Bài giảng về laser màu

1
Nhóm 5:

Đỗ Kim Phượng
Phạm Thị Hằng
Bài thuyết trình: Laser Màu
(Dyer laser)
Nội dung gồm :
I. Khái niệm cơ bản về laser màu .
II. Hoạt động và phân loại của các laser màu.
2.1. Nguyên tắc hoạt động chung
2.2. Các loại laser màu.
.III. Cấu tạo của laser màu.
3.1. Buồng cộng hưởng.
3.2. Môi trường hoạt tính
3.3. Nguồn bơm.
3.4 Các kiểu bơm
IV. Khả năng điều chỉnh bước sóng
4.1. Chế độ băng rộng
4.2. Chế độ băng hẹp
V. Tính chất laser màu
5.1. Tính chất chung.
5.2. Các ví dụ laser màu.
VI. Ứng dụng trong đời sống.
Laser là một nguồn sáng phát ra chùm sáng với cường độ lớn dựa trên việc ứng dụng hiện tượng phát xạ cảm ứng.
Laser màu sử dụng các chất màu hữu cơ làm hoạt chất
Chất màu là chất hữu cơ phức tạp gồm một hệ thống các liên kết liên hợp có phân nhánh. Có dải hấp thụ mạnh trong vùng khả kiến và tử ngoại gần.

I. Khái niệm cơ bản về laser màu
Các hợp chất màu phát quang mạnh thường dùng là: Xanthenes, polymethine, Coumarine, oxazinnes, anthracenes, acridines, azines và phthalocyanines.

Các dung môi thường được sử dụng để pha
chất màu là: nước, ethanol, methanol,....

II. Hoạt động và phân loại cuả laser màu.
2.1 Nguyên tắc hoạt động.
Sơ đồ hoạt động
Giải thích sơ đồ hoạt động :
Khi nhận năng lượng photon từ bên ngoài chiếu tới (nhờ bơm quang học) một điện tử của phân tử được kích thích lên mức cao hơn. Phân tử được kích thích từ trạng thái cơ bản S0 trạng thái S1 . Phân tử sau khi kích thích sẽ hồi phục rất nhanh về mức dao động thấp hơn của trạng thái điện tử S0 ( trong khoảng thời gian rất ngắn) bằng cách truyền năng lượng dư cho dung môi. Như vậy, có thể tạo ra nghịch đảo độ tích lũy .

Nếu bơm mạnh (tăng độ tích lũy mức laser trên )thì dải phổ laser sẽ dịch về phía sóng ngắn gần với vị trí và dạng của phổ huỳnh quang chất màu.
A, Laser màu bơm bằng đèn xung
Các đèn xung thường dùng để bơm laser màu : đèn Xênon dạng ống hoặc dạng xoắn hay đèn đồng trục...

Nguyên tắc là thời gian xung càng ngắn thì càng tránh được ảnh hưởng của các mức năng lượng Triplet.




hình ảnh của 1 loại đèn ống.
B, Laser màu bơm bằng laser xung
Để tránh ảnh hưởng của hấp thụ T-T người ta bơm laser màu bằng các laser xung ngắn cỡ 3ns đến 20ns.
Hiệu suất bơm laser màu bằng xung rất lớn.
Dải phổ laser màu khi bơm bằng laser nằm trong vùng 340-1100nm
Laser thường dùng: laser Ruby, Neodyum,N2
C. Laser màu liên tục

Nguyên tắc hoạt động: Muốn phát laser màu liên tục phải khử ảnh hưởng của hấp thụ T-T bằng cách cho chất màu lưu chuyển với tốc độ sao cho đảm bảo thay thế dung dịch trong thể tích phát sau thời gian ngắn 10 µs.
Để phát laser màu liên tục có thể dùng cuvét hoặc 1 luồng dung dịch màu mảnh song song tạo bởi 1 đầu phun đặc biệt.
Laser màu liên tục với đầu phun chất màu.
III. Cấu tạo của laser màu:

Gồm có 3 bộ phận: Buồng cộng hưởng quang học, Môi Trường hoạt tính và Nguồn Bơm năng lượng
3.1 Buồng cộng hưởng quang học

Là bộ phận quan trọng của laser. BCH có 2 bộ phận.

