最终版-光子精灵游记

光子精灵游记——奇幻多彩的物理世界 离开了植物世界，舒利和同学们意犹未尽，量子问到：“光子精灵，你明天带我们去哪里呀？”光子精灵说：“你们看晚上的城市漂亮吗？你们想知道那些流光溢彩的美丽光束表演是怎样实现的吗？你们想知道在宇宙中科学家是怎么测量距离的吗？为什么彩虹这么漂亮？光无处不在！明天我带你们去看看物理世界，你们会在那里找到 答案 八年级地理上册填图题岩土工程勘察试题省略号的作用及举例应急救援安全知识车间5s试题及答案 的。” 什么是光 怀着向往的心情，舒利、果儿、量子和同学们一大早又与光子精灵聚在了一起，光子精灵说：“光是一种电磁波，频率 和波长 是表征光的两个物理因子，光具有波粒二相性——光是一种波，同时也是一种粒子。光学是研究宏观的光学现象和性质的，像光的直线传播、干涉、衍射、色散等。而光子是从微观角度研究光的量子特性的。” 大家你看看我，我看看你，好像都不大明白，一头雾水。舒利问：“那频率和波长是怎么来表征光的呢？” 图一 波形图 光子精灵闪着柔和的光，它语气轻快地说：“还记得那天你们看到的彩虹吗？人们常说彩虹由七种颜色组成，红橙黄绿青蓝紫， 它们的波长在390纳米到670纳米（nm，1m=109nm），如果用频率表示的话就是3.9～7.7×1014,HZ，这属于可见光的范围，是人眼能够看到的光，叫做可见光。随着波长从小到大颜色也就从紫色渐变到红色，在这之外我们就把它叫做非可见光。” 量子说：“那是不是就像物质的密度一样，频率和波长是光的固有属性呀？” 光子精灵说：“你们能这样问说明你们明白了，的确是这样的。” 阿力问：“精灵精灵，那你说彩虹是怎么形成的呀？” 图二 电磁波谱与可见光波长 光子精灵答道：“这个讲起来比较复杂，我要先给你们补补课。你们看这根筷子是直的，可是放在水中之后，从水面上看筷子弯曲了。是不是水有弯曲筷子的作用呢？当然不是！” “我们知道光是沿直线传播的，阳光能照亮水中的鱼和水草，同时我们也能通过水面看到烈日的倒影。这说明：光从空气射到水面时，一部分射进水里，另一部分光返回空气中。光从一种介质射到它和另一种介质的分界面时，一部分光返回这种介质的现象是反射，而斜着射向界面的光进入第二种介质叫做光的折射。” “我们之所以能看到世界上的东西，并不是因为我们的眼睛能发光，而是物体反射的光进入我们的眼睛，视网膜上的视觉神经接收到了图像信号反馈给大脑，我们才能看到东西。” “入射光线与法线之间的夹角叫做入射角，反射光线与法线之间的夹角叫做反射角，折射光线与法线之间的夹角叫做折射角。给你们用图表示一下你们会看的更清楚。从图中你们能看到光的反射和折射分别遵循什么规律吗？” 图二 光的反射 图三 光的反射和折射光路图 量子说：“反射角等于入射角！” 阿诺说：“反射光线和入射光线分别位于法线的两侧。” 舒利说：“反射光线跟入射光线和法线在同一平面内……额，折射光线也跟入射光线和法线在同一平面内。” 阿利说：“ 嗯，你们观察的都很仔细，还有吗？” 乔乔说：“折射光线和入射光线分别位于法线的两侧，入射角比折射角大。” 光子精灵说：“不错，是这样的。科学家经过很多年的研究发现，其实入射角的正弦与折射角的正弦是成正比的。人们常用 表示这个比例关系，物理学上把光从真空射入某种介质发生折射时，入射角的正弦与折射角的正弦之比为 ，叫做这种介质的折射率 。空气介质折射率为1，其余介质的折射率都大于1。” “按照上面的公式，我们知道光从真空入射某种介质时，发生折射，折射角一定小于入射角。所以筷子看起来就向上弯了。太阳光发出的光没有特定的颜色，叫做白光，日光灯也是这样。每种颜色的光在同种介质中的折射率都是不同的，雨后的天空中漂浮着许多游离的小水珠，这时它的折射率就和空气的不同了。当太阳光照到上面时，相当于光从空气射向另一种介质，这样每一种颜色的光都会发生折射，由于折射角的大小不同，各种颜色的折射光偏折程度不同，就会形成彩带啦。” 说着，它拿出一块透明的三棱形玻璃——三棱镜，在阳光的照射下，三棱镜的后面也出现了彩虹带。“你们看，光在通过棱镜后，也会形成彩虹！” 舒利说：“有时候我在家里浇花，花洒前面也会出现彩虹，它们也是由于折射形成的吗？” 光子精灵说：“真是个善于观察的好孩子。它们的道理都是一样的，在这里棱镜与空中漂浮的水滴作用是一样的，都变成了与空气折射率不同的介质，这样就发生了折射。人们也是从这里知道原来太阳光是由很多颜色组合而成的，是复色光，相应的，单一颜色的光就是单色光了。” 图四 光的色散 图五 彩虹的形成 果儿问：“那为什么彩虹外面一圈是红色，里面是紫色的呢？” 光子精灵回答说：“科学家研究发现，不同颜色的光对应着不同的折射率，其中红色的折射率最小，紫色的折射率最大，因而红光的偏折角度小，紫光的偏折角度大，所以我们看到彩虹是外红内紫。物理上把这种由于折射率不同，把复色光分解成单色光的现象就叫做色散。 阿力若有所思的点点头：“原来是这样，我还以为真有彩虹姑娘，是她在晾花衣服呢！” 同学们哄得一声都笑了，阿诺说：“精灵呀，那自然界中还有什么现象是由折射引起的呢？” 精灵笑着说：“当然有啦，不过我告诉了你们现象，你们可要是这自己去解释原因哦。夜晚天空星云璀璨，星星在不停地眨眼睛，那我们看到的星星的位置真的就是星星的真实高度吗？科学家研究后发现不是的，星星的实际位置要比我们看到的高。你们想想这是什么原因呢？<1>” 大家正在低头思考着，乔乔突然兴奋的指着远方：“你们看，好多泡泡啊，五颜六色的真漂亮，它们也是色散造成的吗？”大家顺着她的目光看过去，原来是一群小朋友在吹肥皂泡泡，那些泡泡顺着风飞过来，像是身着五彩斑斓霞衣的彩蝶在翩翩起舞。 