大学物理光的量子性与激光.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,光的量子性与激光物理基础,第十四章,1,物体在任何温度下都向外辐射电磁波,热辐射,14-1,黑体,辐射 普朗克能量子假设,平衡热辐射,物体具有稳定温度,发射电磁辐射能量,吸收电磁辐射能量,相等,一、黑体、黑体辐射,2,如果一个物体能全部吸收投射在它上面的辐射而无反射，这种物体称为,黑体,。,黑体模型,黑体,3,单位时间物体单位表面积发射的各种波长的总辐射能,单色辐出度,单位时间,内,从物体表面,单位面积上,发出的，,波长在,附近单位波长间隔内的辐射能,.,辐射出射度,(,辐出度,),4,绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线,0 1 2 3 4 5 6,(nm),1100K,5,绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线,0 1 2 3 4 5 6,(nm),1300K,1100K,6,绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线,0 1 2 3 4 5 6,(nm),1500K,1300K,1100K,7,绝对黑体的单色辐出度按波长分布曲线,0 1 2 3 4 5 6,(nm),1700K,1500K,1300K,1100K,8,由实验及理论都可以得到,斯忒藩,玻尔兹曼定律,二,、,斯忒藩（,Stefan),玻尔兹曼定律,维恩（,Wien),位移定律,每条曲线下的面积等于绝对黑体在一定温度下,的辐射出射度,斯忒藩常数,1,、,斯忒藩（,Stefan),玻尔兹曼定律,9,维恩位移定律,:,维恩位移定律指出,：当绝对黑体的温度升高,时，单色辐出度最大值向短波方向移动。,2,、,维恩（,Wien),位移定律,最大值所对应的波长为,峰值波长,10,例,假设太阳表面的特性和黑体等效，测得太阳,表面单色辐出度的最大值所对应的波长为,465nm,。,试估计太阳表面的温度和单位面积上的辐射功率,解：,11,三,、,普朗克的量子假说 普朗克公式,瑞利,(Rayleigh)-,金斯,(Jeans),经验公式,维恩,(Wien),经验公式,问题,：如何从理论上找到符合实验的函数式？,1.,经典理论的困难,12,o,(nm),1 2 3 5 6 8 9,4,7,实验值,13,o,(nm),1 2 3 5 6 8 9,4,7,实验值,维恩,14,o,(nm),1 2 3 5 6 8 9,4,7,实验值,瑞利,-,金斯,紫,外,灾,难,15,o,(nm),1 2 3 5 6 8 9,4,7,实验值,维恩,瑞利,-,金斯,紫,外,灾,难,16,2.,普朗克量子假说,能量子假说,(1),组成黑体壁的分子,、原子可看作是,带电的线性谐振子，可以吸收和辐射电磁波。,(2),这些谐振子只能处于某种特殊的能量状态，它的能量取值只能为某一最小,能量 （称为,能量子,）的整数倍，即：,对于频率为 的谐振子最小能量为,h,称为普朗克常数，,正整数,n,称为量子数。,（,n,为正整数）,17,注意：普朗克这一思想是完全背离经典物理，并受到当时许多人的怀疑和反对，包括当时的物理学泰斗,-,洛仑兹。乃至当时普朗克自已也想以某种方式来消除,这一关系式。他写道：,“,我试图将,h,纳入经典理论的范围，但一切这样的尝试都失败了，这个量非常顽固”,.,后来他又说：,“,在好几年内我花费了很大的劳动，徒劳地去尝试如何将作用量子引入到经典理论中去。我的一些同事把这看成是悲剧。但我有自已的看法，因为我从这种深入剖析中获得了极大的好处，起初我只是倾向于认为，而现在是确切地知道,作用量子 将在物理中发挥出巨大作用”。,事实上正是这一理论导致了量子力学的诞生，,普朗克也成为了量子力学的开山鼻祖，,1918,年因此而获得诺贝尔奖。,18,振子在辐射或吸收能量 时，从一个状态跃迁,到另一个状态。,在能量子假说基础上，普朗克得到了黑体辐射公式：,这一公式称为普朗克公式,它和实验符合得很好。