Laser và ứng dụng

1.1.Vài nét về lịch sử phát triển, tiềm năng và
triển vọng của laser
Ngày nay Laser hiện diện ở nhiều nơi, nhưng
khách quan mà nói, chúng ta hiểu về nó còn rất hạn
chế. Laser phát triển mạnh vào những năm 1980, thời
điểm này nước ta mới vượt ra khỏi cuộc chiến tranh
nên điều kiện tiếp cận với Laser còn chưa nhiều, mặt
khác sản phẩm của nó bán trên thị trường quá đắt so
với túi tiền khi đó của chúng ta.
1. Cơ sở lý thuyết về Laser
Nhưng Laser phát triển rất nhanh, nó đã xâm nhập
vào nhiều ngõ ngách của cuộc sống, vậy nên chăng
hãy tìm hiểu kỹ thêm: Laser là gì ? Laser xuất hiện
khi nào ? những chặng đường phát triển của nó ?
những tính chất gì của Laser được ứng dụng vào
trong đời sống, trong kỹ thuật và trong nghiên cứu
khoa học như thế nào?
1.1.Vài nét về lịch sử phát triển, tiềm năng và
triển vọng của laser
1. Cơ sở lý thuyết về Laser
Alfered Kastler
Alfered Kastler
(1902 – 1984)
(1902 – 1984)
Nikolai
Nikolai
Gennadiyevich Basov
Gennadiyevich Basov
(1922)

(1922)
Charles Townes
Charles Townes
(1915)
(1915)
Aleksandr
Aleksandr
Mikhailovich
Mikhailovich
Prokhorov
Prokhorov
(1916)
(1916)
Ý tưởng về Laser được Einstein đưa ra từ năm 1917
Năm 1958, các nhà bác học Nga và Mĩ , nghiên
cứu độc lập với nhau, đã chế tạo thành công laser
đầu tiên
1.1.Vài nét về lịch sử phát triển, tiềm
năng và triển vọng của laser
1.1.Vài nét về lịch sử phát triển, tiềm năng
và triển vọng của laser
Vào năm 1916, sau khi được bầu vào Viện Hàn lâm
Khoa học Đức, A.Einstein bằng tư duy trừu tượng
cao, đã nêu thuyết:
Nếu chiếu những nguyên tử bằng một làn sóng điện
từ, sẽ có thể xảy ra một bức xạ “được kích hoạt” và
trở thành một chùm tia hoàn toàn đơn sắc, ở đó tất
cả những photon (quang tử) phát ra sẽ có cùng một
bước sóng.
1.1.Vài nét về lịch sử phát triển, tiềm năng

và triển vọng của laser
Mãi tới năm 1951giáo sư Charles Townes (Mỹ)
mới chú ý đến sự khuếch đại của sóng cực ngắn (vi
sóng).
Ông thực hiện một thí nghiệm mang tên Maser
(maze) là khuếch đại vi sóng bằng bức xạ cảm ứng.
1.1.Vài nét về lịch sử phát triển, tiềm năng
và triển vọng của laser
Ngày 16/5/1960 T. Maiman chính thức tạo ra Laser
từ thể rắn hồng ngọc.
Tia sáng do ông tìm ra là luồng ánh sáng rất tập
trung và có độ hội tụ lớn, hoàn toàn thẳng, rõ nét,
thuần khiết, màu đỏ lộng lẫy và chiều dài bước sóng
đo được là 0,694 micromet
1.1.Vài nét về lịch sử phát triển, tiềm năng
và triển vọng của laser
Những năm tiếp theo, các nhà khoa học khắp nơi đã
nối dài thành quả, chế tạo ra thành nhiều loại laze:
laze từ thể khí; laze từ bán dẫn; laze lỏng; sử dụng
oxy-iot vạn năng ta có laze hoá học và laze rắn v v
Người ta dự đoán, cùng với bán dẫn, laze sẽ là một
trong những lĩnh vực khoa học và công nghệ quan
trọng vào bậc nhất của thế kỷ XXI.
1.2.1.Laser là gì?
Định nghĩa:
Laser là chữ viết tắt “Light Amplification by
Stimulated Emission of Radiation” nghĩa là khuếch
đại ánh sáng bằng bức xạ cảm ứng.
Đặc điểm:
Tia laser có tính đơn sắc, tính định hướng, tính kết

hợp và có cường độ lớn.
1.2. Cơ sở vật lý về Laser
1.2.2. Cấu tạo chung của máy phát laser:
Một thiết bị laser gồm 3 phần chính sau đây:
-Một môi trường laser ( môi trường hoạt tính)
-Một nguồn năng lượng phát xạ rất mạnh ( nguồn
bơm)
-Bộ cộng hưởng quang học.
1.2. Cơ sở vật lý về Laser
Hoạt chất
Bộ phận kích thích (Bơm)
Buồng cộng hưởng
Gương
phản xạ
toàn
phần
Gương
bán mạ
Tia laser
1.2. Cơ sở vật lý về Laser
1.2.3 Cơ sở vật lý
Năm 1917 Einstein giả thuyết rằng, khi có sự tương
tác giữa ánh sáng với các nguyên tử thì cùng với sự
hấp thụ một lượng tử ánh sáng, còn xảy ra 2 loại
bức xạ khác nhau đó là : bức xạ tự phát và bức xạ
cảm ứng.
Bức xạ cảm ứng có một tính chất đặc biệt quan
trọng là tần số, phân cực, hướng truyền của các
photon bức xạ và trường ngoài là trùng nhau.
1.2. Cơ sở vật lý về Laser

