Đáp án đề cương LASER
MỤC LỤC
MC LC 1
7
1. Laser là gì ? 7
2. 7
3.
7
4.
7
5.
7
6. 8
7.
8
8.
9
9.
10
10. môi ch 10
11. t mi tóc vào bung cng có th to
nên mt nguc không 10
12.
10
13.
11
14.
11
15.
11
16. Vai trò ca khí He và N trong laser HeNe và CO
2
là gì. 12
17. Buc ti gi là
bung cng 12
18. ng hou trong bung cng
ng. Có my dng bung cng . 13
19. Vì sao nói hing cng trong bung cng quang hc là cng
ng chn lc. Hing cng x nào. 13
20. Vì sao nói hing cng chn lc quynh các tính cht ca tia laser
. 14
21. Ph phát x ca môi cht laser là ph liên tc hay là ph vch, gii thích vì sao.
14
22. Ph phát x ca tia laser là ph liên tc hay là ph vch, gii thích vì sao. 14
23. Khi chiu dài ca bung ci thì s vch ph phát x ca tia
nào. 14
24. Khi môi cht laser có th phát x ng thi nhic sóng, trình bày các
laser ch phát ra mc sóng. 14
25. Mt dc và mt ngang ca tia laser là gì. Nó n nhng tính cht
nào ca tia laser ? 16
26. Tia laser có nhng tính cht ni bt nào khác bit vi nhng ngun sáng khác.
Gii thích nhng nguyên nhân làm cho ngun sáng laser có nhng tính ch17
27. c sóng mà laser phát ra không nh. Nêu gii pháp c
ng. 17
28. c ca laser khí và laser bán dn. 17
29. Mô t cu to chung ca laser HeNe, CO
2,
Rubi, bán dn 17
30. Trình bày nguyên lý hong ca laser HeNe, CO
2,
Rubi, bán dn 18
31. c sóng ca laser HeNe, CO
2,
Rubi, bán dn GaAs là bao nhiêu. 22
32. Các chi tit quang hc trong ngun sáng laser là nhng chi ting
i vi nhng chi ti nào? 22
33. Yêu cu k thut khi làm sch các chi ti nào? 23
34. Khi làm vic vi ngui có th gp nhng loi nguy him? 24
35. Vì sao tác hi ci ph thuc vào công sut ,
c sóng và thng? 24
36. nh an toàn v laser là phòng nga không cho tia
ng nguy him ch không phi khc phc tác hi?
25
37. nh v an toàn laser có phi là các kt qu chính xác v tác hi ca tia
i vi không, gii thích vì sao? 26
38. chun ANSI ZI 36.1-2007 phân loi laser theo 4 c nguy him?26
39. M nguy him ca 4 cp phân loi v nào?26
40. Các bin pháp an toàn cn áp di vi 4 c nguy him ca laser? 27
41. in nht song hiu qu li ln
nht. Có th dùng mt loi kính an toàn cho mi loc không, gii thích vì
sao? 29
42. Khi s dng ngun sáng laser có th có nhi vi
i. Gii thích vì sao? 29
43. Long giác mc và long võng mc? 30
44. Vì sao mt ngun sáng laser không gây bng giác mc song li có th gây hng
võng mc? 30
45. Trình bày nguyên lý cu to và hong ca laser HeNe? 31
46. Laser HeNe có th ng thc mc sóng. Có các gii pháp gì
laser HeNe ch phát ra m 32
47. Vì sao nói laser He-Ne là laser nguyên t? 33
48. Trình bày nguyên lý cu to và hong ca laser CO
2
? 33
49. Vì sao gi laser CO
2
là laser phân tm ca laser phân t là gì? 34
50. Vì sao gi laser CO
2
là laser phân tm ca laser phân t là gì 35
51. Trình bày nguyên lý cu to và hong ca laser Rubi 35
52. n x ca laser Rubi có cu t nào 35
53. Vì sao không th ch c ln. 35
54. Trình bày nguyên lý cu to và hong ca laser bán dn GaAs. 36
55. Nguyên lý to ngho mt kích thích trong laser bán dn x
th nào. 36
56. Vì sao loi laser bán dn có góc m c c ln. 36
57. Hai chùm sáng giao thoa vi nhau phi tha mãn nhu kin gì 37
58. Trình bày nguyên lý cu to và hong ca giao thoa k
ngu dài và dch chuyn. 37
59. ng gì.37
