11-7激光及其应用

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1、11-7激光及其应用光的能量一、教学目标1．了解激光产生的原理2．了解激光的特性3．知道激光的应用4．了解光能的利用二、教学重点、难点重点：激光的特性及应用难点：激光产生的原理三、教学器材多媒体教学课件四、教学建议教法建议：启发交流、讲授、多媒体演示教学设计方案：（一）引入新课激光是一种新型的光源，“激光”这个词对我们大家来说一点也不陌生。在日常生活中，我们常常接触到激光，激光技术已在科研、工程、医疗等许多领域广泛应用，我们通过本课学习，将会了解到激光产生的原理、激光的特性、知道激光的应用及发展。（二）引出课程内容1．激光及其应用（1）

2、激光产生的原理①什么是激光什么样的光是激光呢？简单地说，激光也是一种光。它与普通光，如太阳光、灯光一样也是一种电磁波。但是激光产生的方法与普通光不同，它是物质“受激”而产生的光。1917年，爱因斯坦在统计平衡观点研究“黑体”辐射时，得到一条结论：“自然界有两种不同的发光方式。一种叫自发辐射，另一种叫受激辐射”。各种各样的人造光源，例如电灯、日光灯等都属于自发辐射光。各种自然现象所发射出来的光，也都属于自发辐射。自发辐射的光都有一些共同之处，比如光线向四面八方射出，其中包含着各种各样的颜色，而且各个发光中心发出的光波无论方向、位相或者偏振

3、态都各不相同。激光则是原子受激辐射而发出的一种光。是一种新型的光源，它和普通光源的区别在于发光的微观机制不同。普通光源的发光是以自发辐射为主，激光的发光则是以受激辐射为主，各个发光中心发出的光波都具有相同的频率、方向、偏振态和严格的位相关系。由于这些差别，激光具有强度高，单色性好、相干性好和方向性好等特点。原子中的电子自发地从高能级向低能级跃迁时发出的光的过程称为自发辐射。高能级的原子受到能量恰好等于的外来光子的激发时，辐射出一个与外来光子相同的光子并跃迁到低能级的发光过程叫受激辐射。原子受激所辐射出来的光子与入射光子一起，能再引起其他

4、原子受激辐射，这样光子1变2，2变4，4变8……成倍的增长，雪崩式的光放大形成浩浩荡荡的光子“兵团”。这些光子都有相同的特征：频率、传播方向、振动方向等完全相同。我们把大量原子受激辐射时，所发出来的光称为激光。（我们通过多媒体来了解受激辐射及光放大的过程）图11-47受激辐射图11-48光放大过程②获得激光的条件要获得激光，必须实现粒子数反转分布。什么叫粒子数反转分布呢？就是使分布在高能级上的原子数目大于低能级的原子数目。一般情况下，处于低能级的原子数总是大于处于高能级的原子数。原子只有在基态时才处于稳定状态，而在激发态停留很短时间(约

5、)就会自发的跃迁至低能级，这时多余的能量便以光子的形式发射出去了，这就是“自发辐射”。要获得激光，就必须使分布在高能级上的原子数目大于低能级，这种分布状态称为粒子数反转分布，只有实现了粒子数反转分布，才能使受激辐射的光放大胜过光吸收过程从而产生激光。可以使粒子数反转分布的物质，有红宝石、二氧化碳等，用它们制成了以固体、气体和液体为工作物质的数百种激光器。（2）激光的特性激光有以下特性：①能量集中现在，激光器的脉冲功率可以达到以上。激光的亮度可以达到太阳表面亮度的倍，能在瞬间使局部达到几千万开的高温，能在几毫秒时间内使最难融化的物质熔化：

6、能产生的超高压和超强电场。②方向性好普通的光源向四面八方发光，而激光束中光线的平行度极高，几乎是一束不发散的平行光。如果从地球向距离的月球照射时，光斑直径不超过200m。③单色性好激光频率(波长)单一，十分接近理想的单色光。如氦—氖激光器发出的激光频率为频带宽度仅有而最好的普通单色光源氪（）灯的频带宽度约是激光的10万倍。④相干性好组成激光的光子的频率、振动方向、相位完全相同，可以直接发生光的干涉（3）激光的应用自1960年美国研制成功世界上第一台红宝石激光器，我国也于1961年研制成功国产首台红宝石激光器以来，激光技术被认为是20世纪

7、继量子物理学、无线电技术、原子能技术、半导体技术、电子计算机技术之后的又一重大科学技术新成就。40多年来，激光技术得到突飞猛进的发展，不仅研制了各个特色的多种多样的激光器，而且激光应用领域不断拓展，并形成了激光唱盘唱机、激光医疗、激光加工、激光全息照相、激光照排印刷、激光打印以及激光武器等一系列新兴产业。激光技术的飞速发展，使其已成为当今新技术革命的“带头技术”之一。利用激光方向性好的特点，可用于定位、导向、测距、雷达和跟踪等。例如从地面向月球发出一束激光，测出它从发射到反射回发射点所经过的时间，就可算出发射点到月球被测点之间的距离()

8、其测量精度可达±15cm。激光雷达能够测定目标的方位、运动速度，甚至能描绘出目标的形状进行自动跟踪。激光雷达广泛应用在导航、天文、气象、军事和人造卫星、宇宙飞船等方面。用激光制导的地对空导弹，可用以拦截飞机