第十三章 光 8 激光：24张PPT

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激光
13.8
一．激光的产生
某些物质的原子受到光或电刺激，辐射出相位、频率、方向等完全相同的光，把这种光叫激光。
世界上第一台红宝石激光器
1960年，美国物理学家梅曼正在进行一项重要的实验。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射出，它的亮度是太阳表面的4倍！这是一种完全新型的光，科学家渴望多年而自然界中并不存在的光，它被命名为Laser。英文全称为Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation中文也常音译为“镭射”。
相干光

平行度好

亮度高
二．激光的特点
一.医学
激光在医学上的应用分为两大类：激光诊断与激光治疗，前者是以激光作为信息载体，后者则以激光作为能量载体。在激光诊断方面，激光可穿透到组织较深的地方进行诊断，直接反映组织病况，给医生诊断提供了充分依据。在激光治疗方面，激光技术已成为临床治疗的有效手段，也成为发展医学诊断的关键技术。它解决了医学中的许多难题，例如激光手术治疗切口小，对组织基本没有损害或损害极小，毒副作用反应少。
三．激光的应用
目前，激光临床应用领域包括近视矫正、视网膜修补、蛀牙修复、分子级微创手术等，当前激光医学的出色应用研究主要表现在以下方面：光动力疗法治癌；激光治疗心血管疾病；激光美容术；激光胸腔镜手术；激光外科手术；激光在口腔、颌面外科及牙科方面的应用；弱激光疗法等。
二.军事
1.激光测距
距离目的地的测量，是军队最感兴趣的一个项目，因为枪炮射击、侦察等都需要精确的距离数据。激光一出现，各种军用激光测试仪也相继发展起来。事实也证明，激光测距与坦克、大炮相结合构成的火控系统，首发命中率大大提高，已成为军队必备的武器装备，被誉为常规武器的威力倍增器。
在激光测距以前，通常采用光学测距机测距，其测距精度随距离而变化,测程越远精度越差,并且受基线长度的制约。因此，激光测距机的出现很快代替了光学测距机，成为数字式火控系统较理想的距离传感器，因而也就成为战场测距的主要装备。
2.激光雷达
传统雷达是以微波和毫米波作为载波的雷达；激光雷达是以光波作为载波的雷达,其波长要比微波波长短四五个数量级。经过多年努力,已在激光跟踪雷达、激光制导雷达、激光成像雷达、多普勒激光测速雷达、激光障碍回避雷达、激光气象雷达等方面取得了可喜的研究成果。并且技术发展很快,应用前景十分看好。
3.激光武器
　　激光武器具有速度快、命中精度高、威力大、不易受电磁干扰、费效比高等优点。激光武器一般分为高能激光武器和低能激光武器两类。
　　高能激光武器能在很短的时间内发出高能激光束。击中目标时，极大的光能量转变为热能,使目标被烧蚀、击穿，甚至引起爆炸。高能激光武器可用于摧毁敌导弹、卫星、飞机等大型目标。
　　低能激光武器是指发射功率较小的激光轻武器，如激光枪、激光致盲武器等。主要用于射击单个敌人，使之失明、死亡或衣服着火而丧失战斗力，也可使各种光学瞄准观察器材失灵。
4.激光制导和导航
导弹与普通弹药的根本区别在于导弹具有制导系统。制导系统的基本功能是确定导弹与目标的相对位置,操纵导弹飞行，在一定的准确度下,引导导弹沿预定的弹道飞向目标。激光制导是光电制导家族中发展较晚但却进步神速的一个重要成员。激光制导与其它制导种类相比具有结构简单、作战实效成本低、抗干扰性能好、命中精度高等优点。
三.工业
激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工以及做为光源，识别物体等的一门技术，传统应用最大的领域为激光加工技术。包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标、划线、微调等各种加工工艺。