60. Khi dn li tm chia chùm tia laser thì vân giao thoa dch
chuyn nào. 37
61. Khi dch chuyng trong giao thoa k t khong bng na
c sóng ca tia laser thì nh vân giao thoa dch chuyng bng bao
nhiêu 38
62. c N xung trên cm bin ca giao thoa k
ch chuyc mt khong cách là bao nhiêu 38
63. nguyên lý ca giao thoa k laser dcn
phi s dng 2 cm bin 38
64. Vì sao nói giao thoa k chính xác
ph thu ca tia laser. 39
65. ng cng th n kh c ca
giao thoa k ch chuy dài 39
66. ng ca giao thoa k laser dch chuyn vi vn tc V, tín hiu
c trên cm bin có dng g
c sau khong thi gian t nu s bii tc ca tín hiu trên cm
bi 39
67. ng ca giao thoa k laser có 2 tn s. dch chuyn vi vn tc
V, tín hic trên cm bin có dng
c sau khong thi gian t nu s bii tc ca tín hiu
trên cm bi 39
68. ng ca chit su chính xác cng giao
thoa k nào. 40
69. ng cng th chính xác c
bng giao thoa k laser. 40
70. m c nhám b
phân toàn phn và bng giao thoa k 40
71. bng giao thoa k vòng vi tia laser. 40
72. Nguyên lý c bii khong cách bng tia laser theo tam
ng 40
73. Tính khoc bi gian phát và
thu nh 41
74. Trình bày nguyên lý cng b mt vi tia laser dng t
u chnh tiêu 41
chính xác ca dch chuyn bàn máy ca các máy
gia công CNC bng giao thoa k laser. 41
không thng ca dch chuyn bàn máy ca các
máy gia công CNC bng giao thoa k laser. 42
chính xác ca dao phay trên máy phay CNC bng
máy quét laser. 43
79. Khi gia công vt liu bng ca tia laser lên vt li
gì. 44
80. Khi chiu tia laser lên b mt vt liu cn gia công s xy ra các quá trinh nhit
nào 44
81. Tính nhi trên b mt vt liu khi chiu mt chùm tia laser có bán kính a và
m công sut q. 45
82. H s phn x tia laser ca vt liu gia công ph thu c
sóng ca tia laser và nhi ca vt liu. 45
83. Nêu gi gim ng ca h s phn x cao ca b mt vt liu.45
u ki phân bit t dch chuyn thp hoc cao khi ct vt liu bng
tia laser. 46
85. Tính nhi khi ct vt liu bng tia laser t dch chuyn thp 46
86. Tính nhi khi ct vt liu bng tia laser t dch chuyn cao. 46
87. Tính nhi khi ct vt có chiu dày mng d bng tia laser. 46
88. Khi ct vât liu bng tia laser có s dng khí ô xy và tr có nh
m gì. 46
rng vt ct và vn tc ct ph thuc th nào vi công sut ca tia laser.47
90. Khi ct vât liu phi kim bng tia laser khác b nào so vi khi ct vt liu
kim loi. 48
91. Vt lim gì ging và khác nhau khi
ct bng laser. 48
92. Khoan l chi tit máy bng tia laser có nhm gì so vi gia công
bi. 48
93. Hình dng l khoan bm gì. S sai lch v trí hi t trên b
mt chi tit gia công to ra các d nào: 49
94. Tính ching kính l khoan: 50
95. Tính chiu sâu ln nhng kính ln nht ca l khoan có th c
51
m ca quá trình hàn vt liu bng tia laser. 51
sâu mi hán ph thuc vào nhng yu t nào: 51
98. Vì sao có th hàn các vt liu bng tia laser trong chân không hong
khí bo v: 52
99. Vì sao có th hàn các vt liu và các mi hàn khó hàn bng tia laser: 52
100. Tôi vt liu bng tia laser có nhm gì 53
101. Phân bit s ging và khác nhau gia gia công các hình dng b mt bng tia
laser theo công tua và theo mt n 53
1. Laser là gì ?
-> Laser (đọc là la-de) là tên viết tắt của cụm từ Light Amplification
byStimulated Emission of Radiation trong ting Anh, và có nghĩa là "khuếch đại ánh
sáng bằng phát x kích thích".