光的干涉 光子精灵笑着摇摇头说：“你们真是善于思考的好孩子，不过这个可不是色散，这是由光的干涉引起的。我带你们去看看吧。”说着大家感到一阵晕眩，原来他们已经被光子精灵用魔法带到了一个黑漆漆的实验室，有一个年轻的叔叔正在专心的做实验。 他面前的试验台上依次放着一个纳光灯，发出黄色的光芒，然后是一个中央有条竖直细缝的挡板，然后是有两条细长竖直狭缝的挡板，最后面是一个接收图像的光屏，光屏上出现了明暗相间的条纹。 图六 杨氏双缝干涉 光子精灵说：“孩子们，这位叔叔名叫托马斯·杨 ，他现在做的实验就是就是历史上证明光是一种波的最著名的实验——杨氏双缝干涉实验。你们看，光通过第一条缝 之后变成了一束，在通过 和 时又被分成两束，在最后的接收屏E上，我们看到光在有的地方互相加强，在有的地方互相削弱，这就是光的双缝干涉。” 大家看着光屏上出现的条纹都惊叹不已，量子说：“光子精灵，不是说有什么样的形状才能投出什么样的影子吗？我们这里并没有整齐排列的木板，怎么能投出这么整齐的影子来呢？” 光子精灵笑着说：“哈哈，孩子们，这正是光的神奇所在呀！只用了几个小小的器件，就能发生干涉！” 乔乔迫不及待地说：“精灵，你别卖关子了，快给我们讲讲这其中的道理吧！” 精灵说：“我来给你们看看这个实验简化出来的光路图。 和 分别是光从 和 射到光屏上时光走过的路程， 是单色光的波长。” “干涉能够发生，因为这两束光来自于同一单色光，频率相同，他们的振动方向也相同，相位差恒定，这些就是光能发生干涉的条件。” 图七 双缝干涉实验的光路图 “我们从光屏上取五个点，从上到下依次把它们记做 ， ， ， ， 。其中点 到 和 的距离相同。 和 相当于两个振动情况总是相同的波源，由 和 发出的两列波到达 点的路程又相同，所以这两列波的波峰（或波谷）将同时到达 点。这时两列波总是波峰跟波峰叠加，波谷跟波谷叠加， 点的光波得到加强，这里就出现一个亮条纹。” “对于点 来说，由于 距 比距 远一些，两列波到达 点的路程不相同，两列波的波峰（或波谷）就不一定再同时到达 点。如果路程差 正好是半个波长，那么当一列波的波峰到达 时，另一列波这里正好出现波谷。这时两列波相互叠加的结果是互相削弱，于是这里出现暗条纹。” “对于更远的点 ，来自两个狭缝的光波的路程差（即光程差） 更大。如果路程差恰好等于波长 ，那么，两列波的波峰（或波谷）将同时到达这点，光波达到加强，这点也将出现亮条纹。” “ ， 分别是和 ， 关于 点的对称点，所以他们条纹的明暗状况与 ， 处的相同。” 舒利似懂非懂地点点头说：“好复杂呀，不过我听明白了，出现亮条纹还是暗条纹主要是取决于光程差。” “对” ，光子精灵点点头说：“当光程差等于 、 、 ……（半波长的偶数倍）时，两列光波得到加强，光屏上出现亮条纹，我们称之为干涉主极大；当光程差等于 、 、 ……（半波长的奇数倍）时，两列光波就互相削弱，光屏上出现暗条纹，我们称之为干涉主极小。” 乔乔说：“同样的两束光干涉产生的结果原来不一定相同啊！” 光子精灵说：“对，这就与交朋友相类似。有相同爱好、经历、理想的人更容易成为朋友，但成为朋友之后有的会对周围的人和社会产生好的影响，但有的则会产生不好的作用。” 同学们听了这番话都若有所思，喜欢刨根问底的阿力问道：“那两条狭缝间的距离 ，双缝与光屏的距离 、光波长 、相邻两条亮条纹（或暗条纹）间的距离 ，这四者有什么关系呢？” 图八 干涉图样 A与B缝间距不同 图九 白光干涉条纹 A与C入射光不同 光子精灵说：“问得好！相邻两条亮条纹（或暗条纹）间的距离 是由其它三个因子共同决定的，他们的关系是 在两缝间的距离以及挡板和屏的距离一定的情况下，用不同颜色的单色光做双缝干涉实验，干涉条纹间的距离不同。比如，用红光做实验时的间距就比用蓝光时大，说明红光的波长比蓝光的波长长。如果用白光做实验，由于白光内各种颜色的单色光的干涉条纹的间距不同，在屏上会出现彩色条纹。” 量子问：“但我们看到的是泡沫，并不是两条细缝啊？” 精灵说：“哈哈，说得对，我们看到的在泡沫上出现的色彩是薄膜干涉造成的。但这与双缝干涉的原理是相同的，都是由光程差引起的光学现象。” “你们看，薄膜是有厚度的，受重力的作用，下面厚，上面薄，因此在薄膜上不同的地方，来自前后两个面的反射光所走的路程差不同。在一些地方，这两列波相互叠加后互相加强，于是出现亮条纹：在另外一些地方，叠加后互相削弱，出现了暗条纹。太阳光是白光，因此也会出现双缝干涉那样的彩色花纹。” 图十 肥皂泡的薄膜干涉 精灵接着说：“除了肥皂泡，水面的油膜上也常常可以看到彩色花纹。用光的干涉现象，在磨制镜面或者其它精密的光学平面时，我们可以用干涉法检测平面的平整程度。同学们我要考考你们了，你们看，左面的是测量原理图，右面的是测量结果，你们能描述出它是怎么测量出来的吗？<2>” 图十一 干涉法测样板，从干涉条纹可以判断被测表面是否平整 光的衍射 大家看着泡沫上面的色彩都不由得赞叹光的奇妙，听到精灵的问题也开始思索起来。片刻过后光子精灵说：“这个问题你们回去之后好好想想。现在我再带你们去看看光的另一种奇妙现象，光在通过障碍物时，除了发生干涉，还会发生衍射，你们看……” 话音未落，大家又来到了一间黑屋子，屋子的实验台上放着一个钠光灯，后面是一个不透光的挡板，上面安装了一个宽度可以调节的狭缝，缝后放着一个光屏。 图十二 光的衍射装置图 光子精灵默念咒语，大家发现挡板上的缝宽有了变化，而随着缝宽的改变，光屏上的光形和光强也发生了不可思议的改变。当缝比较宽时，光沿着直线方向通过狭缝，在屏上产生一条跟缝宽相当大小的亮线，随着狭缝的逐渐变窄，亮线的亮度有所降低，但宽度却反而增大了。 