Tia laser

CHÀO MỪNG
CÔ GIÁOVÀ CÁC BẠN ĐẾN VỚI PHẦN
THUYẾT TRÌNH CỦA NHÓM 4
Sơ lược về laser
NỘI DUNG:
I. Lịch sử về Laser
II. Cấu tạo và hoạt động của Laser
III. Tính chất của tia Laser
IV. Phân loại
V. Một số ứng dụng của tia Laser
I. LỊCH SỬ CỦA LASER
- Năm 1917, Einstein đã đặt nền tảng cho laser khi ông giới thiệu khái niệm phát xạ kích thích, một photon tương tác với một phân tử hoặc nguyên tử kích thích và gây ra sự phát xạ của một photon thứ hai có cùng tần số, pha, phân cực và hướng.
-Laser được phỏng theo maser, một thiết bị có cơ chế tương tự nhưng tạo ra tia vi sóng hơn là các bức xạ ánh sáng. Maser đầu tiên được tạo ra bởi Charles H. Townes và sinh viên tốt nghiệp J.P. Gordon và H.J. Zeiger vào năm 1953. Maser đầu tiên đó không tạo ra tia sóng một cách liên tục. Nikolay Gennadiyevich Basov và Aleksandr Mikhailovich Prokhorov của Liên bang Xô viết đã nghiên cứu độc lập, trên lĩnh vực lượng tử dao động và tạo ra hệ thống phóng tia liên tục bằng cách dùng nhiều hơn 2 mức năng lượng. Hệ thống đó có thể phóng ra tia liên tục mà không cho các hạt xuống mức năng lượng bình thường, vì thế vẫn giữ tần suất.chế tạo thành công laser đầu tiên. Đó là một nguồn sáng mới, phát ra chùm sáng gọi là tia laser.
- Năm 1960, Theodore Maiman đã phát minh ra laser hồng ngọc (laser ruby) được coi là tia laser đầu tiên.
- Gordon Gould là người đầu tiên sử dụng từ "laser“.
- Các laser khí đầu tiên (He- Ne) được phát minh bởi Ali Javan vào năm 1960.
- Laser uranium đầu tiên bởi phòng thí nghiệm IBM (tháng 11 năm 1960.

- Laser bán dẫn đầu tiên bởi Robert Hall ở phòng thí nghiệm General Electric năm 1962
- Các tia laser CO2 được phát minh bởi Kumar Patel vào năm 1964.
- laser hóa năm 1965.
- laser khí kim loại năm 1966.
- Hildreth Walker đã phát minh ra tia laser từ xa và hệ thống nhắm mục tiêu.
CÁC NHÀ BAC HỌC NGHIÊN CỨU VỀ LASER ĐẦU TIÊN
Từ trái qua phải:
Charles Hard Townes ( 1915- ) - Mỹ
Aleksandr Mikhailovich Prokhorov ( 1916-2002 ) - Nga
Nikolay Gennadiyevich Basov ( 1922-2001 ) – Nga
Cùng nhận giải Nobel Vật lý năm 1964.
II. CẤU TAO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA LASER
1. LASER LÀ GÌ?

-Laser (đọc là la-de) là tên viết tắt của cụm từ “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ” trong tiếng Anh , có nghĩa là sự khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cảm ứng (còn gọi là phát xạ kích thích)
- Nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của laser dựa vào sự phát xạ cảm ứng, việc tạo ra sự đảo mật độ ( môi trường hoạt tính) và hộp cộng hưởng quang học.
2. SỰ PHÁT XẠ CẢM ỨNG

Theo Anh-xtanh ( Albert Einstein ):ngoài hiện tượng phát xạ tự phát,còncó hiện tượng phát xạ cảm ứng:

Nếu một nguyên tử đang ở trong trạng thái kích thích, sẳn sàng phát ra một phôtôn có năng lượng ε = hf, bắt gặp một phôtôn có năng lượng ’ đúng bằng hf, bay lướt qua nó, thì lập tức nguyên tử nầy cũng phát ra phôtôn ε. Phôtôn ε có cùng năng lượng và bay cùng phương với phôtôn ’.
Hai sóng điện từ ứng với hai photon ε và ’ là hai sóng kết hợp. Nhờ đó có thể tạo ra chùm sáng song song có cường độ mạnh gồm các photon kết hợp
3. CẤU TẠO CƠ BẢN