2.
-> Vì tính đơn sắc rất cao: chùm sáng chỉ có một màu (hay một bước sóng) duy nhất.
Do vậy chùm laser không bị tán xạ khi đi qua mặt phân cách của hai môi trường có
chiết suất khác nhau. Đây là tính chất đặc biệt nhất mà không nguồn sáng nào có.
3.
-> Vì sóng điện từ của một phô tôn ánh sang chỉ dao động theo một phương xác định
nên được gọi là ánh sáng phân cực thẳng hay ánh sáng phân cực toàn phần.
-> Ánh sáng tự nhiên có thể coi là tập hợp của vô số ánh sáng phân cực toàn phần
nên dao động đều đặn theo tất cả mọi phương vuông góc với tia sáng, tức là sóng của
ánh sáng tự nhiên phân cực tròn .
4.
-> Điều kiện : Photon tác động lên điện tử có hiệu mức năng lượng dịch chuyển cho
phép có hiệu năng lượng tương ứng năng lượng của photon thì sẽ xảy ra bức xạ kích
thích. Đây là điều kiện của quá trình phát xạ kích thích.
-> Mức năng lượng dịch chuyển cho phép của hạt bị kích thích phải phù hợp với phô
tôn. Đây là điều kiện của quá trình phát xạ kích thích.
5. Pho
-> Phô tôn phát ra trong quá trình kích thích có cùng tần số, biên độ, pha, hướng và
trạng thái phân cực như phô tôn kích thích.Phô tôn kích thích không bị biến đổi và
giữ nguyên trạng thái ban đầu.
-> Tính chất nổi bật của các photon phát ra trong quá trình phát xạ kích thích :
Độ 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.
Tính đơn sắc rất cao: chùm sáng chỉ có một màu (hay một bước sóng) duy nhất.
Do vậy chùm laser không bị tán xạ khi đi qua mặt phân cách của hai môi trường
có chiết suất khác nhau. Đây là tính chất đặc biệt nhất mà không nguồn sáng nào
có.
Tính đồng bộ của các photon trong chùm tia laser: Có khả năng phát xung cực
ngắn: cỡ mili giây (ms), nano giây, pico giây, cho phép tập trung năng lượng tia
laser cực lớn trong thời gian cực ngắn.
6.
-> Nguồn sáng Laser được hình thành nhờ sự khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích
thích, cơ sở vật lý của bức xạ laser là nguyên lý phát xạ kích thích và điều kiện phát
xạ thành chum tia laser => Hiện tượng phát xạ kích thích là cơ sở của nguồn sáng
laser !
7.
-> Cấu tạo cơ bản của một nguồn sáng laser :
1- Môi chất laser
2- Nguồn nuôi
3- Rương phản xạ toàn phần
4- Gương bán mạ
5- Tia laser
Trong đó có 3 thành phần chính :
+ Môi chất Laser: Tuỳ loại hoạt chất khỏc nhau mà môi trường hoạt chất khác nhau.
+ Bộ cộng hưởng : Khuyếch đại bức xạ laser.
+ Bơm Laser: Cung cấp năng lượng cho hoạt chất laser để tạo nghịch đảo mức năng
lượng.
8.
-> Môi cht laser: là chất làm môi trường phát xạ bức xạ kích thích của tia laser. Môi
chất laser cần có các hiệu mức năng lượng tương ứng có khả năng dịch chuyển
lượng tử cho phép ứng với tần số laser cần phát và phải trong suốt đối với bước
sóng của bức xạ laser.
-> Ví dụ :
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 có gắn những ion chrom, có
bước sóng 694,3nm thuộc vùng đỏ của ánh sáng trắng.
Bán dẫn: loại thông dụng nhất là diot Gallium Arsen có bước sóng 890nm thuộc
phổ hồng ngoại gần.
Laser chất 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. Trong y học
được sử dụng làm laser nội mạch, kích thích mạch máu
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 chất lỏng
Môi trường hoạt chất là chất lỏng, thông dụng nhất là laser màu.
9.
-> Môi chất laser 2, 3, 4 mức là môi chất laser có số các mức năng lượng lần lượt là
2,3,4.