图十三 光的衍射原理图 光子精灵说：“同学们你们看，这种现象表明，当缝宽很小时，光没有沿着直线传播，它绕过缝的边缘，传播到了相当宽的地方，这就是光的衍射现象。你们看这就是衍射原理图，经过障碍物以后，光线好像拐弯了！” 光子精灵接着说：“如果我们把缝换成圆孔，又会发生什么呢？你们看，用点光源照射具有较大圆孔的挡板，在后面屏上就能得到一个圆形亮斑，但如果空缩小到一定程度，这时就会出现圆孔衍射图样了。” 图十四 圆孔衍射图样 “如果我们把圆孔换成不透光的圆板即圆屏，它的衍射中心会出现亮斑，它是光绕过圆屏边缘在这里叠加后形成的。这其中还有一段有趣的故事哪！” 图十五 圆屏衍射图样 “1881年法国巴黎科学院为了鼓励人们对衍射问题的研究，悬赏征集这方面的论文。物理学家菲涅尔 按照波动学说深入研究了光的衍射，在论文中给出了严格的理论计算，而当时的另一物理学家泊松 反对波动说，他按照菲涅尔的论文计算出来光在圆屏后面的影的问题，发现对于特定波长，在适当距离上，影的中心会出现一个亮斑！泊松认为这是荒谬可笑的，但在竞赛的关键时刻，菲涅尔在实验中观察到了这个亮斑，这样泊松的计算反而支持了波动学说。后人为了纪念这个有意义的事件，把这个亮斑称为泊松亮斑。” 同学们听了之后都不禁啧啧称赞起来，为人们对真理的孜孜以求，也为科学家严谨公正的科研态度。果儿问：“精灵，那如果把圆孔换成方孔呢？” 图十六 方孔衍射图样 精灵说：“如果把圆孔换成方孔，相当于在数值和水平两个方向上都发生了衍射，它的衍射图样左边这幅图的样子，如果我们把单缝换成多缝，看到的衍射图样将会更加复杂，这其中的物理原理就更深奥了，你们以后就会知道。” 舒利问：“那我们能不借助实验仪器就看到衍射吗？” 精灵说：“当然可以了。如果把两支铅笔并在一起，中间留一条狭缝，放在眼前，通过这条狭缝去看远处的日光灯，使狭缝的方向跟灯管平行，就会看到平行的彩色条纹。” 同学们拿出铅笔试了试，果然看到了彩色条纹，阿诺说：“真有趣，那在我们日常生活中还有什么方法可以观察到衍射呢？” 图十七 刀片的衍射图样 精灵回答说：“这个可多了，通过两手指间的狭缝看窗外，可看到狭缝处明暗相间直条纹；眯起眼睛看远处路灯，可看到灯的周围有明暗相间的彩带；隔着门缝看人把人看扁了，因为横向变宽了，所以相对身高变矮了；当大气层中有尘埃、雾滴或冰晶时，人们看到太阳和月亮周围有个大的彩色光环，内紫外黄，就是日晕和月晕，这是微粒对光的衍射；在厚纸片上用缝衣针扎孔、用刮脸刀片开缝（0.2mm左右），用其观察白炽灯泡，可看到圆孔和单缝衍射条纹；通过鸟类的羽毛观察白光，会看到五颜六色，除了干涉以外还存在衍射。” “还有呢，在森林里树木茂盛，阳光会通过树缝在地上形成大大小小的光斑，无论树叶间的空隙是什么形状，投下的的光斑都是圆形的。”<3> 大家都恍然大悟般“哦”了一声，也许光子精灵讲的他们只是听懂了其中一部分，但在他们每个人的眼中，光都不再是摸不着抓不到的了。在他们看来，光已经如同这空中的云彩，变幻多姿，美妙神奇，吸引着他们不断走进这奇妙的光的世界…… 趣味阅读：光的前世今生 从古代中国有燧氏钻木取火，开创农耕文明，到希腊神话里普罗米休斯盗取天火把光明带来人间，从爱迪生发明电灯泡到富兰克林扑捉雨夜放风筝雷电，人们对于光本性的探索从未停止。 1. 萌芽时期:远古～15世纪末、16世纪初 光学的起源可追溯到古代，我国春秋战国时期，墨翟（前468～前376）及其弟子所著的《墨经》中，就记载着光的直线传播（影的形成和针孔成像等）和光在镜面（凹面和凸面）上的反射等现象，并提出了一系列经验规律，把物和像的位置及其大小与所用镜面的曲率联系起来。无论就时间还是就科学性来讲，《墨经》称得上是有关光学知识的最早记录，比希腊数学家欧几里德所著的《光学》早100多年。 从墨翟开始的两千多年的漫长岁月构成了光学发展的萌芽时期，在此期间光学发展比较缓慢。到15世纪末和16世纪初，凹面镜、凸面镜、眼镜、透镜以及暗箱和幻灯等光学元件的相继出现，预示着新的时期即将到来。 2. 几何光时期:16世纪初～19世纪初 几何光学时期可以称为光学发展史上的转折点，这时期建立了光的反射和折射定律，奠定了几何光学的基础。 荷兰李普塞（H.Lippershey，1587-1619年）在1608年发明了第一架望远镜。 延森（Z.Janssen，1588-1632）和冯特纳（P.Fontana，1580-1656年）最早制作了复合显微镜。 斯涅耳（W.Snell,1591-1626年）和笛卡儿（R.Descares，1596-1650年）提出折射定律的精确公式。 费马（P.de Fermat，1601-1665）在1657年首先指出光在介质中传播时所走路程取极值的原理，并根据这个原理推出光的反射定律和折射定律。 意大利人格里马第（F.M.Grimaldi , 1618-1663年）首先观察到光的衍射现象。 1672-1675年间胡克（R.Hooke，1635-1703年）也观察到衍射现象，并且和玻意耳（R.Boyle，1627-1691年）独立地研究了薄膜所产生的彩色干涉条纹。 十七世纪下半叶，牛顿（I.Newton，1642-1727年）和惠更斯（C.Huygens ，1629-1695年）等把光的研究引向进一步发展的道路。 牛顿用三棱镜进行了分光实验，还仔细观察了白光在空气薄层上干涉时所产生的彩色条纹—牛顿圈及其色序问题。牛顿于公元1704年提出了光是粒子流的理论。他认为这些微粒从光源飞出来，在真空或均匀物质中直线传播，并以此观点解释了光的反射和折射定律。然而在解释牛顿圈时，却遇到了困难，同时，这种微粒流的假设也难以说明光在绕过障碍物之后所发生的衍射现象，而且还得到了介质中的光速大于真空中光速的错误结论。 