器的光学谐振腔中装有一个称为光栅的光学元件。通过它可以根据需要选择激光的色彩，就像从收音机里选听不同频率的无线电台广播一样。这种激光器主要用于光谱学研究。*化学激光器：是用化学反应来产生激光的，如氟原子和氢原子发生化学反应时，能生成处于激发状态的氟化氢分子。当两种气体迅速混合后，就能直接从化学反应中获得很强大的光能。这类激光器比较适合于野外工作，或用于军事目的，令人畏惧的死光武器就是应用化学激光器的一项成果。c、固体激光器（红宝石激光器、钇铝石榴石激光器）。二、激光的应用1、天文领域：激光望远镜测天体距离。*上海天文台60厘米

6、卫星激光望远镜：上海天文台的第三代卫星激光测距系统建立于1986年，主要由60厘米口径的望远镜、自滤波锁模激光器、高精度时间间隔计数器和时频系统等部分组成。由于采用了先进的单光子雪崩二极管接收器，以及卫星跟踪和测量过程由计算机自动控制，使测量精度大大提高。目前这台仪器可测量的最大距离是二万公里，精确度为1.52厘米。经过多年努力，1998年上海天文台的SLR系统在国内第一个实现了白天激光测距，达到了世界先进水平，从而不仅使观测数量增加一倍，还能保证所有卫星轨道都能取得观测资料，对提高定轨精度及应用研究极为重要。上海天文台SLR站是中国SLR联测网的负责单位，也是国家大科学工程“地壳运动观测网络

7、”的重要观测基地之一，同时与国外SLR站有着密切的合作关系，是国际激光测距服务（ILRS）和西太平洋激光跟踪网的重要组成单位。2、工业材料的加工：激光雕刻、切割、焊接。3、医学领域：激光手术。4、信息技术领域：a、信息传输（激光光纤）；b、信息存储（激光刻录CD 、DVD 、软件）。*激光在贮存信息方面有全息照相、光学计算机、光盘等。以往的光学图象只能记录光的强度，利用激光既可以记录光的强度又可以记录光的相位，即可以记录光的全部信息，因此称为全息照相。照出的图象是立体的。利用激光的相干性，人们正在研究光学计算机。光学计算机与电子计算机相比，具有运算速度快、信息容量大的优点。它的信息处理过程接近

8、于人眼和大脑的观察与识别外界事物的过程。光盘即激光视盘，是利用激光贮存信息的“唱片”。它是由两片透明塑料组成，塑料片上涂有一层反射膜。光盘的厚度约1毫米，直径为2030厘米，两面都可使用。用光盘播放时，首先由半导体激光器发出激光，一台小型计算机控制激光来扫描，得到以数字形式输入的脉冲信号，再由计算机转换成电视信号传给电视机。用光盘播放的音像质量高，使用寿命长，而且光盘中记录的每幅图象都有编号，可以任意选取，非常方便。5、军事领域：a、激光制导炸弹；b、激光热武器。*激光武器分为激光制导炸弹和激光热武器两种。激光制导炸弹在攻击目标时，由目标指示飞机发射激光，照射目标，由运载机投弹，制导炸弹（即导弹）则根据从目标反射回来的激光飞向目标。这种炸弹偏离目标不大于10米，而普通炸弹则通常平均偏离目标在100米左右。激光热武器是利用激光的热效应来破坏目标的。轻型的激光热武器可称为激光枪，可用来杀伤人员，重型的称为激光炮，可烧毁装甲车、飞机、导弹和卫星等。激光热武器的优点是速度快，命中率高。缺点是不能大面积摧毁目标。制造激光热武器要求有大功率的激光器，目前