Điều này có nghĩa là trong một điều kiện nào đó, có
thể kích thích các nguyên tử hay phân tử của vật chất
làm chúng bức ra photon.
Các photon này lại kích thích các nguyên tử làm
chúng phát ra các photon thứ cấp giống y như photon
ban đầu.
Các photon này có cùng bước sóng, cùng pha và có
vectơ phân cực như nhau.
1.2. Cơ sở vật lý về Laser
Hiện tượng phát xạ cảm ứng
1.2. Cơ sở vật lý về Laser
Trên mọi quỹ đạo của e khi quay quanh hạt nhân luôn
tồn tại một năng lượng không đổi . Khi bị kích thích, e
chuyển lên quỹ đạo có mức mức năng lượng cao hơn
hoặc thoát ra khỏi nguyên tử. Để kích thích e từ mức
năng lượng thấp đến mức năng lượng cao thì phải cung
cấp năng lượng E = E
cao
– E
thấp
.
Các e sau khi kích thích lên mức năng lượng cao chúng
sẽ tồn tại một thời gian gọi là thời gian sống của các
nguyên tử.
1.3. Nguyên lý hoạt động của laser
Khi nguyên tử chuyển từ mức năng cao về mức năng
lượng thấp đồng thời bức xạ một photon có năng lượng
và bước sóng thõa mãn
( h = 6,625.10-34 J.S là hằng số Planck; c = 3.108m/s là
vận tốc ánh sáng trong chân không).

λ
hc
EEE
tc
=−=∆
1.3. Nguyên lý hoạt động của laser
Giả sử rằng nếu nguyên tử chỉ có 2 mức năng lượng
E
thấp
và E
cao
. Khi chuyển từ mức năng lượng cao về mức
năng lượng thấp thì các e phát ra ánh sáng đơn sắc.
Các ánh sáng này do bức xạ phát ra nên chúng chưa
phải là laser.
Để có ánh sáng laser thì các ánh sáng đơn sắc này phải
định hướng và đồng pha.
1.3. Nguyên lý hoạt động của laser
Thông thường người ta phân loại laser dựa theo vật
liệu cấu tạo nên môi trường hoạt tính của chúng.
Có thể chia laser thành các loại sau:
Laser rắn
Laser bán dẫn
Laser khí
Laser lỏng (laser màu)
.
1.4. Phân loại Laser
1.5. Đặc điểm và khả năng ứng
dụng của laser
1.5.1. Đặc điểm:

1. Công suất (cường độ) của nguồn bức xạ bằng ánh sáng
rất mạnh so với nguồn năng lượng điện từ có cùng
nguồn.
2. Độ đơn sắc cao
3. Tính đồng loạt cao
4. Kích thước chùm tia nhỏ có hướng tập trung và có tính
hội tụ cao.
5. Tần số ổn định
6. Thời gian một xung ngắn (khoảng 10
-9
s)
7. Bước sóng ngắn và có dãi sóng bức xạ lớn từ tia tím
đến hồng ngoại nên khả năng ứng dụng rộng.
8. Mật độ nguồn nhiệt lớn ( khoảng 10
10
w/cm
2
)
1.5.2. Khả năng ứng dụng của laser
1. Laser trong công nghệ hóa học
2. Laser trong công nghệ vật liệu bán dẫn
3. Laser trong CN chế tạo vật liệu kim loại
4. Laser trong CN gia công vật liệu
5. Laser- công nghệ năng lượng
1.5. Đặc điểm và khả năng ứng
dụng của laser
6. Laser trong lĩnh vực holography
7. Laser trong nghiên cứu khoa học
8. Laser trong các lĩnh vực khác ( kiến trúc, nghệ
thuật, y tế….)

1.5. Đặc điểm và khả năng ứng
dụng của laser
2. Ứng dụng Laser trong nghiên
cứu khoa học:
1. Dùng Laser làm chệch hướng thiên thạch
2. Dùng Laser nghiên cứu vũ trụ
3. Laser mô phỏng từ trường trong BEC
4. Làm lạnh không khí – vật thể
5. Quan sát trực tiếp electron chui hầm
6. Laser tái tạo tia X phát ra bởi lỗ đen
7. Laser đo kích cỡ hạt nhân quầng
8. Laser giúp định nghĩa đơn vị Kelvin
9. Nghiên cứu plasma nóng và các phản ứng
nhiệt hạch
10. Chụp ảnh khối (Holography)
2. Ứng dụng Laser trong nghiên
cứu khoa học:
2.1. Dùng Laser làm chệch hướng
thiên thạch:
Tiểu hành tinh Apophis
đang nhằm hướng về
Trái đất (Ảnh minh
họa từ internet)
Hoạt động của các tiểu hành tinh
rất thất thường. Các tiểu hành tinh
vừa di chuyển vừa xoay tròn trong
không gian theo một cách khó có
thể dự đoán. Đồng thời, đường bay
của chúng cũng có thể thay đổi
theo thời gian… .  tìm ra một

phương thức để dự báo chính xác
quỹ đạo của chúng là một vấn đề
rất quan trọng!