选修3-4《第5章 光的干涉 衍射 偏振 第4节 激光与全息照相》优秀教案

选修3-4《第5章 光的干涉 衍射 偏振 第4节 激光与全息照相》优秀教案

引入：

激光是与原子能、半导体、计算机一起出现的20世纪的四项重大发明之一。它的意为受激辐射光放大器。由于激发有方向性强，单色性好，亮度高，相干性好等特性，其在军事上的应用十分广泛。

激光武器是利用激光束来直接攻击敌方目标的。其优点主要是：(1)速度快，射束直，射击精确度高。(2)摧坚能力强。(3)灵活、无惯性，不产生后座力。(4)抗电磁干扰能力强。

激光武器是高新技术兵器中的佼佼者之一，它的研究时间最长，技术也最成熟。激光武器的发展对各国的军事战略都将产生深远影响，同时它也是最有希望把人类从当前的核恐怖中解放出来的武器之一。在目前的实际应用中，激光武器通常要和其他武器配合使用，还不能完全取代常规武器。目前，美国已经出现了能够令攻击目标暂时或永久性失明的致盲激光武器。

新课教学

一、激光的特点

用电学、光学及其它方法对工作物质进行激励，使其中一部分粒子激发到能量较高的而又能维持时间较长的所谓亚稳态上去，由于场效应的作用，处于高能态的粒子受到感应而跃迁到低能态，同时发生光的辐射，这种辐射称为受激辐射。若把激光的工作物质置于谐振腔内，则光辐射在谐振腔内沿轴线方向往复反射传播，多次通过工作物质，使工作物质中处于反转态的粒子不断受到感应而发光，一个粒子的辐射感应一大片造成雪崩似的放大效果，而形成一束强度很大、方向集中的光束，这种光束称之为激光。

激光的特点是：具有很好的单色性、方向性和相干性，并且亮度极高。（1）单色性——如氦氖激光器发射出频率为4.74×1014赫兹的红色激光，它的频带宽仅是9×1012赫兹。（2）方向性——激光光源的光束延伸几公里后扩展范围的线度不到几厘米，而探照灯延伸几公里后的扩展范围的线度有几十米。（3）相干性——受激辐射满足干涉条件，因而激光具有很好的相干性。（4）高亮度——由于激光能把巨大的能量高度集中地辐射出来。如果把强大的激光束会聚起来照射到物体上，可以使物体的被照部分在不到千分之一秒时间内产生几千万度的高温。自从激光问世以来，不但使古老的光学又变得生气勃勃，并促使许多科学技术领域发生了巨大的变化，诸如激光手术刀，激光切割，直至激光武器等等。

二、激光器

激光器是能够产生激光束的机器。

激光是一种非常神奇的光，人们称它是20世纪科技的重大发现。早在1917年爱因斯坦就提出它的基本原理，1960年美国研制的世界上第一台激光器问世，此后激光的研究和应用日益发展。到今天，激光技术在许多领域得到应用，为人们带来了极大的效益。

激光不是一种天然光源，而是由激光器产生的。激光器中有能产生激光的工作物质，如红宝石、二氧化碳、一些染料都可以作为工作物质，此外还有能量激励装置和光学谐振腔。激光器工作时，工作物质从能量激励装置得到能量，再把获得的能量用光的形式放出，放出的光在光学谐振腔中来回振荡，不断被放大，就形成了激光。

激光器的种类很多，如氦氖激光器、二氧化碳激光器，红宝石激光器、钇铝石榴石激光器，砷化镓激光器，染料激光器，氟化氢激光器和氩离子激光器等等。

三、 激光的应用

正是由于激光具备了这些特性，因而可以在许多地方发挥威力。利用激光聚集很高能量的特点可以做成激光武器，以打穿坦克的铁甲，击落飞来的导弹，而且真正做到指向哪里就达到那里。普通的电话是通过电话线传递的，现在人们已经可以利用激光来传递各种信息，这就是激光通信。激光通信一般是通过石英制成的光缆来传递激光信号，可以比普通电话线传递更多的信息，还可以传送图片等。在医学上，医生利用医用激光器发出的特殊激光束代替手术刀，可以进行非常精细的手术，可以达到既很快完成了手术，病人出血又少的效果。此外，激光还可以用来进行理疗。一般用的照相机照出的只是平面的图像，而利用激光技术进行的全息照相可以记录下被照物体的全部信息。在全息照片上，我们看到的物体不仅有立体感，如果改变角度还可以看到物体侧面甚至背后的样子，真正做到了栩栩如生。过去印刷书刊报纸都是用铅字印刷，不仅工作繁重还有害工人健康。今天许多印刷厂已经使用激光照相排版，用激光扫描稿件，制成底版印刷。印出的书刊、报纸非常漂亮，而且卫生安全。激光技术也走进人们的生活。激光唱片(也叫CD唱片)就是一个例子。它是个直径十几厘米的圆盘，看起来闪闪发亮，实际上表面有许多人眼看不到的凸凹起伏，用以记录声音的信息。激光唱片的播放效果要比以往的胶木唱片好得多。现在又出现了激光视盘，不但能记录声音，还可以记录电影和各种图像信息，效果大大超过了录像带。

光子计算机

20世纪以来人类对光的研究进步很快。60年代初，激光器问世。80年代，光晶体管被研制出来。1986年，美国贝尔实验室发明出与晶体管一样的光晶体管。1990年初，贝尔实验室制成世界上第一台光子计算机。

光子计算机是一种由光信号进行数字运算、逻辑操作、信息存贮和处理的新型计算机。光子计算机的基本组成部件是集成光路，在光子计算机中必须有激光器、透镜和棱镜。

光子计算机比现代的计算机要快1000倍。它的运行速度可高达一万亿次。不仅如此，它的存贮容量也比现代的计算机大几百万倍。它还可以对语言、图形和手势进行识别和合成。能够学习模仿文字，对别人写错的地方还能判别并且联想出正确的文字。现代光纤通信是靠光信号来传递信息的，在通信中使用光子计算机，就不必像使用电子计算机那样，要将电信号转变为光信号来传递，然后又要将光信号转变成电信号。目前，世界上许多国家都投入巨资进行光子计算机的研究。

激光与全息照像

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相干性好的性质。

小 结

1、激光的特点（1）单色性（2）方向性（3）相干性（4）高亮度

2、激光器的发明以及种类

3、激光的应用