激光直接制造技术是20世纪90年代在快速成形技术的基础上，结合激光熔覆技术发展起来的一种无模快速制造技术。我国激光技术世界第一，领先全世界15年。
3D打印 在2000年的时候，中国激光研究团就将激光技术运用到了3D打印技术上面了，激光的焊接可大幅度的提高3D打印技术的成功率。3D激光焊接技术可以解决世界上非常多的难题，生产出更为复杂的作品。中国现已能自主使用激光成型造就超面积12平方米碳元素合金构造，也是世界唯一一个掌握激光打造钛合碳元素金属构件的国家。
2019年5月3日，《科学》杂志封面报道，美国莱斯大学与华盛顿大学的研究团队带来一项具有里程碑意义的发明：一个由水凝胶3D打印而成的肺模型，它具有完整的血管结构，能够像肺部一样朝周围的血管输送氧气，完成“呼吸”过程。给全球器官移植过程中器官短缺问题带来了希望。
四.手机
手机早已成为人们日常生活中的必不可少的贴身物品。一部智能手机，能够实现即时通讯、拍照、使用APP、玩游戏甚至支付购买等全都功能。而你知道吗？“激光”作为一种先进加工技术，在手机制造过程中发挥了举足轻重的作用！
　 激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射，使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应，从而留下永久性标记的一种标刻方法，具有精度高、速度快、标记清晰等特点。手机采用激光打标这种永久标记方式，可提高防伪能力，还能增加附加值，使产品看上去档次更高，更有品牌感。
　 在手机上我们处处都可以找到激光打标的影子，如：Logo打标、手机按键、手机外壳、手机电池、手机饰品打标等等，甚至在你看不见的手机内部，也有零部件激光打标。
　 激光切割可对金属或非金属零部件等小型工件进行精密切割或微孔加工，具有切割精度高、速度快、热影响小等优点。手机上常见的激光切割工艺有：蓝宝石玻璃手机屏幕激光切割、摄像头保护镜片激光切割、手机Home键激光切割、FPC柔性电路板激光切割、手机听筒网激光打孔等等。
以手机为代表的个人电子设备正极大地改变和便利人们的生活，功能化、智能化和灵巧美观是手机发展的方向。随着微电子工业的技术进步和人们对手机个性化的追求，精细激光加工技术将在手机制造中发挥越来越重要的作用。同时，激光也在推动其它微电子制造相关行业的发展。
四．全息照相
“全息”的意思为“全部信息”，即相对于只记录物体的明暗变化的普通摄影来说，激光全息摄影还能记录物体的空间变化。
被拍摄的物体：小鸡
拍摄得到的全息图
全息摄影：记录被摄物体反射（透射）光波中全部信息（振幅、相位）的摄影。
四．全息照相
拍摄全息照片的基本光路
同一激光束被分成两束，参考光直接照到底片上，物光也到达底片。两者干涉，在底片上形成复杂的干涉条纹，各点的明暗程度反映了叠加的加强和减弱的情形。
四．全息照相
全息照片的观看：
全息照片的观看：
用激光照射全息照片，在照片的另一侧观看原物体的立体的像。
全息照片的拍摄利用了光的干涉原理，它是利用参考光和物光发生干涉形成的。
激光全息图——根
彩色全息苹果图
小结 激光的特点及其应用
相干光
平行度非常好
亮度高
光纤通信、全息照相
激光雷达、测距测速
激光切割、焊接、打孔、医疗手术




特点 应用实例



课 堂 练 习
习题1—1：激光全息照相技术主要是利用激光的哪一种优良特性（ ）
A、亮度高
B、方向性好
C、相干性好
D、抗电磁干扰能力强
C
全息照片的拍摄利用了光的干涉原理，这就要求参考光和物光有很高的相干性。激光符合这个要求。
课 堂 练 习
习题1—2：激光全息照片的底片上记录了光的干涉条纹，含有被摄物体反射的光的所有信息，实现了照片的立体性。若照相时，被摄物体被挡住一部分，通过调整视线仍可看见被挡部分；照片被切开成两半，从一半上仍可看到物体的全像，照片仅像一个观察物体的窗口。激光全息照相利用了激光____________的性质.
相干性好
希望：
眼睛里有科学本质
头脑中有科学态度
胸怀间有社会责任