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激光的特点有哪些特点-全息照相利用了光的什么原理详细信息
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8 激光

全息照相利用了光的什么原理 


知识全解·吃透教材
知识点1 激光的特点及其应用
一、激光
激光是原子受激辐射产生的光。发光的方向、频率、偏振方向均相同,两列相同激光相遇可以发生干涉。激光是相干光,激光是人工产生的光。
激光的产生
在现代科技中用激光器产生激光。激光一种特殊的光,自然界中的发光体不能发出激光。1958年,激光问世。
二、激光具有的特点
(1)相干性好
所谓相干性好是指容易产生干涉现象。普通光源发出的光(即使是所谓的单色光)频率是不一样的,而激光器发出的激光的频率几乎是单一的,并且满足其他的相干条件,所以,现在我们做双缝干涉实验时,无需在双缝前放一个单缝,而是用激光直接照射双缝,就能得到既明亮又清晰的干涉条纹。
(2)平行度非常好
与普通光相比,传播相同距离的激光束的扩散程度小,光线仍能保持很大的强度,保持它的高能量,利用这一点可以精确测距。现在利用激光测量 地月距离精确度已达到1m。
(3)激光的 亮度非常高
他可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量。如果把强大的激光束会聚起来,可使物体被照部分在千分之一秒的时间内产生几千万度的高温。不能直接照射眼睛,否则会伤害眼睛。
(4)激光单色性很好
激光的频率范围极窄,颜色几乎是完全一致的。
三、激光的应用举例与对应的特性
(1)激光是人工产生的相干光,可应用于光纤通信。
(2)平行度非常好,应用于激光测距雷达,可精确测量测速等。
(3)亮度高能量大,应用于切割各种物质、打孔和焊接金属,医学上用激光作“光刀”来做外科手术。
【例1】关于激光,下列说法正确的是( )
A.激光是用人工方法激发出的一种特殊的光
B.自然界中某些天然物体也可以发出激光
C.激光可以像刀子一样切除肿瘤
D.由于激光的方向性好,所以激光不能发生衍射现象
解析:激光是用人工方法激发的一种特殊的光,A项正确,B项错误.激光具有方向性好、亮度高、能量强等特点,可以像刀子一样切除肿瘤,C项正确,激光是一种电磁波,只要是电磁波就能发生衍射现象,D项错误.
答案:AC
了解激光的特性和应用.激光的特点是频率单一、相干性好,用来像无线电波那样进行调制传递信息;平行度高、方向性好,用来测量超远距离、刻制光盘;亮度高、强度大,用来充当手术刀切除肿瘤.

揭示规律·小试身手
产生激光的原理:原子发生受激辐射,即在外来光子的作用下,处在高能态的原子向低能态跃迁,并同时发射出与入射光子具有相同频率、相位、传播方向、偏振方向的光子,这样,一个入射光子由于引起受激辐射就变成两个同样的光子,如果两个光子在媒质中传播时再引起其他原子发生受激辐射,就会产生越来越多的频率和发射方向都相同的光子,使光得到加强,这就是激光。

1.2001年国家最高科学技术奖授予中科院院士王选,表彰他在激光排版上的重大科技贡献,激光是一种电磁波,某种排版系统中激光频率为4×1014 Hz,则该激光的波长为( )
A.0.25 μm
B.0.50 μm
C.0.75 μm
D.1.33×106 m

 

 

 

1、C.解析:根据公式v=λf可以有
λ= m=0.75×10-6 m=0.75 μm .

知识点2 全息照相
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。

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。
用肉眼去看,全息照片上只有些乱七八糟的条纹 ,用一束激光去照射该照片,眼前就会出现逼真的立体景物 从不同的角度去观察,可以看到原来物体的不同侧面 ,每一片碎片都包括被摄物体的完整信息。
全息照片的拍摄利用了光的干涉原理,这就要求参考和物光有很高的相干性,激光符合这个要求,因此,在激光出现后,全息技术得到了长足的发展。
【例2】下列说法正确的是 ( )
A.激光可用于测距
B.激光能量十分集中,只适用于加工金属材料
C.外科研制的“激光刀”可以有效地减少细菌的感染
D.激光可用于全息照相,有独特的特点
解析:A选项利用激光平行度非常好,C选项利用激光亮度高,平行度非常好,D选项利用激光高度的相干性。此题选ACD。
激光的应用远不止这些,而且还在不断发展。