Môi chất laser 2 có 2 mức năng lượng : quá trình hấp thụ và phát xạ là một
quá trình thuận nghịch nên nhanh chóng xảy ra bão hoà mật độ tích lũy trên
hai mức laser trên và dưới.
Môi chất laser 3 có 3 mức năng lượng : Tần số bơm của laser 3 mức thường
gần gấp đôi tần số laser phát xạ nên hiệu suất sẽ thấp. Đa số các laser rấn là
laser 3 mức.
Môi chất laser 4 có 4 mức năng lượng : Do có nhiều mức năng lượng nên hiệu
suất bơm của loại laser này là cao nhất. Các laser khí thường là laser 4 mức.
10.
-> Việc chọn môi chất laser cần chú ý đến hiệu suất hấp thụ khi bơm và khả năng
phát xạ của bước sóng laser.
11.
-> KHÔNG
12.
-> Chất nền trong nguồn sáng laser sử dụng trong laser rắn. Chất nền là chất cơ bản
sẻ không tham gia trực tiếp vào quá trình tạo bức xạ laser. Chất nền có thể là đơn
tinh hoặc vô định hình và có chứa các nguyên tử hoặc ion của chất kích hoạt.
-> lý do sử dụng chất nền trong nguồn sáng laser :
Đảm bảo hệ số phản xạ cần thiết cho nguồn sáng laser
Khử những dao động ký sinh do phản xạ ở mặt xung quanh
Đảm bảo độ bền của môi trường hoạt tính
Đảm bảo tiêu hao nhỏ và hệ số phẩm chất buồng cộng hưởng lớn
13.
->
-> Hoạt chất laser có 2 thành phần chính : chất nền và chất kích thích. Chất nền
chiếm tỉ lệ rất lớn (90%) so với chất kích nên tính chất kỹ thuật cơ bản sẻ do chất
nền quyết định => chất nền ảnh hưởng lớn đến tính chất của tia laser.
14.
-> Bộ phận kích thích hay bơm là một trong 3 bộ phận chính cấu tạo nên máy phát
lượng tử. Đó là bộ phận cung cấp năng lượng từ bên ngoài vào hệ lượng tử để tạo
nên nghịch đảo độ tích lũy trong 2 mức năng lượng nào đó của hoạt chất và duy trì
sự hoạt động của laser.
Phương pháp bơm điện: Bơm bằng điện tử: cung cấp năng lượng cho môi chất
laser bằng năng lượng của các điện tử. thường được dụng cho các loại laser
khí và laser bán dẫn.
Bơm quang học: Thực hiện dịch chuyển điện tử lên mức cao bằng hấp thụ ánh
sáng, thường được sử dụng cho các loại laser rắn và lỏng.
15.
->
Môi chất laser 2 mức, ít dùng vì quá trình hấp thụ và phát xạ là một quá trình
thuận nghịch nên nhanh chóng xảy ra bão hoà mật độ tích lũy trên hai mức
laser trên và dưới.
Môi chất laser 3 có thẻ có mức laser dưới trùng hoặc không trùng với mức cơ
bản. Tần số bơm của laser 3 mức thường gần gấp đôi tần số laser phát xạ nên
hiệu suất sẽ thấp. Đa số các laser rấn là laser 3 mức.
Môi chất laser 4 mức hiệu suất bơm cao do độ nghịch đảo mật độ tích lũy của
quá trình bơm phụ thuộc vào cả quá trình bơm tích lũy lên các mức laser trên
và khả năng thoát ở mức laser dưới. Do có nhiều mức năng lượng nên hiệu
suất bơm của loại laser này là cao nhất. Các laser khí thường là laser 4 mức.
Các biện pháp thực hiện bơm tạo nghịch đảo mật độ tích luỹ là: kích thích bằng ánh
sáng, kích thích bằng điện tử, va chạm cộng hưởng …
-> Do có nhiều mức năng lượng nên hiệu suất bơm của loại laser 4 mức là cao nhất.
16.
2
là gì.
-> Vai trò ca khí He: tăng hiệu suất bơm (~200 lần) nhờ hiệu ứng truyền năng
lượng:
He hấp thụ tốt sóng bơm
He có mức năng lượng kích thích tương tự mức kích thích của Ne
-> Vai trò ca khí N: Thông thường thêm N
2
,he vào khí CO
2
,N
2
đóng vai trò đệm và
truyền năng lượng kích thích
Các điện tử do dòng phóng điện khí sinh ra, kích thích chuyển động của N
2
.
