鲁科版高中物理选择性必修第一册第5章光的干涉、衍射和偏振5.5激光与全息照相课件（共16张PPT）

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第五章 光的干涉、衍射和偏振
第5节 激光与全息照相
20 世纪初，科学家研究出激光等很多新的光源，人类开始步入现代新光源的广阔天地。激光有什么特点？又有哪些应用？
1.了解激光的特性，能举例说明激光技术在生产生活中的应用。
2.了解全息照相，知道全息照相与普通照相相比的突出特点。
1960年5月15日，美国物理学家梅曼正在进行一项重要的实验。他的实验装置里有一根人造红宝石棒。突然，一束深红色的亮光从装置中身射出，它比太阳表面还要亮4倍！这是一种完全新型的，自然界中不存在的光！
01 激光及其特性
1.激光的产生
发光前
发光后
根据玻尔理论，原子是由原子核和电子组成的，电子在核外的一定轨道上绕原子核运动， 电子在不同轨道上运动时原子具有不同的能级。
处于高能级的原子能自发的向低能级跃迁，这过程称为自发跃迁，过程会释放出光子，这过程也称为自发辐射跃迁。
普通光源（白炽灯、日光灯、高压水银灯）的发光过程为自发辐射。各原子自发辐射发出的光彼此独立，频率、振动方向、相位不一定相同——为非相干光。
2.激光的原理
1916年，爱因斯坦发现还原子还存在另一种跃迁过程——受激辐射跃迁
即在外来光子的作用下，处在高能态的原子向低能态跃迁，并同时发射出能量相同的光子。
发光前
发光后
受激辐射产生的光子与外来诱导产生跃迁的光子具有相同的特征：它们的频率、相位、偏振方向、传播方向均相同。这种光就被命名为激光。
3.激光的特性及其应用
（1）相干性好（单色性强）；
用激光做光源观察光的干涉和衍射
光纤通信
（2）平行度好（方向性好）
激光测距
激光指向、识别和跟踪，如雷达
激光刻录和读取
（3）亮度高（光强大）
激光加工
激光治疗
激光武器
1948年，英国物理学家伽柏提出了全息照相的设想：利用两束光的干涉条纹记录被摄物体，记录干涉条纹的底板经过适当处理后，会再现一个逼真的像。由于当时没有足够强的单色光源， 实验结果不甚理想。激光的发明和普及，使全息照相获得了很大的发展，伽柏也因对全息照相的研究获得了1971年诺贝尔物理学奖。
02 全息照相
全息照相是应用光的干涉实现的
作为光源的激光被分成两部分：一部分通过凹透镜发散后射到胶片上；另一部分射向一个平面镜，经反射后通过另一个凹透镜发散后射向被拍摄的物体。该物体把光反射到胶片上，并与第一束光发生干涉，两束光干涉的结果就在胶片上记录下被拍摄物体的三维图像信息，这就是全息照片
全息照相与普通照相相比有如下几个突出特点：
观察再现的图像时，看到的三维立体图像和原来的物体几乎一模一样；如果发现一个物体部分被遮挡了，你只要改变一下角度，便能观察到被遮挡的部分；如果一张全息照片的大部分被损坏或丢失，只留下一小部分，从这一小部分照片仍可再现原物的全貌；可在同一张底片上记录多张图像，再现时可在不同的角度分别观察到多个不同的像而不互相干扰。
1.（多选）将激光束的宽度聚焦到纳米级(10-9 m)范围内，可修复人体已损坏的器官，可对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病彻底根除，以上功能是利用了激光的( )
A.单色性好 B.平行度好
C.粒子性 D.高能量
BD
2.（多选）下列说法中正确的是(　　)
A.强激光产生的高压可引起原子核的聚变
B.激光不能像无线电波那样用来传递信息
C.VCD、CD机是用激光来读取信息的
D.医学上激光“光刀”用来切开皮肤，是利用激光的高亮度特性
ACD
3.（多选）激光是人工产生的相干光，其具有单色性好、平行度好、亮度高、方向性好等特性，以下关于激光正确的是（ 　 ）
A.激光的频率比X射线的频率还高
B.利用激光进行长距离精确测量
C.利用激光进行通信
D.利用激光加工坚硬材料
BCD
4.（多选）关于激光的应用，下列说法中正确的是(　　)
A．光纤通信是应用激光相干好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中进行信息传递
B．计算机内用“磁头”可读出光盘上记录的信息是应用了激光平行度好的特点来进行的
C．医学中用激光作“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点
D．“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点
E．激光打孔是应用了激光相干性好的特点
ABC