,c,光速,k,玻尔兹曼恒量,e,自然对数的底,19,o,(nm),1 2 3 5 6 8 9,4,7,普朗克,实验值,20,M.V.,普朗克,研究辐射的量子理论，发现基本量子，提出能量量子化的假设,1918,诺贝尔物理学奖,21,例：一频率为,=0.5H,Z,，振辐为,A=10cm,，劲度系,数为,K=3.0N/m,的谐振子：,X,求：量子数,n;,若,n,改变一个单位，系统能量改变的百分比,若能量变化，一次减少一个能量子，一个能量子能量：,不连续变化的比率：,22,若每相差一能量子画一直线,E,宏观看,是连续的,由此可见可以把经典物理看成,是量子物理在量子数很大时的特,殊情况（只有,n,很小时，能量的不,连续才显得很明显）,对应原理：量子论对一个系统的描述，当量子数,非常大时，即与经典物理的描述一致。,（,1929,年波尔提出）,事实上，第一个认识到普朗克假说的伟大意义,的是爱因斯坦。,23,24,I,s,饱,和,电,流,光 强 较 强,I,U,a,O,U,光 强 较 弱,遏,止,电,压,光电效应伏安特性曲线,光电效应实验装置,O,O,O,O,O,O,V,G,A,K,B,O,O,m,14-2,光电效应,光的波粒二象性,一、光电效应的实验规律,25,2.,光电子初动能和入射光频率的关系,1.,光电流与入射光光强的关系,结论,:,单位时间内电极上逸出的光电子数和入射光,光强成正比,.,实验指出：饱和光电流和入射光光强成正比。,当反向电压加至 时光电流为零，称 为,遏止电压,。,遏止电压的存在说明光电子具有初动能，且：,26,和金属有关的恒量,U,o,和金属无关的普适恒量,k,实验指出：遏止电压和入射光频率有线性关系，即：,o,U,a,o,遏止电压与入射光频率的实验曲线,27,结论：,光电子初动能和入射光频率成正比，,与入射光光强无关。,3,、存在截止频率（红限）,对于给定的金属，当照射光频率 小于某一数值,（称为红限）时，无论照射光多强都不会产生光电效,应。,28,结论,：光电效应的产生几乎无需时间的累积,因为初动能大于零，因而产生光电效应的条件是：,称为红限（,截止频率,）,4.,光电效应瞬时响应性质,实验发现，无论光强如何微弱，从光照射到光,电子出现只需要 的时间。,29,1.,按经典理论光电子的初动能应决定于,入射光的光强，而不决定于光的频率。,经典电磁波理论的缺陷,3.,无法解释光电效应的产生几乎无须,时间的积累。,2.,无法解释红限的存在。,30,二、,光量子（光子）,爱因斯坦方程,爱因斯坦光电效应方程,爱因斯坦光子假说,：,一束光是以光速,C,运动的,粒,子（称为光子）流，,光子的能量为：,一,部分转化为光电子的动能，即：,金属中的自由电子吸收一个光子能量,以后，,一部分用于电子从金属表面逸出所需的逸,出功,W,，,31,3.,从方程可以看出光电子初动能和照射光的,频率,成线性关系。,爱因斯坦对光电效应的解释：,2.,电子只要吸收一个光子就可以从金属表面逸出，,所以无须时间的累积。,1.,光强大，光子数多，释放的光电子也多，所以,光电流也大。,4.,从光电效应方程中，当初动能为零时，可得到,红限频率：,32,几种金属的红限及逸出功,钯,Pd,金,Au,汞,Hg,钛,Ti,铯,Cs,12.1,11.6,10.9,9.9,2480,2580,2750,303,6520,1.9,4.1,4.5,4.8,5.0,金 属,红 限,逸 出 功,(Hz),(A),c,0,4.8,=,0,（,eV),+,10,14,0,33,因为：,由于光子速度恒为,c,，所以光子的,“,静止质量,”,为零,.,光子质量,:,光子的动量：,光子能量,:,三、光的波粒二象性,34,光子的能量 质量 ，动量 是表示粒子特性的,物理量，,而波长 ，频率 则是表示波动性的物理量，,这就表示光子不仅具有波动性，同时也具有粒子性，,即具有波粒二象性。,35,A.,爱因斯坦,对现物理方面的贡献，特别是阐明光电效应的定律,1921,诺贝尔物理学奖,36,在铝中移出一个电子需要,4.2eV,的能量，波长为,200nm,的光射到其表面，求：,1,、光电子的最大动能,2,、遏制电压,3,、铝的截止波长,解：,37,康普顿效应,38,康普顿效应是说明光的粒子性的另一个重要的实验。