Sự va chạm truyền năng lượng giữa N
2
và CO
2
tạo ra đảo lộn mật độ giữa các
mức laser của CO
2
.
17.
-> Buồng cộng hưởng quang học là bộ phận chứa chất hoạt tính. Đó là một hệ gồm 2
mặt phản xạ đặt đối diện nhau, giữa 2 mặt này là khối hoạt chất.
Với vai trò : +Thực hiện hồi tiếp dương
+ Tạo bức xạ định hướng, đơn sắc và kết hợp
=> Buồng cộng hưởng quang học có vai trò quyết định trong việc hình thành các tinh
chất cơ bản của bức xạ laser.
-> Vì trong buồng cộng hưởng xảy ra sự cộng hưởng, khi bức xạ laser lan truyền
trong môi chất laser gặp 2 gương sẽ bị phản xạ lại nhiều lần mang tính chất lặp lại.
Khi khoảng cách 2 gương là một số nguyên lần q của nửa bước sóng, sẽ hình thành
quá trình công hưởng kiểu sóng dọc. Nên gọi là buồng cộng hưởng.
18.
->
Dùng gương phẳng
+Ưu điểm : cho bức xạ có độ định hướng cao
+ Nhược điểm : khó chỉnh độ song song
Dùng gương cầu
+Ưu điểm : dễ chỉnh và tổn hao do nhiễu xạ ở trong buồng cộng hưởng coi
như không đáng kể.
+ Nhược điểm :
-> Các loại BCH :
Buồng cộng hưởng phẳng: hai gương phản xạ là hai gương phẳng, cho bức xạ
có độ định hướng cao
Buồng cộng hưởng cầu đồng tiêu: Hai gương cầu có cùng bán kính và chung
tiêu điểm
Ngoài ra còn có các loại buồng : gương liền trong laser bán dẫn, một gương
phẳng và một gương cầu, gương phẳng và lăng kính quay, buồng tia sáng kín…
19.
->Vì: Buồng cộng hưởng có thể thực hiện các phương pháp chọn lọc dao động khác
nhau để thu được một bức xạ trong một giải phổ rất hẹp, gần như hoàn toàn đơn sắc.
Sự chọn lọc xảy ra khi bức xạ laser lan truyền trong môi chất laser gặp 2 gương sẽ bị
phản xạ lại nhiều lần mang tính chất lặp lại.
-> Hiện tượng cộng hưởng : giả sử dịch chuyển tự phát của một nguyên tử nào đó
trong BCH xuất hiện một sóng ánh sáng. Sóng sẻ được khuếch đại lên cho các dịch
chuyển cưỡng bức khi nó đi qua lớp hoạt chất. Khi tới mặt phản xạ, một phần sóng
ánh sáng có thể bị mất đi do hiện tượng hấp thụ hoặc truyền qua, nhưng phần chủ
yếu được phản xạ trở lại và được tiếp tục khuếch đại trên đường đi tới mặt phản xạ
kia. Tại đây cũng xảy ra quá trình tương tự và cứ như vậy, sau rất nhiều lần phản xạ
ta sẻ thu được dòng bức xạ có cương độ lớn.
20.
laser .
-> Nhờ buồng cộng hưởng có thể thực hiện các phương pháp chọn lọc dao động
khác nhau để thu được một bức xạ trong một giải phổ rất hẹp, gần như hoàn toàn
đơn sắc. Có thể nói rằng: buồng cộng hưởng quang học đóng vai trò quyết định trong
việc hình thành các tính chất cơ bản của tia laser.
21.
sao.
-> Phổ phát xạ của môi chất laser là phổ vạch
-> Vì phổ liên vạch : là phổ của nguyên tử và ion, mà môi chất laser thì thường ở
dạng ion 2 hoặc 3 điện tích.
22.
-> Phổ phát xạ của tia laser là phổ vạch
-> Vì phổ liên vạch : là phổ của nguyên tử và ion
23.
-> Tần số cộng hưởng là:
f = q ( c /2L )
với c là vận tốc ánh sáng.