惠更斯反对光的微粒说，认为光是在“以太”中传播的波。惠更斯不仅成功地解释了反射和折射定律，还解释了方解石的双折射现象。 3. 波动光学时期:19世纪初～20世纪初 到了十九世纪，初步发展起来的波动光学体系已经形成。 杨（T.Young，1773-1829年）在1801年最先用干涉原理令人满意地解释了白光照射下薄膜颜色的由来和用双缝显示了光的干涉现象，并第一次成功地测定了光的波长。 菲涅耳（A.J.Fresnel，1788-1827年）1815年用杨氏干涉原理补充了惠更斯原理,形成了人们所熟知的惠更斯一菲涅耳原理。 马吕斯（E.L.Malus，1775-1812年）1808年偶然发现光在两种介质界面上反射时的偏振现象。 为了解释这些现象，杨氏在1817年提出了光波是一种横波的观点。菲涅耳进一步完善了这一观点并导出了菲涅耳公式。 至此，用波动理论圆满得解释了光的干涉、衍射和偏振现象。 与此同时，电磁学得到了极大的发展。麦克斯韦建立电磁理论,预言了电磁波的存在,并根据电磁波的速度与光速相等的事实,麦克斯韦确信光是一种电磁现象。 1888年赫兹实验发现了无线电波,证明了麦克斯韦电磁理论的正确性。 爱因斯坦提出了相对论，彻底抛弃了“以太”学说。 4. 量子光学时期：20世纪初～20世纪中 瑞利和金斯根据经典统计力学和电磁理论,导出黑体辐射公式,它要求辐射能量随频率的增大而趋于无穷。 1887年赫兹发现光电效应。 1900年普朗克（1858-1947年）提出了辐射的量子论，认为各种频率的电磁波只能是电磁波（或光）的频率与普朗克常数乘的整数倍，成功地解释了黑体辐射问题。 1905年爱因斯坦（1879-1955年）发展了普朗克的能量子假设，把量子论贯穿到整个辐射和吸收过程中，提出了杰出的光量子（光子）理论，给出了光电方程，圆满解释了光电效应，并为后来的许多实验例如康普顿效应所证实。 5. 现代光学时期：（20世纪中～） 从本世纪六十年代起，特别在激光问世以后，由于光学与许多科学技术领域紧密结合、相互渗透，一度沉寂的光学又焕发了青春，以空前的规模和速度飞速发展，它已成为现代物理学和现代科学技术一块重要的前沿阵地，同时又派生了许多崭新的分支学科。 1958年肖络（A.L.Schawlow）和汤斯（C.H.Townes）等提出把微波量子放大器的原理推广到光频率段中去，1960年美国的梅曼(T.H.Maiman，1927-2008 )，首先成功地制成了红宝石激光器。 激光科学技术的发展突飞猛进，在激光物理、激光技术和激光应用等各方面都取得了巨大的进展。 全息摄影术已在全息显微术、信息存贮、象差平衡、信息编码、全息干涉量度、声波全息和红外全息等方面获得了越来越广泛的应用。 薄膜光学的建立，源于光学薄膜的研究和薄膜技术的发展。 傅立叶光学的建立源于数学、通讯理论和光的衍射的结合；它利用系统概念和频谱语言来描述光学变换过程，形成了光学信息处理的内容。 集成光学源于将集成电路的概念和方法引入光学领域。 非线性光学源于高强度激光的出现、它研究当介质已不满足线性叠加原理时所产生的一些新现象，如倍频,混频,自聚焦等。 光学纤维已发展成为一种新型的光学元件，为光学窥视（传光传象）和光通讯的实现创造了条件，它已成为某些新型光学系统和某些特殊激光器的组成部分。 对光导纤维的研究形成了纤维光学或导波光学。 可以预期光计算机将成为新一代的计算机，想象中的光计算机，由于采取了光信息存储，并充分吸收了光并行处理的特点，它的运算速度将会成千万倍地增加，信息存储能力可望获得极大的提高，甚至可能代替人脑的部分功能。 光子的独白 又是个霞光明媚的早晨，金色的阳光洒满大地，照亮了即将出发接着去探索奇妙的光的世界的同学们，他们满眼期待的看着光子精灵，都在猜测下一站他们会去哪里？他们很想知道，光子精灵接下来会带给他们的，将又会是怎样的奇妙和精彩？ 光子精灵说：“我已经介绍了光的一些性质了，下来我要介绍一下我自己了。我叫光子精灵，也就是光子。前面我们讲的光的衍射和干涉很好的说明了光是一种波，但光电效应 这一新的物理现象用这种理论却无法解释。” 图十八 光电效应 “1900年德国的物理学家普朗克 在研究物体热辐射时，引入了量子的概念。爱因斯坦 受到启发，他在1905年提出了光量子理论。他认为在空间传播的光不是连续的，而是一份一份的，每一份叫做一个光量子，简称光子。按照光量子理论，人们认为光是一种以光速c运动的光子所组成的，又与其它的基本粒子（电子、质子、中子等）一样，具有一定的质量、能量和动量等。” 光子精灵稍微停顿了一下说：“光子的基本性质主要有： ◆光子的能量 与光的频率 成正比，即 ,其中 为普朗克常数， J·s，换句话说这是每个光子具有的能量； ◆光子的静止质量 为零，运动质量为 , ，即光子的质量与自身频率有关； ◆光子的动量 与单色平面波的波矢 有对应关系为 其中 ， ， 为光子运动方向（平面波传播方向）上的单位矢量； ◆光子具有两种可能的独立偏振状态，对应于光波场的两个独立偏振方向； ◆光子具有自旋，并且自旋量子数为整数。电子的运动可类比于地球的运转，地球绕着太阳公转，同时还在自转，电子既绕着原子核运动，自身也在转动，就是自旋。” “这样按照上面的光子说，每个光子的能量只取决于光子的频率，例如蓝光的频率比红光高，所以蓝光光子的能量比红光光子的能量大。” 光子精灵接着说：“我们也就能很好的解释光电效应了。光子照到金属上时，它的能量可以被金属中的某个电子吸收。如同人吃饱饭就有能量进行各项运动，电子在吸收了光子后能量增加，运动速度加快。如果能量足够大，电子就能克服金属内的正电荷对它的吸引，离开金属表面，逃逸出来，成为光电子。这就像是一锅开水，由于锅中水的剧烈运动，就会有水花溅出来。” 图十九 太阳能电池板 “这种现象我们称之为外光电效应。在半导体材料中，还会发生内光电效应，我们把它叫做光生伏特效应，就是硅等材料在光的照射下产生了电流或者电压，我们知道的太阳能电池就用到了这个原理。 舒利说道：“原来电子也像小孩子这么调皮呀，还像孙猴子有这么多变化。那我们研究这些光子、电子有什么用啊？” 光子精灵回答说：“人们对光的研究从早期的宏观光学特性到量子特性等微观机理的深入研究，从传统的光学逐步开拓出光子学的新领域。在80年代以前的电子技术时期，电子技术极大的推动了信息技术的迅速发展，到90念叨人们已经越来越意识到光子技术的重要性。目前正处于国际上信息高速公路建设的高潮时期，电子技术与光子技术的发展和结合对信息高速的发展起到了不可或缺的作用，世界上一些发达国家都将光子技术看做国际竞争的关键技术之一。甚至有人说，‘成也光电，败也光电’。” “哇，这么厉害！”同学们都是一声惊叹。 光子精灵接着说：“对，非常厉害。这是因为： ◆光子的频率高，其承载信息的容量很高，是电子的1000倍；而且光子以光速传播，比电子快1～2个数量级，因此光子在信息传输上具有得天独厚的优势； ◆光子的波长极短，作为存储信息的载体，其存储信息的容量可比电磁方法高106～109； ◆光子在高度透明的光纤中传播时损耗极低，而且光子为电中性，具有极出色的相容性，这使得光子天然的具有并行处理信息的能力和高度的互联特性； ◆光子容易深入穿透光学介质，并能与介质发生种种相互作用，可制作出特定作用的集成器件； ◆光子可以传感多种信息，可以发展出多功能传感技术；光子的性质还远不止这些呢，以后你们就知道啦！” 量子挠着脑袋说到：“我的爸爸妈妈是物理学工作者，他们给我起名叫量子就是说小粒子蕴含着大能量。” 光子精灵和同学们都一起笑了,光子精灵说：“不错，我们都知道爱因斯坦是物理学界唯一可以和牛顿相提并论的科学家，他毕生最大的成就是相对论，但在1921年他获得诺贝尔物理学奖时，颁奖委员会特地说明了是为了表彰他在光电效应研究上的突出贡献，一方面是当时的相对论只有理论，并没有实验来证明；另一方面的确是光量子理论的确对现代科技具有非凡的意义。后来小粒子确实改变了世界，二战的时候是爱因斯坦建议美国总统研制核武器，在日本的长崎和广岛投下原子弹才改变了整个东方战场的战争格局。当然人们也意识到任何科技的进步都应当是为人类服务的，因此安全的使用核武器、核技术是人类的共识，世界各地都建造了很多核电站，核电站发电具有很多优点，但如果核泄漏对环境的损害是毁灭性质的！到现在人们对光子世界的探索才进行了十之三四，还有更广阔的天地等待你们去发现。” 同学们互相看看，眼神里都充满了鼓励与希冀，舒利看看量子，又看了看光子精灵，他被这浩渺的光子世界吸引，一时间生出了些许“寄蜉蝣于天地，沧海之一粟”的感觉，他不自觉地低下头自言自语地说：“这么广阔的世界我们该从哪里开始呀？” 激光的天下 精灵微笑着说：“‘路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。’我们就去了解一下激光吧。1958年梅曼 在实验室里激发出来了一种自然界中没有的光——激光。到现在50多年来，激光已经深入我们生活的方方面面。有人编了一句顺口溜，大体就概括了光子的特性和用途。” 图二十 梅曼和第一只激光器 光子精灵说：“上面这段话已经给出了激光的四个显著特性，分别是，单色性好，方向性好，亮度高，相干性好，这是由激光器的特殊构造决定的。应该说，激光与生俱来的卓越表现就注定它要受到全世界科学家的关注。” 乔乔说：“我们以前都听说过激光很厉害，可就是不知道为什么，光子精灵，你能给我们详细解释一下吗？” 光子精灵说：“你们看，这就是我国第一台激光器，这是由是长春光机所研制。激光器一般是由三部分组成的，工作物质、泵浦源和谐振腔。所谓工作物质，是指能产生激光的原料。俗话说：巧妇难为无米之炊，激光正是由这些工作物质激发出来的；而泵浦源，也叫激励能源，指的是外界必须提供一定的能量才能满足产生激光的初始条件；谐振腔是能够一直发射激光所需的外部环境。这和发电机的工作原理颇为相似。首先所有的物理过程都发生在一个腔体内，其次都需要有一个初始的动力或者激励，最后还都必须有某种原料来供给。所不同的是，发电机所需的腔一般是带有活塞的，其初始动力一般是外界的一个机械力，工作物质是汽油或者柴油，这样就把生物能转化为电能。而激光器所需的腔是一个谐振腔，两端各有一个镜子；其初始动力是电能，工作物质则多种多样。” 图二十一 我国第一台红宝石激光器结构示意图 量子忽闪着他的大眼睛，问到：“你能给我们仔细讲一下吗？” 光子精灵说：“当然可以，光是一种电磁波，麦克斯韦的微观方程也适合它。” “这就是麦克斯韦微观方程，其中 为电场强度矢量， 为电位移矢量， 是磁场强度矢量， 磁感应强度矢量， ， ， ， ， 是传导电流密度， 为极化强度矢量， 分别为介电常数和磁导率， 为真空中介电常数和磁导率。在各向同性介质中 均为常数，我们假设电磁波在传播过程中没有损耗，且是可以无限传播的，那么在封闭腔内，我们可以得到 而 ， ，其中 为任意常数，则 表示各点按同一方式随时间变化， 表示各点的振幅不同的驻波。 “这样得到关于时间和位置的表达式： ，我们用这个式子表示驻波模，我们把每一个能代表场振动的分布叫做电磁场（光）的一种模式（或称为一种波形），即 定义为光学模式，场的不同本征振动状态表示为不同的模式。对于封闭腔的体积，这种模式实际上就是存在于该体积内的不同频率的驻波。” “经过进一步的运算我们知道：存在于空腔中的稳定场是偏振方向确定的分离的驻波模式；对于一组确定的 ，电矢量 的振动方向就被限制在垂直 的平面内，且有两个相互独立的偏振方向（模式）。” “有了光学模式的概念，那么我们怎么来准确描述在封闭腔内，频率范围为 内单位体积中可能存在的模式数目呢？这个我们就用模密度来表达。我们可以先求出对于体积为 的封闭腔的每个模式的体积来求得。对于模序数为 和 两个相邻模的间隔为 ， ， ，一个模式在波矢 空间中所占的体积为 。在模式数目极大的波矢 空间，选取球坐标系，在 范围内的总体积为 ， 是不小于零的整数，满足 的总体积为 EMBED Equation.3 那么在频率 处，在 范围内，体积 中的模式总数为 即模密度为 ，则单位频率间隔的模式密度为 ， 。分析可知对封闭腔而言，随着频率的增加，模式数目增大；随着波长的增加，模式数目减小；随着腔体积的增加，模式数目减小；模式数目的多少与腔的形状有关。” 光子精灵看同学们有点懵，便说道：“同学们，按照我所讲的这些，你们能算出来在边长为 的封闭空腔，填充介质（即工作物质）的折射率为 的谐振腔中，当波长 ，波长间隔 时，腔中可能存在的模式数目是多少？模式密度是多少吗？” 同学们正为这听起来复杂的运算推导犯难，听到光子精灵出的这道题，就不约而同地算起来，结果非常大<4>，光子精灵说：“在一个这么小的腔内光子数目就这么多，可见它蕴含的能量是多么的惊人呀！而这些光子都来源于同一原子中，频率最接近，可近似认为是同频率，更容易发生干涉，故而具有这么优秀的性质。” 舒利说：“原来如此啊，那这么大的能量要怎么放啊？我看到电视上面军用激光器都非常的大啊！” 光子精灵回答说：“激光器有多种分类，宇宙中测距用的激光器都是先打出一束激光，记录它反射回来时所用的时间，用激光的速度乘以时间再除以二就能得到，这种激光器都是比较大的。一般激光器按工作物质分可分为：气体激光器、固体激光器、液体激光器、半导体激光器、化学激光器、自由电子激光器、 X射线激光器、光纤激光器；按工作方式可分为：连续激光器和脉冲激光器；按激励源可分为：电激励激光器、光激励激光器、热激励激光器、化学激励激光器、核能激励激光器等；按光学谐振腔的结构可分为内腔式激光器、外腔式激光器、半内腔式激光器、环形腔激光器、折叠腔激光器、光栅腔激光器；按输出激光的波谱可分为：可见光激光器、红外激光器、紫外激光器、毫米波激光器、X射线激光器、 射线激光器等；按激光束的模式分：单横模激光器、单纵模激光器、多横模激光器、多纵模激光器等；按激光技术分为：静态脉冲激光器、调Q激光器、锁磨激光器、倍频激光器、稳频激光器、可调谐激光器等。按照这些种类的不同，它们的体积和形状也是不同的，最小的比我们用的钢笔还小，最大的还需要专门盖仓库来放置呢！” 说着光子精灵轻施魔法，带同学们去看全世界各种各样的激光器，在高山上，在大海里，在医院，在工地，在实验室，在空间站，激光走在了科技改变生活的最前沿。 激光是怎么得来的 同学们都惊叹着游离激光世界带来的高科技体验，纷纷提问激光是怎么工作的，光子精灵说：“在理想单色光与物质相互作用过程物质的无数能级中，我们只考虑其中的两个能级而忽略其它能级。把处于高能级的能级称为激发态能级2，把处于低能级的能级称为基态能级1；其能量分别为 和 ( )；其粒子数密度分别为 和 。光与物质相互作用一般有三个过程：自发辐射、受激吸收和受激辐射。” “所谓自发辐射，是指激发态能级2的粒子在没有外场的作用下，自发跃迁到低能级1上，并释放出能量 ，这个过程是自发进行的。我们知道从高能态跃迁到低能态，必定要向外释放能量。如果这些能量以电磁波的形式释放出来，这个过程就称为光的自发辐射，这时由于频率不同，自发辐射的光不是相干光。对于一个粒子，当处于激发态的几率变为原来的 时所经历的时间，可以看成该粒子处在激发态能级的寿命。一般我们用 表示自发辐射寿命。 大，说明粒子在 能级停留的时间长； 能态称为稳（定）态； 很大的能态称为亚稳态。” 图二十二 自发辐射 图二十三 受激跃迁 “所谓受激吸收，是指处于能级 的粒子，在频率为 的外场的作用下，以一定的几率跃迁到能级 ，同时从外场吸收能量为 ，这个过程称为受激吸收。从光子角度来说，能级 的粒子从外场吸收光子，粒子能量从 转移到 。” “而受激辐射，是指能级 的粒子，在频率为 的外场作用下，以一定的几率产生从能级 向能级 的跃迁，同时释放出频率为 的光波，并叠加在入射场上。从光子角度来说，入射光子激励处了于激发态的粒子，使粒子从 跃迁到 ，同时释放出与入射光子同频率的光子，从而得到两个光子。在一个入射光子的作用下，获得大量的状态完全相同的光子，即形成了光放大。” 图二十四 受激辐射 图二十五 光放大过程 “粒子的受激辐射过程可以认为是粒子中的电子在外来光场的作用下进行受迫振动的过程。这样，粒子的电子振荡时所发出的光的频率、相位、偏振状态及传播方向均应与外来光场的相同，即粒子受激辐射出的光与外来的引起受激辐射的光具有相同的频率、相位、偏振状态及传播方向。在同一外来光场作用下，若有大量粒子产生受激辐射，则产生的光子都具有相同的状态，即处于同一光子态或同一光波模式。因而，这些光（子）是相干的。” 量子问道：“光子精灵，你说的这些是激光产生过程中能级的变化吧？这样就能产生激光了吗？” 光子精灵说：“不错，这是我们简化之后得到的二能级系统，其中存在着吸收和辐射，我们需要辐射大于吸收才可能产生光，而自发辐射的光不是相干光，不能形成激光。因此，激光产生的必要条件之一是受激辐射占优势，在光与物质相互作用的三个过程中，若要获得激光，必须使受激辐射过程占优势。自然情况下处于低能态的粒子数是远大于高能态上粒子数的，要实现受激辐射占优势，必须使处于高能级上的粒子数大于低能级上的粒子数，这种分布与正常分布相反。这种粒子数按能量状态反分布的现象，称为粒子数的反转。这样如果有一束能量为 的入射光子通过处于这种分布下的激活物质，受激辐射占主导地位，这样光在激活物质内部将越走越强，使该激光工作物质输出的光能量超过入射光的能量，实现光放大。这样一段激活物质就是一个放大器。” 图二十六 光与物质相互作用 光子精灵接着说：“这样我们知道产生激光必须要有一个激励源，不断把粒子从低能级（或基态）激励到高能级；还需要合适的介质（激光工作物质），使它能在外界作用下实现粒子数的反转。那么谐振腔在激光产生的过程中到底有什么重要作用呢？” 同学们开始叽叽喳喳讨论起来，乔乔说：“那应该就是起到一个提供物理反应的场所吧？”光子精灵笑着摇摇头：“这只是它的一个基本作用。”阿诺说：“是不是来增强受激辐射的？”光子精灵还是笑着摇摇头，阿力说：“那是不是来帮助进一步实现粒子数反转的？”光子精灵笑着说：“你们别的人还有什么解释吗？”果儿说：“光子精灵，我不明白这‘谐振腔’中两面镜子怎么一个是全反镜，一个是部分反射镜呢？” 光子精灵说：“由于工作物质的长度是有限的，为了尽可能的实现光放大，我们在腔的两侧安装了镜子，相当于将工作物质的长度成倍增加，这样光可以被放大很多倍。如果我们从全反射镜这边看，一个光子从全反射镜这里出发，通过工作物质碰撞到部分反射镜后再通过工作物质返回到全反射镜时，就变成了四个！可见光放大是成指数增长的。但是光能被无限放大吗？当然不能，一方面是因为我们需要发出激光来为我们所用，另一方面，激光自激振荡时一旦达到阈值条件就能稳态输出激光了。” 果儿问：“什么是自激振荡和阈值条件呀？” 光子精灵说：“自然界中总是无时无刻存在着损耗，就连激光腔中也不例外，光在增益介质放大器内传播放大时，总是存在各种各样的损耗，损耗系数为 ，即光通过单位长度介质后光强衰减的百分数。光放大过程即为增益，增益系数为 ，相当于光沿着 轴方向传播时，在单位距离内所增加的光强的百分比。同时考虑损耗和增益，假设初始有一微弱光 进入无限长的放大器，随着 的传播，其光强将按小信号放大规律,距离为 处光强为 ， 增加，由于饱和效应的影响， 的增长将逐渐变得缓慢，最后当增益和损耗达到平衡时， 不再增加并达到一个稳定的极限值 ，只要增益介质足够长，就能形成确定大小的 ， 只与放大器本身参数有关系，与初始光强无关，这就是光的自激震荡，只要放大器足够长，就可能形成一个自激振荡器，实现稳态的激光振荡。” “在激光器中，必须使光在增益介质中来回一次所产生的增益，足以弥补光在介质来回传播中光的各种损耗，这是振荡过程中需要满足的条件，那激光器实现振荡所需要的最低条件是什么呢，原来是需要单位长度上的增益必须超过单位长度上的损耗，这样才能形成激光振荡，这个就叫做阈值条件。” 图二十七 激光的形成 舒利问道：“那这样就能形成激光了吗？可我们好像还都迷迷糊糊的没听明白呢……” 光子精灵说：“我讲的只是其中的一些原理，由于没有数学上严格的公式推理，而且还有很多知识你们目前还没有学到，所以你们不大明白。那概括地说，要形成激光，首先必须利用激励能源，工作物质内部实现了粒子数反转分布，这是形成激光的前提条件。最初工作物质受激辐射的光从工作物质射出来，沿腔轴方向传播到谐振腔的一反射镜后，这束光被反射回来，经工作物质后被放大，其光强增大。然后继续传播到谐振腔的另一反射镜后，又被反射回来，再次经工作物质后，又被放大，光强又增大。这样在腔内往返振荡，光强不断被增强。只有受激辐射光中那些满足谐振条件且小信号增益系数大于损耗的频率的光，才能形成稳定的振荡，这是形成激光的决定性条件，最后从谐振腔的输出镜输出出来，就形成激光。 这下你们明白了吗？” 量子说：“明白了，三部分相互配合，满足前提条件和必须条件就能形成激光啦！” 光子精灵说：“你说的很对，谐振腔有很多种类，有源腔、无源腔、平行平面镜腔、双凹球面腔、平面—凹面镜腔等。无论是哪种腔，谐振腔的两个反射镜构成腔的边界，都对腔内的激光场有约束作用，因而光学谐振腔最主要的作用是限模作用。在激光器中轴线上的模式损耗最小，因而最容易建立振荡，一旦振荡建立，由于受激辐射使该模式放大而占优势，而其它损耗较大的模式将受到限制而最终消失，因此腔内最终只有少数模式。对产生的激光模式我们常用 表示，这包括横模和纵模，我们一般常用的是横模，用 表示，其中在直角坐标系中表示在横截面上沿 方向的节线数，在柱坐标系中表示在横截面上沿角 方向的节线；在直角坐标系中，表示在横截面上沿 方向的节线数，在柱坐标系中，表示在横截面上沿径向方向的节线数。你们试试看能看懂吗？” 图二十八 激光模式 大家看着这几幅激光模式图，讨论了半天终于得出了正确的结果。舒利说：“光子精灵你这么一介绍我知道了，激光器本身的结构并不复杂，但激光形成的原理和过程却是一个极其复杂的过程，真想快快长大，好把激光的秘密了解个透。” 光子精灵说：“那你们还想再多了解一下吗？” “想，我们想”，同学们几乎异口同声的回答，光子精灵说：“那好，我再给你们讲一下光学调Q技术与锁模技术吧！” “激光的品质因数Q标志着腔的损耗特性。激光的调Q技术是以某种方法使谐振腔的Q值按照一定规律变化，即通过某种方法使谐振腔的损耗系数在某段时间成高值，某段时间成低值。由于损耗强有反射损耗、吸收损耗、衍射损耗和散射损耗之分，所以可以通过多种方法控制不同的损耗，来形成不同的调Q技术，其结果是产生了强的短脉冲光。” 