高中物理光學知識點(2)
高中物理光學知識點
高中物理激光知識點
1.光
普通光源是向四面八方發(fā)光。要讓發(fā)射的光朝一個方向傳播，需要給光源裝上一定的聚光裝置，如汽車的車前燈和探照燈都是安裝有聚光作用的反光鏡，使輻射光匯集起來向一個方向射出。激光器發(fā)射的激光，天生就是朝一個方向射出，光束的發(fā)散度極小，大約只有0.001弧度，接近平行。1962年，人類第一次使用激光照射月球，地球離月球的距離約38萬公里，但激光在月球表面的光斑不到兩公里。若以聚光效果很好，看似平行的探照燈光柱射向月球，按照其光斑直徑將覆蓋整個月球。天文學家相信，外星人或許正使用閃爍的激光作為一種宇宙燈塔來嘗試與地球進行聯(lián)系。
2.極高
在激光發(fā)明前，人工光源中高壓脈沖氙燈的亮度最高，與太陽的亮度不相上下，而紅寶石激光器的激光亮度，能超過氙燈的幾百億倍。因為激光的亮度極高，所以能夠照亮遠距離的物體。紅寶石激光器發(fā)射的光束在月球上產(chǎn)生的照度約為0.02勒克斯(光照度的單位)，顏色鮮紅，激光光斑肉眼可見。若用功率最強的探照燈照射月球，產(chǎn)生的照度只有約一萬億分之一勒克斯，人眼根本無法察覺。激光亮度極高的主要原因是定向發(fā)光。大量光子集中在一個極小的空間范圍內(nèi)射出，能量密度自然極高。
激光的亮度與陽光之間的比值是百萬級的，而且它是人類創(chuàng)造的。
3.的顏色
激光的顏色取決于激光的波長，而波長取決于發(fā)出激光的活性物質(zhì)，即被刺激后能產(chǎn)生激光的那種材料。刺激紅寶石就能產(chǎn)生深玫瑰色的激光束，它應(yīng)用于醫(yī)學領(lǐng)域，比如用于皮膚病的治療和外科手術(shù)。公認最貴重的氣體之一的氬氣能夠產(chǎn)生藍綠色的激光束，它有諸多用途，如激光印刷術(shù)，在顯微眼科手術(shù)中也是不可缺少的。半導體產(chǎn)生的激光能發(fā)出紅外光，因此我們的眼睛看不見，但它的能量恰好能"解讀"激光唱片，并能用于光纖通訊。但有的激光器可調(diào)節(jié)輸出激光的波長。
4.分離技術(shù)
激光分離技術(shù)主要指激光切割技術(shù)和激光打孔技術(shù)。激光分離技術(shù)是將能量聚焦到微小的空間，可獲得105~1015W/cm2極高的輻照功率密度，利用這一高密度的能量進行非接觸、高速度、高精度的加工方法。在如此高的光功率密度照射下，幾乎可以對任何材料實現(xiàn)激光切割和打孔。激光切割技術(shù)是一種擺脫傳統(tǒng)的機械切割、熱處理切割之類的全新切割法，具有更高的切割精度、更低的粗糙度、更靈活的切割方法和更高的生產(chǎn)效率等特點。激光打孔方法作為在固體材料上加工孔方法之一，已成為一項擁有特定應(yīng)用的加工技術(shù)，主要運用在航空、航天與微電子行業(yè)中。
5.極純
光的顏色由光的波長(或頻率)決定。一定的波長對應(yīng)一定的顏色。太陽輻射出的可見光段的波長分布范圍約在0.76微米至0.4微米之間，對應(yīng)的顏色從紅色到紫色共7種顏色，所以太陽光談不上單色性。發(fā)射單種顏色光的光源稱為單色光源，它發(fā)射的光波波長單一。比如氪燈、氦燈、氖燈、氫燈等都是單色光源，只發(fā)射某一種顏色的光。單色光源的光波波長雖然單一，但仍有一定的分布范圍。如氖燈只發(fā)射紅光，單色性很好，被譽為單色性之冠，波長分布的范圍仍有0.00001納米，因此氖燈發(fā)出的紅光，若仔細辨認仍包含有幾十種紅色。由此可見，光輻射的波長分布區(qū)間越窄，單色性越好。[2]
激光器輸出的光，波長分布范圍非常窄，因此顏色極純。以輸出紅光的氦氖激光器為例，其光的波長分布范圍可以窄到μm級別，是氪燈發(fā)射的紅光波長分布范圍的萬分之二。由此可見，激光器的單色性遠遠超過任何一種單色光源。
6.極大
光子的能量是用E=hv來計算的，其中h為普朗克常量，v為頻率。由此可知，頻率越高，能量越高。激光頻率范圍3.846×10^(14)Hz到7.895×10^(14)Hz。
電磁波譜可大致分為：
(1)無線電波——波長從幾千米到0.3米左右，一般的電視和無線電廣播的波段就是用這種波;
(2)微波——波長從0.3米到10^-3米，這些波多用在雷達或其它通訊系統(tǒng);
(3)紅外線——波長從10^-3米到7.8×10^-7米;
(4)可見光——這是人們所能感光的極狹窄的一個波段。波長從780—380nm。光是原子或分子內(nèi)的電子運動狀態(tài)改變時所發(fā)出的電磁波。由于它是我們能夠直接感受而察覺的電磁波極少的那一部分;
(5)紫外線——波長從3 ×10^-7米到6×10^-10米。這些波產(chǎn)生的原因和光波類似，常常在放電時發(fā)出。由于它的能量和一般化學反應(yīng)所牽涉的能量大小相當，因此紫外光的化學效應(yīng)最強;
(6)倫琴射線(X射線)—— 這部分電磁波譜，
7.激光
波長從2×10^-9米到6×10^-12米。倫琴射線(X射線)是電原子的內(nèi)層電子由一個能態(tài)跳至另一個能態(tài)時或電子在原子核電場內(nèi)減速時所發(fā)出的;
伽馬射線——是波長從10^-10～10^-14米的電磁波。這種不可見的電磁波是從原子核內(nèi)發(fā)出來的，放射性物質(zhì)或原子核反應(yīng)中常有這種輻射伴隨著發(fā)出。γ射線的穿透力很強，對生物的破壞力很大。由此看來，激光能量并不算很大，但是它的能量密度很大(因為它的作用范圍很小，一般只有一個點)，短時間里聚集起大量的能量，用做武器也就可以理解了。
8.其他特性
激光有很多特性：首先，激光是單色的，或者說是單頻的。有一些激光器可以同時產(chǎn)生不同頻率的激光，但是這些激光是互相隔離的，使用時也是分開的。其次，激光是相干光。相干光的特征是其所有的光波都是同步的，整束光就好像一個“波列”。再次，激光是高度集中的，也就是說它要走很長的一段距離才會出現(xiàn)分散或者收斂的現(xiàn)象。
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