Khi đó khoảng cách vạch tần số cộng hưởng:
f
q +1
-f
q
= c/ 2L
vậy khi thay đổi chiều dài L :
L tăng -> khoảng cách 2 vạch sẻ giảm -> số vạch tăng
L giảm -> khoảng cách 2 vạch sẻ tăng -> số vạch giảm
24.
-> Chọn lọc mode xiên
+ Dùng màn chắn : Đặt vào buồng cộng hưởng một màn chắn có kích thước thích
hợp thì có thể dễ dàng tăng được tổn hao nhiểu xạ và do đó có thể nén được các
mode bậc cao, chỉ giử lại một mode cơ bản.
Hiện nay người ta đã hoàn thiện phương pháp chọn lọc mode xiên bằng việc sử dụng
thêm 2 thấu kính hội tụ :
Màn chắn M được đặt trong mặt phẳng đồng tiêu giữa 2 thấu kính và có kích thước
đúng bằng vùng sáng tại tiêu điểm của thấu kính 1.
-> Chọn lọc mode dọc : để chọn lọc các mode dọc có các phương pháp sau
+ Thay đổi chiều dài của buồng cộng hưởng
+ Đưa vào buồng cộng hưởng mẫu chuẩn Fabri-Perot hoặc tấm phẳng song song
+ Dùng gương phản xạ có hệ số truyền thay đổi dọc theo tiết diện
+ Dùng phản xạ Bragg tạo hồi tiếp chọn lọc tần số.
+ Phương pháp chọn lọc mode dọc thông dụng hơn cả là phương pháp dùng BCH
kép.(Hình 2)
Hình 2. Chọn lọc Mode dọc với BCH kép; a. Sơ đồ; b. Phổ dao động.
BCH kép được cấu tạo bằng 3 gương phẳng G1, G2, G3. Khoảng cách hai gương G1 và
G2 là L1. Trong phần này của buồng cộng hưởng sẻ hình thành các mode dọc với
hiệu tần số được xác định bằng công thức :
∆v
12
=
21
c
L
Tương tự, trong phần còn lại của buồng cộng hưởng được hình thành bởi các gương
G2 và G3 cũng xuất hiện các mode dọc với tần số :
∆v
23
=
22
c
L
Như vậy nếu chọn L1 và L2 khác nhau thì hiệu tần số giữa 2 mode dọc gần nhau ở
hai BCH sẻ khác nhau.
Chỉ có những mode dọc nào mà tần số riêng của chúng trong cả 2 phần trùng
nhau mới là những mode chung của 2 BCH. Kết quả là phổ dao động của BCH kép
thưa đi rất nhiều so với phổ dao động của BCH bình thường.
Hiệu suất của phương pháp này tăng lên khi tăng số gương phản xạ đặt trong
BCH.
25. Mốt dọc và mốt ngang của tia laser là gì. Nó ảnh hưởng đến những tính chất nào
của tia laser ?
-
-
-
nhau
26. Tia laser có những tính chất nổi bật nào khác biệt với những nguồn sáng khác.
Giải thích những nguyên nhân làm cho nguồn sáng laser có những tính chất đó.
-
-
có.
-
27. Vì sao bước sóng mà laser phát ra không ổn định. Nêu giải pháp ổn định bước
sóng trong laser HeNe đo lường.
28. Nêu phương pháp làm tăng độ đơn sắc của laser khí và laser bán dẫn.
29. Mô tả cấu tạo chung của laser HeNe, CO
2,
Rubi, bán dẫn.
-
tia laser
30. Trình bày nguyên lý hoạt động của laser HeNe, CO
2,
Rubi, bán dẫn.
- Laser khí He Ne là loi laser rt ph bin, ho 4 m
ng.
Cu t He Ne có cu tng.
ng hot tính c He Ne bao gm mt ng thy
tinh hình tr chân không cao. Bên trong i ta mng thích hp
hn hp hai khí tru ng mn áp cao th và cao tn
ng s i ta s dng hing va chm cn t vi nguyên t
kích thích hn hp khí He Ne. Laser He Ne ho 4 mc
ng.
Hình 1: Sơ đồ hoạt động của Laser khí
u king các h ng t ch yu tn ti E
1
, còn các mng.
Nh ngun t - nguyên t t mc E
1
lên mc E
4
.