,1922-1933,年间康普顿（,A.H.Compton,）观察,X,射线通过物质散射时，发现散射的波长发生变化的现象。,1927,诺贝尔物理学奖,39,康普顿实验装置示意图,X,射线管,X,射线谱仪,光阑,石墨体（散射物）,晶体,调节,A,对,R,的方位，可使不同方向的散射线进入光谱仪。,40,康普顿实验指出,改变波长的散射,康普顿散射,康普顿效应,(2),当散射角,增加时，波长改变,也随着增加,.,(1),散射光中除了和入射光波长 相同的射线之外，还出现一种波长 大于 的新的射线。,(3),在同一散射角下，所有散射物质的波长,改变都相同。,41,石,墨,的,康,普,顿,效,应,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,=0,O,(a),(b),(c),(d),o,相,对,强,度,（,A,）,0.700,0.750,波长,42,石,墨,的,康,普,顿,效,应,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,=0,=45,O,O,(a),(b),(c),(d),相,对,强,度,（,A,）,0.700,0.750,波长,43,石,墨,的,康,普,顿,效,应,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,=0,=45,=90,O,O,O,(a),(b),(c),(d),相,对,强,度,（,A,）,0.700,0.750,波长,44,石,墨,的,康,普,顿,效,应,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,.,=0,=45,=90,=135,O,O,O,O,(a),(b),(c),(d),o,相,对,强,度,（,A,）,0.700,0.750,波长,45,经典电磁理论在解释康普顿效应时遇到的困难,根据经典电磁波理论，当电磁波通过散射物质时，物质中带电粒子将作受迫振动，其频率等于入射光频率，所以它所发射的散射光频率应等于入射光频率。,无法解释波长改变和散射角的关系。,46,光子理论对康普顿效应的解释,光子理论认为康普顿效应是高能光子和低能自由电子作弹性碰撞的结果，具体解释如下：,若光子和散射物外层电子（相当于自由电子）相碰撞，光子有一部分能量传给电子,散射光子的能量减少，因此波长变长，频率变低。,47,若光子和被原子核束缚很紧的内层电子相碰撞时，就相当于和整个原子相碰撞，由于光子质量远小于原子质量，碰撞过程中光子传递给原子的能量很少，碰撞前后光子能量几乎不变，故在散射光中仍然保留有波长,0,的成分,。,因为碰撞中交换的能量和碰撞的角度有关，所以波长改变和散射角有关。,48,康普顿效应的定量分析,Y,X,Y,X,（,1,）碰撞前,（,2,）碰撞后,（,3,）动量守恒,光子在自由电子上的散射,X,49,由,能量守恒,:,由,动量守恒,:,X,能量守恒,:,动量守恒,:,50,最后得到：,康普顿散射 公式,此式说明,：波长改变与散射物质无关，仅决定于散射角；波长改变随散射角增大而增加。,由,能量守恒,:,由,动量守恒,:,51,电子的康普顿波长,其值为,我国物理学家吴有训在与康普顿共同研究中还发现：,原子量小的物质康普顿散射较强，原子量大的物质康普顿散射较弱；,52,14-4,氢原子的玻尔理论,53,引言：经典物理中要将光看成是电磁波，而光与,原子的相互作用中却要将光看成一颗颗微粒,-,这,两种图象很难想像能将它们统一起来。,但是量子力学却将它们统一了起来，并且大大,地扩充了人们的眼界，量子力学的发展分为两个,阶段。,1,、旧量子力学时代,1913,年物理学家玻尔（,NBohr,）根据卢瑟福,（,Rutherford,）原子模型及氢原子光谱提出了,氢原子理论，初步奠定了原子物理基础。,54,2,、新量子力学时代,1924,年德布罗意（,De Broglie,）提出了波粒二,象性，尔后由德国的薛定谔（,S c h rd I n g e r,）,与海森伯（,Heisenbeng,）等建立了量子力学。