Tieu luan Mon Phuong Phap NCKH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
Khoa vật lý






Đề tài:

Laser và các tính chất của laser, ứng dụng mới nhất của tia laser



Người hướng dẫn : GS.nguyễn quang lạc
Học viên : Lê Văn Quân
Lớp : CH18 - Quang học






Vinh, tháng 6 năm 2011


Mở đầu



Laser là một ánh sáng đặc biệt, hiện đã và đang được nghiên cứu một cách cụ thể. Laser là ánh sáng đặc biệt vì nó có nhiều tính chất và công dụng hơn hẳn các ánh sáng thông thường khác.
Hiện người ta dựa váo các tính chất và công dụng của nó để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
Vậy những tính chất và ứng dụng đó như thế nào? để làm rõ điều đó tôi chọn đề tài nghiên cứuTính chất, ứng dụng và các ứng dụng mới nhất của tia laser ”.




























Chương I. CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHÙM TIA LASER


1.1 Cường độ tia laser lớn gấp bội lần cường độ tia sáng nhiệt

Để làm rõ điều này ta sẽ so sánh cường độ của bức xạ laser với bức xạ nhiệt.
Với laser khí He - Ne có công suất thấp cỡ 1mW ở chế độ liên tục phát ra phôton nằm trong vùng nhìn thấy được ( 0,6328μm), với năng lượng một phôton là hν = 10-19J thì số phôton phát ra trong 1 giây là:


(1)
Nhưng với nguồn nhiệt có T cỡ 1000K bức xạ từ diện tích ΔA = 1 cm2 và cùng phát sóng trong vùng thấy được (6000
) thì số phôton phát ra trong một giây là:
(2)
So sánh (1) và (2) ta thấy cường độ của laser khí thông thường đã gấp cỡ 1 vạn lần so với ánh sáng do bức xạ nhiệt.
Với nguồn laser có công suất lớn cỡ 1GW thì nó gấp hàng tỉ lần
Chính lí do đó nên nó trở thành nguồn sáng quý giá cho nhưng ứng dụng cụ thể.

1.2 Độ dịnh hướng của Laser cao

Nguồn sáng nhiệt bức xạ theo mọi phương trong không gian. Nhưng do cơ cấu của buồng cộng hưởng của máy phát laser nên nó chỉ phát dao động ngang và chúng tập trung trong một mặt phẳng phân cực. Công suất phát được phân bố đều và phân bố đẳng pha trong khẩu độ của nguồn.
Với laser sóng phẳng bức xạ từ một buồng cộng hưởng với gương đường kính d ( hoặc diện tích A = πd2/4), sau gương chùm laser sẽ tán xạ do hiện tượng nhiễu xạ, dưới góc nhiễu xạ Δθ = d/λ, và chùm tia bức xạ trong một góc khối:
ΔΩ = (Δθ)2 = d2/λ2 = A/λ2 (3)
giá trị góc khối này nhỏ so với góc khối bức xạ của một nguồn ánh sáng nhiệt cỡ 2π
Độ định hướng cao cho sự tập trung năng lượng trong một góc khối nhỏ và tạo nên cường độ lớn.
1.3 Độ đơn sắc cao

Độ đơn sắc của một chùm tia được định nghĩa là độ rộng vạch phổ của chùm. Khi độ rộng của vạch phổ của chùm bằng không thì chùm có độ đơn sắc cao nhất. Có nhièu nguyên nhân dẫn đến bức xạ có một độ rộng nhất định. Trong trường hợp gần đúng với buồng ccộng hưởng quang học độ rộng vạch được xác định bằng công thức:

(4)








Trong đó:
ν0 : là tâm tần số phát
P - công suất phát của bức xạ
τc- thời gian sống của phôton trong buồng cộng hưởng
h - hằng số Planck
Với laser công suất phát P = 10-3 W, 1/τc ~ 1MHz, ở vùng bước sóng đó có Δν ~ 510-3Hz. Đây là độ rộng rất bé.
Nếu sử dụng khái niệm về độ sạch phổ:
T0 = Δν/ν0
Ta có: T0 =

Muốn có sự ổn định tần số trên, buồng cộng hưởng phải rất ổn định, độ dài của nó phải thay đổi ( do nhiệt, nung …) rất ít. Ta có thể đánh giá đòi hỏi náy theo tỉ số:

(6)
từ (5) và (6) ta suy ra: Δd = 10-7

Như vậy cho thấy với các laser, để có được sự ổn định tần số đơn sắc cao thì buồng cộng hưởng phải được bố