高中物理 第四章4.7 《激光》教案 粤教版选修3-4

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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LightAmplificationbyStimulatedEmissionofRadiation，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

2、（发光物质——可以是气体、液体或固体）；b、泵浦——*能把大量的处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

3、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（R.W.Ladenburg）发现“负色散现象”；c、1947年，兰姆（W.E.Lamb，jr.）和雷瑟福（R.C.Retherford）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

4、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

5、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

6、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

7、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1.5－2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”的重要观测基地之一，同时与国外SL

8、R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