Trng thái E
4
có thi gian sng
rt nh so vi E
3
, còn mc E
3
nm rt gn E
4
có s va chm gia nguyên t - phân t s xy ra quá trình truyng dn h
ng t E
4
chuyn v E
3
c x. Mc E
3
là mc siêu bn.
H ng t t E
3
chuyn v E
2
và bc x ra tia laser có tn s
za
, t E
2
tr v E
1
thônh
qua các quá trình va chm mà không bc x.
Laser He Ne hong ch liên tc, không hong ch xung.
Laser
E
3
E
2
E
1
E
4
E
3
E
2
E
1
E
4
Phn t n ca laser khí He Ne là t mt ant
và mt catt. Gia ant và catt mn áp mt chiu cao thn áp này
t
26KV
c n.
Hình 2: Sơ đồ ống phóng điện
Catt gm hai loi: catt nóng và catt lnh.
- Catt nóng là mt dây làm bng wonfram, khi b t nóng nó s bc x n t.
Hi i ta ít dùng vì nó không ch bc x n t mà còn bc x ra cht làm
catt gây bn n.
- Catt lnh là mt hình tr rng nm dc theo chiu dài thành ng. Còn ant là mt
vòng kim loi nu ng. Dòng làm vic trong ng t n 5mA.
A
B
M
1
R
1
M
2
R
2
Laser
2S
2
3
S
0
1
1
S
0
He
Ne
2p
1s
2p
Hình 3: Sơ đồ hoạt động của Laser khí He – Ne
Khác vi laser rn, do m khí trong ng laser He Ne khong
17 18
10 10
nguyên
t/cm
3
. Tc là khong
15
torr nên không th d quang h
n.
Trong laser khí He Ne ngoài va chn t - nguyên t còn có va chm gia He kích
thích và nguyên t i loi hai.
Khi trong ng xn t c gia tc s va chm vi các nguyn t
He và kt qu He t trng thái 1S
0
lên trng thái 2
3
S và 2
1
trng thái siêu bn. Tc là nu không có nguyên t Ne và không có tác dng thêm thì các
nguyên t He s nm li 2
3
S và 2
1
S.
Hai trng thái siêu bn 2
3
S và 2
1
S ca nguyên t He nm rt gn vi hai trng thái 2
0
S và
3S ca nguyên t y khi các nguyên t c kích thích và xy ra va chm
vi các nguyên t Ne, dn nguyên t He truyng kích thích cho nguyên t
Ne t trn lên trng thái kích thích 2S và 3S
31
2 2 1
2
He S Ne S He S
e Ne Ne S e
y s có mt ca He làm thun li cho quá trình to ngh
các nguyên t Ne. Khi có s dch chuyn gia các trng thái
22sp
và
32sp
trong
nguyên t c các bc x laser.
Dch chuyn
22sp
c sóng hng ngoi:
13m
.
Dch chuyn
32sp
24
32sp
c sóng nm trong vùng kh kin (6328A
0
-
).
Vch 6238A
0
nh nht. Laser He Ne to ra gc sóng khác nhau,
chn la bc x phát ra theo ý mu i áp sut khí He Ne.
Ruby
31. Bước sóng của laser HeNe, CO
2,
Rubi, bán dẫn GaAs là bao nhiêu.
He-Ne: hot cht c sóng 632,8nm thuc ph
trong vùng nhìn thy, công sut nh t m n vài chc mW. Trong y hc s
dng làm laser ni mch, kích thích mch máu
c sóng 10.600nm thuc ph hng ngoi xa, công sut phát x có th ti
megawatt (MW). Trong y hc ng dng làm dao m
32. Các chi tiết quang học trong nguồn sáng laser là những chi tiết gì? Hư hỏng chính
đối với những chi tiết đố như thế nào?
- Các chi tit quang hc tng ngu
i: dùng bc, vàng,gm s phn x không quá
90 ng ch vi laser rn, bán d c sóng dài.
n môi nhiu lp: có tính cht chn lc và h s phn x cao, bm
h s phm cht ca buông cng cao và chc m nng bc x ln
thi gian làm vic dài .
