Tiểu luận vật lý 3 LASER Giảng viên hướng dẫn: TS. Trần Hải Cát TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

TIỂU LUẬN CUỐI KÌ
Mơn học: VẬT LÍ 3
ĐỀ TÀI:

LASER
Thành viên nhóm:

Giảng viên hướng dẫn: TS. Trần Hải Cát


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
BỘ MƠN : VẬT LÝ 3

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
TP. HCM, tháng 05 năm 2022

DANH SÁCH NHÓM VIẾT TIỂU LUẬN CUỐI KỲ
MÔN: VẬT LÝ 3
HỌC KỲ II NĂM HỌC 2021-2022
1. Mã lớp môn học:
2. Giảng viên hướng dẫn: TS. Trần Hải Cát
3. Tên đề tài: Laser

4. Danh sách nhóm viết tiểu luận cuối kỳ:
STT

Họ Và Tên

Mã số sinh viên

Tỷ lệ % tham gia

Ký tên


- Tỷ lệ % = 100%
- Trưởng nhóm:

Nhận xét của giảng viên
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………

TP.HCM, tháng 05 năm 2022
Giảng viên chấm điểm


MỤC LỤC
A. MỞ ĐẦU………………………………………………………………………………...1
B. NỘI DUNG...................................................................................................................... 1
I.Khái niệm...................................................................................................................... 2
II. Lịch sử hình thành.......................................................................................................2
III. Cấu tạo và tính chất………………………………….……………………………….3
1. Cấu tạo...........................................................................................................................3
2. Tính chất........................................................................................................................4
IV. Nguyên lý hoạt động………………………………………………………………… 4
V. Phân loại....................................................................................................................... 5
1.Laser chất rắn.......................................................................................................5
2. Laser chất khí................................................................................................................6
3. Laser chất lỏng..............................................................................................................6
4.Laser sợi quang..............................................................................................................7
5.Laser bán dẫn (Điốt Laser)...........................................................................................7
VI. Các chế độ hoạt động.................................................................................................9
1. Chế độ phát liên tục.....................................................................................................9
2. Chế độ phát xung..........................................................................................................9
VII. An toàn khi sử dụng...................................................................................................9
VIII. Ứng dụng của laser..............................................................................................11
C. KẾT LUẬN.................................................................................................................16
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................................17

A.MỞ ĐẦU

Từ xa xưa đến ngày nay, ánh sáng luôn đóng một vai trị rất quan trọng đối với lịch
sử của loài người,từ ánh sáng từ mặt trời đến ánh sáng từ ngọn lửa, từ ánh sáng của
ngọn nến cho đến ánh sáng của bóng đèn… từ đó ta thấy được ánh sáng nói khơng
ngoa chính là chứng nhân cho các cột mốc phát triển của nhân loại. Và đến thế kỷ 20
từ một học thuyết, con người đã bước sang một kỷ nguyên mới kỷ nguyên của lượng
tử, và một trong những phát kiến vĩ đại có tầm ảnh hưởng nhất cũng được ra đời dựa
vào thành tựu vĩ đại đó, đó là một loại ánh sáng có tính ứng dụng cao vào thực tiễn
hiện nay, và đó là laser. Laser đã và đang nghiên cứu, phát triển một cách cụ thể. Vậy
Laser là gì? Nó được phát triển như thế nào? Nguyên lý hoạt động của nó là gì? Các
loại đèn Laser, chỉ tiêu an tồn của Laser? Và quan trọng nhất ứng dụng của Laser là
gì? Chúng ta hãy cũng trả lời các câu hỏi trên thông qua các phần tiếp theo.