对准目标发出一个极短的激光脉冲,测量发射脉冲和收到回波的时间间隔,结合发射的方向,就可探知目标的方位和距离, 结合多普勒效应,还可以求出目标的运动速度(利用激光的平行度好)。

2.如图所示,激光液面控制仪的原理是:固定一束激光AO以入射角i照射液面,反射光OB射到水平光屏上,屏上用光电管将光讯号变成电讯号,电讯号输入控制系统用以控制液面高度.如果发现光点在屏上向右移动了s的距离射到B′点,由此可知液面降低了___________________.

图13-8-1

 

2、 coti。解析:如图所示,入射光方向不变,则i不变,而O′B′平行于OB.设液面降了h,据几何关系可得:h= coti.

整合提升 活学活用 提升智能


要点归纳·整合提升
要点1 激光的应用
【例1】一般认为激光器发出的是频率为ν的“单色光”,实际上它的频率并不是真正单一的,激光频率ν是它的中心频率,它所包含的频率范围是Δν(也称频率宽度),让单色光照射到薄膜表面,一部分从前表面反射回来(这部分称为甲光),其余的进入薄膜内部,其中的一小部分从薄膜后表面反射回来,并从前表面射出(这部分称为乙光),甲乙这两部分光叠加而发生干涉,称为薄膜干涉,乙光甲光相比,要多在薄膜中传播一小段时间Δt.理论和实践都证明,能观察到明显的干涉的现象的条件是:Δt的最大值Δtmax与Δν的乘积近似等于1,即只有满足Δtmax·Δν≈1才会观察到明显、稳定的干涉现象.已知某红宝石激光器发出的激光ν=4.32×1014 Hz,它的频率宽度Δν=8.0×109 Hz,让这束单色光由空气斜射到折射率为n= 的薄膜表面,射入时与薄膜表面成45°角,如图13-8-4所示.求:


(1)从O点射入薄膜中的光线的传播方向及传播速度;
(2)估算图示情况下,能观察到明显干涉现象的薄膜的最大厚度dmax.
解析:(1)设从O点射入薄膜中的光线的折射角为r,根据折射定律有:n=sin45°/sinr.所以折射角r=arcsin( )=arcsin( )=30°,光在薄膜中的传播速度v= =2.12×108 m/s.
(2)乙光在薄膜中经过的路程s=2dcosr,如图所示.

乙光通过薄膜所用时间Δt=
当Δt取最大值Δtmax时,对应的薄膜厚度最大,又因为Δtmax·Δv≈1,所以
解得:dmax≈ =1.15×10-2 m=1.15 cm.
答案:(1)折射角为30° 2.12×108 m/s (2)1.15 cm

作出几何光路图,由光的反射规律和激光的特性可求出结果,从而理解激光液面控制仪的原理.

即学即练·触类旁通

1.

利用激光遇到物体发生反射的特点,可以测定物体的有关参量,如图13-8-3甲所示,B为固定的激光发生器和接收器于一体的装置,C为一辆在水平地面上做匀速直线运动的小车,现使B对准匀速行驶的小车C,使B每隔固定时间T0发射一激光脉冲如图13-8-3乙所示中幅度大的波形,B接收的由小车C返回的激光脉冲为图乙所示幅度较小的波形,发射、接收激光脉冲的时间间隔如图乙中所示,T0、T、ΔT均为已知,则根据所给信息判断小车的运动方向为__________(填“向左”或“向右”),速度大小为___________(光速为c).


1、解析:(1)若小车不动,发射激光脉冲后到接收返回脉冲的时间应恒定,而从图形看,从发射到接收的时间间隔逐渐增大,故可知小车C速度方向与激光发射的方向一致,即小车向右运动.
(2)要求小车的速度,关键是要求出小车通过的某段位移和所用时间,可用运动学中处理追及问题的方法求解,作出运动示意图,如图所示.

小车在第一次收到脉冲至第二次收到脉冲时,运动的距离等于第二次与第一次激光单程到达小车时的路程之差.
s= c·ΔT,如图所示,可知在s这段位移内小车运动的时间t=(T0+ )=T0+
故小车的速度大小为v= .
答案:向右

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