1) Buồng cộng hưởng (vùng bị kích thích)
2) Nguồn nuôi (năng lượng bơm vào vùng bị kích thích)
3) gương phản xạ toàn phần
4) gương bán mạ
5) tia laser
XÉT CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA LASER HỒNG NGỌC (LASER RUBY)
  Laser hồng ngọc, một laser chất rắn, được tạo ra lần đầu tiên vào năm 1960, bởi nhà vật lý Theodore Maiman tại phòng thí nghiệm Hughes Laboratory ở Malibu, California. Hồng ngọc là ôxít nhôm pha lẫn crôm. Crôm hấp thụ tia sáng màu xanh lá cây và xanh lục, để lại duy nhất tia sáng màu hồng phát ra.
Mặt (2) là mặt bán mạ ( mạ một lớp mỏng để khoảng 50% cường độ chùm sáng chiếu tới bị phản xạ, khoảng 50% truyền qua ) Mặt này trở thành một gương phẳng (G2) có mặt phản xạ quay về phía G1. Hai gương G1 và G2 song song với nhau.
Một thanh Rubi hình trụ (A). Hai mặt được mài nhẵn, vuông góc với trục của thanh.
Mặt (1) được mạ bạc trở thành một mặt gương phẳng (G1) có mặt phản xạ quay vào phía trong.
XÉT CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA LASER HỒNG NGỌC (LASER RUBY)
XÉT CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA LASER HỒNG NGỌC (LASER RUBY)
HOẠT ĐỘNG
Dùng một đèn phóng điện xenon để chiếu sáng rất mạnh thanh Rubi và đưa một số lớn ion Crôm lên trạng thái kích thích. Nếu có một ion Crôm bức xạ theo phương vuông góc với 2 gương thì ánh sáng sẽ phản xạ đi lại nhiều lần giữa 2 gương. Ánh sáng sẽ được khuếch đại lên nhiều lần. Chùm tia laze được lấy ra từ gương bán mạ G2.
III. TÍNH CHẤT CỦA LASER
Tính đơn sắc rất cao. Độ sai lêch tỉ đối của tần số ánh sáng do laser phát ra có thể chỉ bằng s.

Là chùm sáng kết hợp ( các photon trong chùm có cùng tần số và cùng pha).

Tính định hướng cao: tia laser phát ra hầu như là chùm song song do đó khả năng chiếu xa hàng nghìn km mà không bị phân tán.

Có cường độ lớn: tia laser ruby ( hồng ngọc) có cường độ tới W/
IV.PHÂN LOẠI TIA LASER
1. LASER CHẤT RẮN
- Có khoảng 200 chất rắn có khả năng dùng làm môi trường hoạt chất laser.
- Một số loại laser chất rắn thông dụng:

YAG-Neodym: hoạt chất là Yttrium Aluminium Garnet (YAG) cộng thêm 2-5% Neodym, có bước sóng 1060nm thuộc phổ hồng ngoại gần. Có thể phát liên tục tới 100W hoặc phát xung với tần số 1000-10000Hz.

Hồng ngọc (Rubi): hoạt chất là tinh thể Alluminium (Al) có gắn những ion chrom (Cr), có bước sóng 694,3nm thuộc vùng đỏ của ánh sáng trắng.

Laser thuỷ tinh pha nêođim có thể đạt công suất 20 tỉ oát mỗi xung

Bán dẫn: loại thông dụng nhất là diot Gallium Arsen có bước sóng 890nm thuộc phổ hồng ngoại gần.
LASER HỒNG NGỌC
LASER BÁN DẪN

2. LASER KHÍ

+He-Ne: hoạt chất là khí Heli và Neon, có bước sóng 632,8nm thuộc phổ ánh sáng đỏ trong vùng nhìn thấy, công suất nhỏ từ một đến vài chục mW.

+Argon: hoạt chất là khí argon, bước sóng 488 và 514,5nm.

+CO2: bước sóng 10.600nm thuộc phổ hồng ngoại xa, công suất phát xạ có thể tới megawatt (MW). Trong y học ứng dụng làm dao mổ.


LASER He - Ne
LASER Ar
V. ỨNG DỤNG CỦA TIA LASER
Do có tính định hướng và tần số rất cao nên tia laser có ưu thế đặc biệt trong thông tin liên lạc vô tuyến ( như truyền thông tin bằng cáp quang, vô tuyến định vị, điều khiển tàu vũ trụ…)
Người ta sử dụng nhiệt của tia laser để chữa một số bệnh ngoài da
Lợi dụng khả năng có thể tập trung năng lượng của chùm tia laser vào một vùng rất nhỏ tia laser được dùng như dao mổ trong phẫu thuật mắt
Tia laser được dùng trong các đầu đọc đĩa CD, bút trỏ bảng…
Ngoài ra, tia laser còn được dùng để khoan, cắt, tôi,… chính xác các vật liệu trong công nghiệp.
SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ MÁY KHOAN LASER
VŨ KHÍ LASER
Mô hình vũ khí laser bán hạ máy bay
Súng laser
THANK YOU
THE END.