+ Thứ 1 là bộ phận chứa môi trường hoạt tính laser.

+ Thứ 2 là bộ phận làm cho bức xạ đi lại nhiều lần, nhờ đó mà bức xạ được khuyếch đại lên nhiều lần.

Buồng cộng hưởng đơn gản nhất là hệ gồm hai gương phẳng phản xạ được đặt đồng trục và song song với nhau. Một trong hai gương phản xạ có hệ số phản xạ R=100% gương phản xạ có hệ số phản xạ nằm trong khoảng 40%3.2 Môi trường hoạt tính.
+ Môi trường hoạt tính là môi trường bao gồm các nguyên tử 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 tạo ra bức xạ laser.
+ Tần số của laser màu sẽ càng ổn định hơn nếu chất màu được làm lạnh thích hợp để giữ nhiệt độ luôn ổn định.
3.3 Nguồn bơm:
Laser màu người ta dùng bơm quang học
có cường độ đủ lớn như đèn xung hoặc các loại laser
Bước sóng của nguồn bơm phải nhỏ hơn bước sóng của bức xạ của laser màu .
Bước sóng của nguồn bơm phải nằm trong vùng hấp thụ của chất màu.
Các loại laser thường dùng làm nguồn bơm laser màu: laser rubi, laser YAG – Nd, Laser Nitơ, Laser Argon…
3.4 Các kiểu bơm :
Các kiểu bơm
1. Bơm dọc
2. Bơm ngang

3. Bơm nghiêng
1. Bơm dọc:
Nguồn bơm được bơm song song với bức xạ laser.
+ Giảm được góc mở của chùm tia, công suất bức xạ lớn, hiệu suất bơm cao.
+ M1 là gương bán mạ và hệ số phản xạ 100% (rất khó thực hiện).
2. Bơm ngang:
Nguồn bơm được bơm vuông góc với phương của bức xạ laser.
Dùng thấu kính trụ có thể tạo mật độ cao và phân bố đều của chùm tia bơm lên MTHT.
Hiệu xuất bơm thấp.

3. Bơm nghiêng: Nguồn bơm được bơm theo phương hợp với phương bức xạ laser 1 góc 𝛼

IV. khả năng tự điều chỉnh bước sóng
4.1 Chế độ laser màu băng rộng:
Laser màu khi không có yếu tố lọc lựa thì bức xạ phát có phổ rộng khoảng 5-20 nm ( gọi là chế độ băng rộng).
Bước sóng trung bình cuả dải phổ phát phụ thuộc vào nồng độ chất màu , hệ số phản xạ gương , kích thước lớp hoạt chất và độ dài trục buồng cộng hưởng…
Bằng cách thay đổi các yếu tố trên có thể thay đổi vị trí dải phổ phát của laser màu.
4.2 Chế độ băng hẹp:
Để làm hẹp phổ bức xạ laser người ta đưa vào buồng cộng hưởng những yếu tố lọc lựa như : lọc sáng, giao thoa kế song phẳng và dạng nêm , lăng kính tán sắc , cách tử…
Khi đó độ rộng sẽ giảm từ 0,05-1nm.
Việc đưa vào các yếu tố lọc lựa không làm mất mát đáng kể năng lượng phát mà còn làm tăng mạnh mật độ năng lượng phổ.

V. Tính chất của laser màu.
5.1 Tính chất chung
Có thể điều chỉnh được tần số hay là bước sóng phát của laser bằng cách thay đổi nồng độ dung dịch hoặc dung môi trong môi trường hoạt tính. Vì vậy laser màu phát ra bức xạ từ tử ngoại gần đến khả kiến đến hồng ngoại gần.
Có hệ số khuếch đại rất lớn so với laser rắn, khí cũng như dễ chế tạo và thay đổi các thành phần trong môi trường hoạt tính. Vì vậy rất thuận lợi cho việc nghiên cứu.
Độ định hướng cao, tia laser phát ra hầu như là chùm tia song song do đó có khả năng đi xa và không bị phân tán.
- Độ hấp thụ cao tại bước sóng kích thích.

- Suy giảm từ dải kích thích về dải cơ bản nhanh.

- Xác suất dịch chuyển từ vùng thấp của trạng thái kích thích đến trạng thái kích thích thấp hơn phải nhỏ.

- Hấp thụ kém tại bước sóng phát xạ

5.2 Các ví dụ các loại laser màu :
Laser màu FL-3002 của hãng Lambda Physic đây là ví dụ điển hình về điều hưởng bước sóng của laser màu.
Cách tử 600 vạch/mm có thể quay giữa các góc 42,5 và 72,5 độ dùng với bậc từ 3 đến 8.
Hệ lăng kính gồm 5 lăng kính nhỏ, hệ gương cuối BCH gồm 3 lớp điệ tích môi tách biệt có hệ số phản xạ 100%.
Cồng suất xung laser màu có thể tới 20mw tùy thuộc chất màu sử dụng.
VI. ứng dụng của laser
1 .Trong y tế:
Ánh sáng màu có thể làm ngưng hoạt động não bộ, từ đó được dùng để điều trị những trường hợp rối loạn não như chứng động kinh. Laser màu có thể điều khiển các tín hiệu não nhờ sử dụng ánh chớp của laser xanh và vàng, ánh sáng kích hoạt protein làm chậm điện não và ngăn chúng phát sinh những tín hiệu điện não bất thường.

Sử dụng bước sóng 1064nm với thời gian phát xung ngắn đến 5ns và hệ thống gương trực chuẩn tạo ra một chùm tia đi song song giúp phân bố đồng đều năng lượng và có thể xuyên xâu xuống da từ 2,5-3mm mà không hề gây tổn thương da trên bề mặt . Vì vậy được dùng nhiều trong thẩm mỹ .



Trong điều trị một số tổn thương hoặc khối u, bớt… trong việc tạo sóng xung kích trong phá sỏi, trong việc sáng tạo trong nhãn khoa các rối loạn mạch máu vết sẹo.


+ Đặc biệt được dùng để loại bỏ hình xăm. Tia laser này sẽ đi qua da, và chỉ tác động vào các hắc tố có màu phù hợp với các bước sóng của tia. Sự hấp thụ nhanh năng lượng của ánh sáng các tia laser này sẽ phân hủy làm nhạt đi các hắc tố gây bớt, nám
5. Trong khi tượng thủy văn:

+ Kích thích sự tạo thành mưa chiếu những xung laser cực mạnh qua không khí ẩm hình thành các đám mây tầng thấp để kích thích sự kết tụ của những giọt nước nhỏ.
+ Radar lidar dự báo thời tiết chính xác hơn, có khả năng đo những loại gió không có bất kỳ loại hạt nào chẳng hạn như hơi nước

2. Trong kỹ thuật in , đèn sân khấu .
+ Dùng để chế tạo máy in laser màu bên trong máy in, một tia laser “vẽ” hình ảnh cần in lên một trang trống, nạp trang này với một điện tích tĩnh điện. Trang trống sẽ quay lên hộp đựng mực bột, hút bột mực mà sau đó được chuyển lên giấy và làm chảy ngay chỗ cần in.

+ Dùng trang trí đèn sân khấu, quán bar…
4. Trong tinh thể các chất:
+ Laser màu còn gọi là laser đồng vị hơi nguyên tử (Atomic vapor laser íotope sepation - AVLIS) AVLIS là một phương pháp đặc biệt dùng laser để tách đồng vị của Uaranium bằng cách sử dụng ion hóa học cấu trúc siêu tinh tế.
+ Phương pháp tách đồng vị phân tử Laser MLIS
+ Hiện nay phương pháp OP-IRMPD đang được nghiên cứu.

+ Laser màu có thể được sử dụng để nghiên cứu quang phổ hấp thụ và phát xạ của các vật liệu khác nhau.
3. Trong thiên văn học:
+ Dùng laser màu để tạo ra các “sao nhân tạo” đó là các điểm sáng được tạo ra ở trung lưu (cách mặt đất khoảng 90km), có tác dụng giống như ngọn đèn chỉ đường để nghiên cứu các vì sao.

Cảm ơn thầy và các bạn đã lắng nghe!