,o,让我们顺着历史的车轮，去领略一下量子力学,的风光，欣赏近代物理学上的另一朵鲜花吧！,量子物理起源于对原子物理的研究，人们从原,子光谱中获得原子内部信息。,1927,年，量子力学开始应用于固体物理，并导,致了半导体、激光、超导研究的发展，此后由此,又导致了半导体集成电路、电子、通信、电子计,算机的发展，使人类进入信息时代,.,。,55,1912,年卢瑟福提出了原子核式结构：原子中,的全部正电荷和极大部分质量都集中在原子中央,一个很小的体积内，称为原子核，原子中的电子,在核的周围绕核运动。,1909,年，盖革和马斯顿进行了一系列的,粒子束被薄金箔散射的实验。,二、,经典原子模型的困难,1.,卢瑟福,原子模型,56,2.,经典理论的困难,注意：经典理论解释不了,H,原子光谱,按,1911,年卢瑟福提出的原子的行星模型,-,电子,绕原子核（,10,-12,m,）高速旋转,对此经典物理势必得出如下,结论：,1,）,原子是”短命“的,+,电子绕核运动是加速运动必向外辐射能量，电子轨道半径越来越小，直到掉到原子核与正电荷中和，这个过程时间,k=1,2,3,.,广义巴尔末公式,59,（,1,）氢原子光谱是分立的线状光谱，各条谱线具,有确定的波长；,（,2,）每一谱线的波数可用两个光谱项之差表示；,（,3,）前项保持定值，后项改变，就给出同一谱线,系的各条谱线的波长。,(4),改变前项,就给出不同的谱系。,nk=1,2,3,.,结论,:,氢原子光谱规律如下：,60,n,氢原子光谱中的不同谱线,6562.79,4861.33,4340.47,4101.74,1215.68,1025.83,972.54,18.75,40.50,赖曼系,巴尔末系,帕邢系,布喇开系,-13.6,-3.39,-1.51,-0.85,0,E,eV,1,2,3,4,8,连续区,n,=,n,=,n,=,61,1913,年,2,月玻尔看到,巴尔末公式时说：,“,我一看到巴尔末公式，整个问题对我,来说就全都清楚了。”,三、,玻尔的氢原子理论,62,玻尔理论的基本假设,(1),定态假设,原子系统只存在一系,列不连续的能量状态，其电子只能在一些特,殊的圆轨道中运动，在这些轨道中运动时不,辐射电磁波。这些状态称为定态，相应的能,量取不连续的量值,E,1,、,E,2,、,E,3,.,。,63,(2,）,跃迁假设,只有当原子从一个较大的能量,E,n,的稳定状态跃迁到另一较低能量,E,k,的稳定状态时，才发射单色光，其频率：,反之，当原子在较低能量,E,k,的稳定状态时，,吸收了一个频率为,nk,的光子能量就可跃迁到；,较大能,量,E,的稳定状态。,(3),轨道角动量量子化假设,电子作圆轨道运动时，角动量只能取,h/2,的整数。,其中,n,为正整数，称为,轨道,量子数,。,64,1),电子轨道半径的量子化,由：,（,1,）、（,2,）式,联立解之,n=1,、,2,、,3,、,4.,结论：,电子轨道是量子化的。,+,r,n,M,m,Mm,玻尔氢原子理论,65,n=2,、,3,、,4.,注意：,n=1,的轨道,r,1,称为玻尔半径。,量子数为,n,的轨道半径,66,n=1,、,2,、,3,、,4,2),定态能量是量子化的,原子处在量子数为,n,的状态，其能量：,由（,1,）式：,（,6,）代入（,5,）式,将,r,代入：,67,n=2,、,3,、,4,结论：能量是量子化的。,注意：这种不连续的能量称为能级,n=1,n,1,的各定态称为,受激态,。,当,n,=,1,时为氢原子的最低能级，称为,基态能级,。,68,-13.6,-3.39,-1.51,-0.85,0,4,8,1,n,=,2,n,=,3,n,=,氢原子能级图,基态,激,发,态,电离态,当 时，,，称为,电离态,氢原子从基态变,成电离态所需的氢,原子的,电离能,为：,当,n=1,时，称为基态,69,3,）导出里德伯常数,将,E,n,代入频率条件,与里德伯公式对照：,计算值：,里德伯常数,实验值：,70,71,例：计算,H,原子中电子从量子数,n,的状态跃进迁到,k=n-1,的状态时发射光子的频率，证明当,n,足够,大时，这个频率就是电子在量子数为,n,的轨道上旋,转的频率（经典理论频率）,解：,当,n,很大时：,72,当,n,很大时：,依经典物理，电子在,n,轨道上旋,转的频率（发射光的频率）为,这实质上是对应原理的必然结果,+,r,n,M,m,Mm,73,玻尔理论的成功与局限,成功,：解释 了,H,光谱，尔后有人推广到类,H,原子,（）也获得成功（只要将电量换成,Ze,（,Z,为原序数）。他的定态跃 迁的思想至今仍是正确的。并且它是导致新理论的跳板。,1922,年获诺贝尔奖。,局限,：只能解释,H,及类,H,原子，也解释不了原子,的精细结构。,原因,：它是半经典半量子理论的产物。还应用了,经典物理的轨道和坐标的概念,.,74,1.,把电子看作是一经典粒子,，推导中应,用了牛顿定律，使用了轨道的概念，所以玻,尔理论不是彻底的量子论。,2.,角动量量子化的假设以及电子在稳定,轨道上运动时不辐射电磁波的是十分生硬的。,3.,不能预言光谱线的强度。,75,例,试计算氢原子中巴耳末系的最短波长和最长波长各是多少？,解：,根据巴耳末系的波长公式，其最长波长应是,n=3,n=2,跃迁的光子，即,最短波长应是,n=,n=2,跃迁的光子，即,76,例,（,1,）将一个氢原子从基态激发到,n=4,的激发态需要多少能量？（,2,）处于,n=4,的激发态的氢原子可发出多少条谱线？其中多少条可见光谱线，其光波波长各多少？,解：,（,1,）使一个氢原子从基态激发到,n=4,激发态需提供能量为,（,2,）在某一瞬时，一个氢原子只能发射与某一谱线相应的一定频率的一个光子，在一段时间内可以发出的谱线跃迁如图所示，共有,6,条谱线。,77,由图可知，可见光的谱线为,n=4,和,n=3,跃迁到,n=2,的两条，辐射出光子相应的波数和波长为：,78,14-5,光的自发辐射 受激辐射,、,光放大,一,、,原子的,自发幅射,光与原子体系相互作用，同时存在,吸收,、,自发,辐射和,受激,辐射三种过程。,在没有任何外界作用下，激发态原子,自发地,从高能级,E,2,向低能级,E,1,跃迁，同时辐射出一光子。,满足条件,：,h,=E,2,-E,1,随机过程，用概率描述,79,n,2,t,时刻处于能级,E,2,上的原子数密度,单位时间内从高能级,E,2,自发,跃迁到低 能级,E,1,的原子数密度,A,21,自发辐射概率（自发跃迁率）,：表示一个 原子在单位时间内从,E,2,自发辐射到,E,1,的概率,自发辐射过程中各个原子辐射出的光子的相位、偏振状态、传播方向等彼此独立，因而,自发辐射的光是非相干光,。,80,1,）,受激吸收,（共振吸收,光的吸收）,处在低能级,E,1,的原子受到,能量等于,h,=E,2,-E,1,的光子,的照射时，吸收这一光子,跃迁到高能级,E,2,的过程。,E,2,E,1,h,n,1,t,时刻处于能级,E,1,上的原子密度为,单位时间内由于,吸收光子,从,低能级,E,1,跃迁到,高能级,E,2,的原子数密度,二,、,受激辐射和受激吸收,81,入射光强,比例系数,受激,吸收,系数,受激,吸收,跃迁概率,82,2,）,受激辐射,处在高能级,E,2,的原子，,受到能量为,h,=E,2,-E,1,的外来光子,的,激励,，由高能级,E,2,受激,跃迁,到低能级,E,1,，同时辐射出一个,与激励光子全同,(,即频率,、,相位,、,偏振状态,、,传播方向等均同,),的光子。,E,2,E,1,h,E,2,E,1,h,h,(a),受激辐射,(b),受激辐射的光放大,83,激励光强,比例系数,受激,辐射,系数,（由原子本身性质决定）,受激,辐射,跃迁概率,单位时间内从,高能级,E,2,受激,跃迁到,低能,级,E,1,的原子数密度,W,21,表示一个原子在单位时间内从,E,2,受激辐射,跃迁到,E,1,的概率,84,14-6,激光原理,自从美国人,梅曼,制造出,第一台激光,器,以后，到今天人们对激光并不陌生，如激光开,刀，可自动止血；全息激光照片可以假乱真；还,有激光照排、激光美容等,.,。激光首先是应用在,军事上。现代战争离不开激光。