Các laser công sut cao có th t b phá hy, các tinh tht
quang chu bc x laser có m công sut cao d b hng. Ví d là các tinh th Rubi có
thy tinh làm môi cht trong laser xung công sut cao rt tin và c
mà thay th ng xuyên không kinh t. Do công sut tiêu hao trong các bung cng
ng ln nên các chi tit chu lc ln. Vì tui th ln nên
cn chú ý cách vn hành và bng.
Xung laser công sut cao ca laser Rubi và laser thy tinh Neodim gây nên hng
hóc thanh hot ch t quang nht là các laser mng b và laser
u bin h s sn phm cht khi bc x xung ngn. Khi bc x xung dài ít b phá hy
b phá hng.
S phá hy các vt liu quang xy ra vi các giá tr ng công sut. Khi còn nh
ng, tia bc x qua không phá hy còn khi lng phá hy do s t
nóng làm ch i vt liu làm gim tính cht quang
ca vt liu.
Ví d: Laser CO
2
vi m công sut l
8
W/cm
2
phá hy tinh th clorua
Kali làm hng thu kính.
ng phá hy ph thuc vào bn cht vt liu, khuyt tt, tp cht và trng thái
b mt sau khi gia công ln cui.
Các nguyên nhân gây nên s phá hng vt liu:
- S ng nht ca các xung laser.
- S tn ti các phn t hp th trong vt liu.
- Hing t tiêu t.
S t tiêu ti chit sut vt liu các chùm tia laser t thu hp
ng kính.
S ng vt lin t ca vt liu b n t ng cu laser kích
thích chuyn lên m ng cao và gây lên s ng do
khuyt tt, vc b mt tht liu do nó ny sinh s tp trung sóng
n t ng t
33. Yêu cầu kỹ thuật khi làm sạch các chi tiết quang như thế nào?
Trả lời:
Các b mt cn ph i si bu thanh hot cht,
van, tm phn x có trong bung cng có th gây nên s t cháy gây phá hy b
mt.
Ví d: Chi tit quang trong laser khí Co
2
nu sch ch c th nghim 1000
W/cm
2
/ 20 gi. Còn khi bi bn chc nh
2
.
Vi các chi tit quang có lp ph phn x hoc truyn qua các pn t hp th trên
b mt các lp gây lên s phá hy cho nên cn làm sch các lp ph.
V ch các lp ph c ht ta ph p ph bng
các lp vt liu cng, cng va và mm.
Vt liu cng: TiO
2
, SiO
2
n, ch c dùng làm lp ph gim phn x trong
các vùng sóng t ngoi, nhìn thy và ph hng ngoi gn.
Vt liu cng va: ZnS, F
2
2
vì có s hp th
trong vùng hng ngoi, kém b c.
Vt liu m c và kém bn v c
Vi vt liu cng làm sch bng các dung môi và lau bng vái mm và sch.
Vi vt liu cng va: dùng các dung d
2
làm
sch.
Vt liu mm hin nay không s dng, song v dng khí N
2
khô thi làm sch.
34. Khi làm việc với nguồn laser con người có thể gặp những loại nguy hiểm?
Trả lời: Vic s dng laser gn lin vi nhc ht là s
gây tt và tia laser có công sut cao gây lên nhng vt bc bit
là s ng ca tia laser là tc thi và qua không khí nên d xy ra khi bt cn và
khôn a do tia laser có th c tiêu t vi vt rt nh
ng rt lc bit nguy him.
Nguy him nht ca tia laser là vi võng mc- m nhy cm nht ca mt, thy
tinh th
Tác động lên mắt: Võng mc nhy cm nht vi laser c sóng nhìn thy 0,4
n hng ngo vùng c
y cm vi võng mc song d gây t i thy tinh th
Tác dụng lên mặt da: Bc x laser công sut cao có th gây nên vt bng trên da
Mối nguy về điện: Trong s các loi laser thit thc ch y
cht rn, laser cht nhum, và laser cht bán dn, tr các loi laser bán dn ra thì tt c
u yêu cu hin th n to ra chùm tia. Cho dù là
n th c áp trc ti c laser
n có mt ti mt s m trong h thng. Tình huc bit nguy him
c to ra trong laser là nó vn có th n th cao trong các t n hoc nhng b
phn khác mt tht
Tác hại hóa:
Khí nén:
35. Vì sao tác hại của tia laser khi tác động lên con người phụ thuộc vào công suất ,
bước sóng và thời gian tác động?
Trả lời: