Bài 34. Sơ lược về laze

Laser
Sơ lược về laser

Lịch sử của laser
II. Các khái niệm cơ bản
III. Nguyên lý phát bức xạ Laser
IV. Máy phát Laser trong thực tế
V. Phân loại Laser
VI. An toàn Laser
I. Lịch sử của Laser
Hiện tượng phát xạ tự phát trong các nguồn sáng thông thường.



Năm 1917, Einstein đã tiên đoán hiện tượng phát xạ cảm ứng.

Năm 1958, các nhà khoa học Mỹ (Townes và Schawlow) và Nga (Basov và Prokhorov) độc lập công bố công trình về cách tạo ra nguồn sáng thực tế từ nguyên lí phát xạ cảm ứng.
Năm1960, T.H.Maiman đã chế tạo được nguồn sáng đầu tiên hoạt động theo nguyên lí này.
LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation): sự khuếch đại ánh sáng bằng cách phát bức xạ cảm ứng.


Đặc điểm của tia LAZE: có tính đơn sắc, tính định hướng, tính kết hợp rất cao và cường độ lớn.
buồng cộng hưởng của máy phát Laser Ruby

II. Các khái niệm cơ bản
Phát xạ tự phát là phát xạ xảy ra một cách ngẫu nhiên khi nguyên tử từ mức năng lượng cao chuyển về mức năng lượng thấp.

Phát xạ cảm ứng là phát xạ xảy ra khi nguyên tử chuyển từ mức năng lượng cao về mức năng lượng thấp do sự có mặt của một photon cảm ứng.


Môi trường hoạt tính là môi trường bao gồm các nguyên tử mà trong cấu trúc của chúng có sẵn các mức năng lượng nửa bền hoặc có khả năng tạo ra các mức năng lượng nửa bền. Môi trường hoạt tính có khả năng phát ra bức xạ Laser.
Ví dụ đối với hệ 3 mức:


Môi trường mật độ đảo lộn là môi trường chứa các nguyên tử ở trạng thái kích thích và trong các nguyên tử kích thích này số electron ở mức năng lượng cao nhiều hơn số electron ở mức năng lượng thấp.
Bơm là dùng một tác nhân nào đó để kích thích các nguyên tử tạo ra môi trường mật độ đảo lộn.

III. Nguyên lí phát bức xạ Laser
Cần có một môi trường hoạt tính.
Dùng các phương pháp bơm để làm cho môi trường đó trở thành môi trường có mật độ đảo lộn.
Cần dùng một cơ cấu để khuếch đại bức xạ phát ra. Cơ cấu này gọi là buồng cộng hưởng.
Ví dụ về buồng cộng hưởng của máy phát Laser Ruby
Buồng cộng hưởng
IV. Phân loại laser

3 loại chính: laser khí, laser rắn và laser bán dẫn
Laser khí là loại ánh sáng laser sinh ra với tác nhân là ion, phân tử chất khí và các điện tử.

Tác nhân của laser khí thường ở dạng plasma: chuẩn trung hòa, mật độ hạt mang điện lớn.
Laser khí
Vd: Laser khí He-Ne
Là một trong những laser khí được phát minh ra đầu tiên.
Phát ra ánh sáng laser màu đỏ có bước sóng 638 nm.
Công suất phát sáng từ 1 - 10 mW.
Chi phí rẻ, dễ chế tạo, được sử dụng phổ biến.
Laser rắn
- Laser rắn là loại laser mà môi trường hoạt tính của nó là chất rắn. Chất rắn có thể là đơn tinh thể, hoặc chất vô định hình (thủy tinh). Trong laser rắn, nghịch đảo nồng độ thường được thực hiện ở những mức năng lượng của nguyên từ hoặc ion của tạp chất.
- Để tạo nghịch đảo nồng độ trong laser rắn, người ta dùng bơm quang học, là phương pháp chiếu ánh sáng của phổ hấp thụ cực đại vào thanh hoạt chất để tạo tích luỹ chủ yếu cho mức laser trên và do đó tạo nồng độ đảo lộn.
Laser bán dẫn
Ưu điểm:
_ Kích thước rất nhỏ
_ Hệ số tác dụng có ích rất lớn
_ Có khả năng tạo dãy sóng phát khá rộng
Nhược điểm:
_ Bậc đơn sắc và độ định hướng kém
_ Công suất phát phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ
V. ỨNG DỤNG CỦA LAZE
+ Trong y học: Tia laze được dùng như dao mổ trong phẫu thuật mắt, để chữa một số bệnh ngoài da (nhờ tác dụng nhiệt),…
+ Trong y học: Tia laze được dùng như dao mổ trong phẫu thuật mắt, để chữa một số bệnh ngoài da (nhờ tác dụng nhiệt),…
Ứng dụng tia laze để phẫu thuật mắt
Một số loại dao mổ laze
+ Thông tin liên lạc: Tia laze ưu thế trong đặc biệt trong liên lạc vô tuyến và trong truyền tin bằng cáp quang.
Sử dụng tia laze trong liên lạc vệ tinh
+ Thông tin liên lạc: Tia laze có ưu thế trong đặc biệt trong liên lạc vô tuyến và trong truyền tin bằng cáp quang.
Chùm sáng laze có thể gửi qua được sợi cáp quang
+ Trong công nghiệp: Tia laze có thể dùng để khoan, cắt, hàn...
Tia laze được dùng để cắt kim loại
+ Trong công nghiệp: Tia laze có thể dùng để khoan, cắt, hàn...
Tia laze được dùng để khoan kim loại
trong đời sống thường ngày
ỨNG DỤNG CỦA LAZE TRONG CHỐNG TRỘM
Đầu CD
MỘT VÀI ỨNG DỤNG CỦA LAZE TRONG QUÂN SỰ
Vũ khí laze
BT
Laser với cường độ thấp, chỉ là vài miliwatt, cũng có thể nguy hiểm với mắt người. Tại bước sóng mà giác mạc mắt và thủy tinh thể có thể tập trung tốt, nhờ tính đồng nhất và sự định hướng cao của laser, một công suất năng lượng lớn có thể tập trung vào một điểm cực nhỏ trên võng mắt.
Kết quả là một vết cháy tập trung phá hủy các tế bào mắt vĩnh viễn trong vàigiây, thậm chí có thể nhanh hơn.
VI. An toàn laser
VI. An toàn laser
Độ an toàn của laser được xếp từ I đến IV.
Độ I, tia laser tương đối an toàn
Độ IV, thậm chí chùm tia phân kỳ có thể làm hỏng mắt hay bỏng da.
Các sản phẩm laser cho đồ dân dụng như máy chơi CD và bút laser dùng trong lớp học được xếp hạng an toàn từ I, II, hay III
Các sai lầm
Trái với những gì thấy trên phim (Star Wars), tia laser không bao giờ nhìn thấy trong chân không, do chân không không có tán xạ ánh sáng.
Tia laser với cường độ cao có thể nhìn thấy trong không khí nhờ vào tán xạ Rayleigh hay tán xạ Raman. Với các tia có cường độ cao hơn, tập trung tại một điểm nhỏ, không khí có thể bị nung lên đến trạng thái plasma, do đó laser có thể được thấy nhờ bức xạ từ plasma này. Tuy nhiên sự tăng áp suất đột ngột khi không khí bị nóng nhanh có thể tạo ra tiếng nổ lớn, và tạo ra sự phản hồi của tia laser làm hư thiết bị (tùy vào thiết kế của laser).
Trong phim khoa học viễn tưởng, các hiệu ứng đặc biệt thường miêu tả các vũ khí laser truyền đi vài mét trong một giây, trái với thực tế là tia laser di chuyển với vận tốc ánh sáng, nhanh đến mức không thể thấy sự di chuyển của tia laser.
Một vài cảnh phim miêu tả hệ thống an toàn sử dụng laser đỏ, có thể được vô hiệu hóa bởi các nhân vật bằng việc là sử dụng gương, khi người này nhìn thấy tia laser bằng cách rải các bụi. Thực tế thì hệ thống an toàn có thể dùng tia laser hồng ngoại hơn là tia laser thấy được.
1. Laser là gì?
Laser là một nguồn sáng phát ra chùm sáng cường độ lớn dựa trên việc ứng dụng hiện tượng phát xạ cảm ứng.
Đặc điểm : tính đơn sắc, tính định hướng, tính kết hợp rất cao và cường độ lớn.
2. Sự phát xạ cảm ứng
Nếu một nguyên tử đang ở trong trạng thái kích thích, sẵn sàng phát ra một photon có năng lượng  = hf, bắt gặp một photon có năng lượng ’ đúng bằng hf, bay lướt qua nó, thì lập tức nguyên tử này cũng phát ra photon . Ngoài ra, sóng điện từ ứng với photon  hoàn toàn cùng pha và dao động trong một mặt phẳng song song với mặt phẳng dao động của sóng điện từ ứng với photon ’.
3. Các loại laser
Có 3 loại chính: laser khí, laser rắn và laser bán dẫn

II. Một số ứng dụng của laser
Laser được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực: trong y học, trong thông tin liên lạc, trong công nghiệp, trong trắc địa và nhiều lĩnh vực khác