,引言：,L,ight,A,mplification by,S,timulated,E,mission,of,R,adiation,激光,Laser,受激辐射光放大,85,粒子数反转分布,激光是受激幅射的光，但还存在自发幅射和吸收，,要使受激辐射超过吸收和自发辐射才能,实现光放大,根据玻尔兹曼能量分布律,热动平衡下，,N,2,N,1,，,即,处于高能级的原子数大大少于低能级的原子数,粒子数的正常分布,受激辐射占支配地位,粒子数反转,高能级上的粒子数超过低能级上的粒子数,86,粒子数正常分布是：,为了有效地产生激光，要改变这种分布，形成,粒子数反转的状态。,E,1,E,2,E,3,E,4,能,量,N,1,N,2,粒子数反转状态,E,1,E,2,N,1,N,2,87,实现粒子数反转的条件：,要有实现粒子数反转分布的物质，这种物质具有,适当的能级结构；,必须从外界输入能量，使工作物质中尽可能多的,粒子处于激发态。（,激励,或,泵浦,）,激励方法：,光激励、电激励、化学激励,工作物质的能级结构：,具有亚稳态,(,寿命较长,),只有具有亚稳态的工作物质才能实现粒子数反转,88,工作跃迁,89,电子碰撞,碰撞转移,He,、,Ne,原子部分能级图,90,光学谐振腔,输出,全反射镜,（,100%,反射镜）,部分透光反射镜,（,98%,反射）,光学谐振腔,激发态原子,基态,受激辐射,自发辐射,实现粒子数反转分布的激活介质,辐射的光的位相、偏振状态、频率、传播方向是随机的。,91,输出,全反射镜,（,100%,反射镜）,部分透光反射镜,（,98%,反射）,光学谐振腔,光学谐振腔的作用：,1.,使激光具有极好的,方向性,（沿轴线）；,2.,增强,光放大,作用（延长了工作物质）；,3.,使激光具有极好的,单色性,（选频）。,92,工作物质,：具有亚稳态能级结构,光学谐振腔,：维持光振荡,激励,（又叫,泵浦,）系统：供给能量，输出激光,激光器,He-Ne,气体激光器,93,一）高度单色性,激光所包含的波长或频率范围极小,14-7,激光的特性与应用,又如单色性最好的氪灯，其中心波长,60576,埃,波长范围：,Laser,H,e,-N,e,Laser,中心波长,波长范围：,94,二）高度相干性,相干性是指光波场中光振动之间的相关程度。,相干性越好则光场中任取两点作光源所产生的干涉和衍射的条纹越清晰。,杨氏,双缝干涉,由德布罗意关系式,(,谱线宽度越窄,),又由海森伯不确定关系式,即激光光波有很好的相干长度,95,I,r,圆孔衍射,注意：光的单色性越好，则其相干性也越好。,二者是统一的,.,96,三）高度准直性,(,方向性好,-,激光的发散角小。,),=25mrad,（毫弧度）,(1km,时光斑直径,10m),激光器,Laser,H,e,-N,e,激光经纬仪,测月红宝石激光器,=0.031mrad,=410,-5,mrad,D=1.6km,97,四）亮度高、能量集中,发的光不相干,发的光相干,各原子发的光是非相干叠加,各原子发的光是相干叠加,因此光强大,因此光强小,普通光源,激光光源,98,大功率激光器,可使一切金属熔化,可使一切非金属化为一缕青烟,99,激光的应用,4,、激光在受控核聚变中的应用,3,、光信息处理和激光通信,2,、激光加工与激光医疗,1,、激光测距,干涉测长、激光调制测距、激光雷达测距,打孔、切割、焊接、外科手术刀、武器,光盘的高速高密记录、激光打印机,5,、激光的非线性效应,100,激光光纤通讯,由于光波的频率,比电波的频率高,好几个数量级，,一根极细的光纤,能承载的信息量，,相当于图片中这,麽粗的电缆所能,承载的信息量。,101,激光手术刀,（不需开胸，不住院）,照明束,：照亮视场,纤维镜激光光纤：,成象,有源纤维强激光：,使堵塞物熔化,臂动脉,主动脉,冠状动脉,内窥镜,附属通道,有源纤维,套环,纤维镜,照明束,附属通道：,（可注入气或液）,排除残物以明视线,套环：,（可充、放气）,阻止血流或使血流流通,102,激光,原子力显微镜,(AFM),用一根钨探针或硅,探针在距试样表面,几毫微米的高度上,反复移动,来探测固,体表面的情况。,试样通常是,微电子器件。,激光,-,原子力显微镜,（,AFM,）,激光器,分束器,布喇格室,棱镜,检测器,反馈机构,接计算机,微芯片,压电换能器,压电控制装置,103,