图二十九 光学调Q技术 “你们看，在调制过程中，在 时接通泵浦，损耗处于振荡不能发生的高值，所以粒子数反转的数目随着时间逐渐增加，虽然现在放大作用已经开始，但损耗太高，还是不能振荡；在 时，损耗突然下降， ，振荡开始，光子数密度陡然升高，受激辐射出现，引起粒子数反转数目减小，一旦粒子数反转数目降到比 还低，损耗将再次超过增益，而光子数密度将以光子寿命 为时间常数快速减小；当 时，损耗将再次升高，又开始了一段较长时期去建立反转粒子准备下一个脉冲的产生。这样就产生了周期性的光脉冲链，运用激光调Q技术容易获得峰值功率高达兆瓦级，脉冲宽度为几十纳秒（ns）的激光巨脉冲。” “为获得更短的激光脉冲发展起来的锁模技术，已经可以得到脉冲宽度为 ～ 的光脉冲。这种脉冲激光的运转是通过把激光中所有的模耦合在一起，并把各个模的彼此相位关系锁定起来实现的。锁模方法用到的理论技术都是激光动力学的知识，目前依旧是研究的热点之一！” “还有非线性光学，这是在激光发现之后迅速发展起来的，在激光中常会出现烧孔效应，这个烧孔可不是会在激光器上烧个孔，而是会让光谱出现不规则的变化。在许多固体材料中孙在着很多的缺陷或者杂质，它们很可能会成为发光中心，当用某一频率的的激光照射上述材料时，某些处于特定环境的发光中心会被激发，而其他环境中的发生光中心则不会被激发。这时就会在对应频率处出现一个吸收凹陷，即光谱烧孔效应，你们看谱线不再是平滑的曲线了，而是仿佛是被什么东西烧出来一个孔似的。这是典型的非线性实例。” 图三十 烧孔效应 一口气讲了这么多，光子精灵终于停下来了，一时间静悄悄的，量子说：“光子精灵，听起来不太懂呀！”光子精灵说：“当然啦，这时都是在大学你们才会学到的知识，让你们早点接触是让你们理解的时间更长一些，知识历久弥新，以后你们每每想起来，总会有不同的收获的。休息一下，我带你们去开启另一段更加美妙的旅程吧！” 趣味阅读：一次物理学盛会 物理学全明星“梦之队”合影 1927年10月，第五届索尔维会议,在比利时首都布鲁塞尔，这届大会上的物理学家，都是近代物理学史上杰出的科学家。这张照片差不多聚集了在当时颇负盛名的人物，也让我们在八十多年后依然能领略他们的风采。 后排左起：A.皮卡尔德（A.Piccard） E.亨利厄特（E.Henriot） P.埃伦费斯特（P.Ehrenfest） Ed.赫尔岑（Ed.Herzen）Th.德唐德（Th.de Donder） E.薛定谔（E.schrodinger） E.费尔夏费尔特（E.Verschaffelt） W.泡利（W.Pauli）W.海森堡（W.Heisenberg） R.H.富勒（R.H.Fowler）L.布里渊（L.Brillonin） 中排左起：P.德拜（P.Debye） M.克努森（M.Knudsen） W.L.布拉格（W.L.Bragg） H.A.克莱默（H.A.Kramers）P.A.M.狄拉克（P.A.M.Dirac） A.H.康普顿（A.H.Compton） L.德布罗意（L.de Broglie） M.波恩（M.Born）N.波尔（N.Bohr） 前排左起：I.朗繆尔（I.Langmuir） M.普朗克（M.Planck）M.居里夫人（Mme Curie） H.A.洛仑兹（H.A.Lorentz）A.爱因斯坦（A.Einstein） P.朗之万（P.Langevin） ch.E.古伊（ch.E.Guye） C.T.R.威尔逊（C.T.R.Wilson）O.W.理查森（O.W.Richardson） 关于几个问题的回答 <1>为什么星星的实际位置要比我们看到的高？ <2>你们看，左面的是测量原理图，右面的是测量结果，你们能描述出它是怎么测量出来的吗？ 答案：对于待测板，如果用干涉法得到的条纹是等间距的直条纹，那么说明待测板是合格平面，若得到的条纹不是等间距的或者不是直的，说明待测平板不合格。 <3>在森林里树木茂盛，阳光会通过树缝在地上形成大大小小的光斑，无论树叶间的空隙是什么形状，投下的的光斑都是圆形的。 答案：森林中叶与叶之间空隙很多，都在发生衍射。而树缝各个方向大小在统一数量级，这时树缝近似于一个圆孔，发生的是圆孔衍射。所以得到的光斑都是圆形的。 <4>在边长为 的封闭空腔，填充介质（即工作物质）的折射率为 的谐振腔中，当波长 ，波长间隔 时，腔中可能存在的模式数目是多少？模式密度是多少吗？” 答案： EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 短波无线电波 � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� 波谷 � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� 波长 � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� 频率 � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� � EMBED Equation.3 ��� 长波无线电波 X射线� 光与物质相互作用 被检查平面 红外线紫外线 电磁波谱 可见光   薄片 � EMBED Equation.3 ��� 六零年，造激光。激光好，有特性。 相干光，照的远。传信息，快又多。 长距离，直传输。误差小，应用广。 工业上，对准直。微测量，高精度。 能量大，亮度高。硬物质，易切割。 医学上，很神奇。接网膜，现光明。 切肿瘤，显本领。治皮肤，更靓丽。 军事上，保家国。发导弹，精导航。 空间距，用它测。引雷达，还看它。 科研上，更广泛。好处多，数不尽 TEM00 梅曼和第一只激光器 � EMBED Equation.3