1


B.NỘI DUNG
I.Khái niệm
Laser là tên viết tắt của cụm từ Light Amplification by Stimulated Emission of
Radiation trong tiếng Anh, có nghĩa là "khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích".
Theo thuyết lượng tử của Einstein thì trong một ngun tử, các electron tồn tại ở các
mức năng lượng riêng biệt và rời rạc. Các mức năng lượng có thể hiểu là tương ứng
với các quỹ đạo riêng biệt của electron xung quanh hạt nhân. Electron ở phía ngồi sẽ
có mức năng lượng cao hơn những electron ở phía trong. Khi có sự tác động vật lý hay
hóa học từ bên ngồi, các electron này cũng có thể nhảy từ mức năng lượng thấp lên
mức năng lượng cao hay ngược lại, gọi là chuyển dời trạng thái. Các chuyển dời có thể
sinh ra hay hấp thụ lượng tử ánh sáng hay photon theo thuyết lượng tử của Albert

Einstein. Bước sóng (liên quan đến màu sắc) của tia sáng phụ thuộc vào sự chênh lệch
năng lượng giữa các mức.
Có nhiều loại laser khác nhau, có thể ở dạng hỗn hợp khí, ví dụ He-Ne, hay
dạng chất lỏng, song có độ bức xạ lớn nhất vẫn là tia laser tạo bởi các linh kiện bán
dẫn như điốt laser.
Laser có trong rất nhiều ứng dụng, như làm mắt đọc đĩa quang CD/DVD, máy
in laser, máy qt mã vạch, cơng cụ trình tự DNA, internet cáp quang, truyền dữ liệu
trong không gian vũ trụ, máy cắt, máy hàn, máy phẫu thuật laser, tẩy mụn ruồi, nhắm
bằng laser. Trong quân đội laser được dùng để đánh dấu, đo khoảng cách và tốc độ của
mục tiêu. Trong giải trí laser được sử dụng trong các sân khấu như hịa âm ánh sáng.
II. Lịch sử hình thành
Laser được phỏng theo maser (Microwave Amplification by Stimulation Emission
of Radiation), 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 khơng tạo ra tia sóng một
cách liên tục.

Laser hồng ngọc, một laser chất rắn, được tạo ra lần đầu tiên vào năm 1960, bởi
nhà vật lý Theodore Maiman tại phịng thí nghiệm Hughes Laboratory ở Malibu,
California. Hồng ngọc là oxit 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.
2


Robert N. Hall phát triển laser bán dẫn đầu tiên, hay điốt laser, năm 1962. Thiết
bị của Hall xây dựng trên hệ thống vật liệu gali-asen và tạo ra tia có bước sóng 850
nm, gần vùng quang phổ tia hồng ngoại. Laser bán dẫn đầu tiên với tia phát ra có thể
thấy được được trưng bày đầu tiên cùng năm đó.

Nikolay Gennadiyevich Basov và Aleksandr Mikhailovich Prokhorov của Liên

bang Xơ viết đã làm việc độc lập trên lĩnh vực lượng tử dao động và tạo ra hệ thống
phóng tia liên tục bằng cách dùng nhiều hơn hai mức năng lượng. Hệ thống đó có thể
phóng ra tia liên tục mà khơng cho các hạt xuống mức năng lượng bình thường, vì thế
vẫn giữ tần suất. Năm 1964, Charles Townes, Nikolai Basov và Aleksandr Prokhorov
cùng nhận giải thưởng Nobel vật lý về nền tảng cho lĩnh vực điện tử lượng tử, dẫn đến
việc tạo ra máy dao động và phóng đại dựa trên thuyết maser-laser.
Năm 1970, Zhores Ivanovich Alferov của Liên Xơ và Hayashi và Panish của
Phịng thí nghiệm Bell đã độc lập phát triển điốt laser hoạt động liên tục ở nhiệt độ
trong phòng, sử dụng cấu trúc đa kết nối.
III. Cấu tạo và tính chất
1. Cấu tạo
Cấu tạo cơ bản và cơ chế hoạt động của
laser.
3


1) Buồng cộng hưởng (vùng bị kích thích)
2) Nguồn ni (năng lượng bơm vào vùng bị kích thích)
3) Gương phản xạ toàn phần
4) Gương bán mạ ↵5) Tia laser
Nguyên lý cấu tạo chung của một máy laser gồm có: buồng cộng hưởng chứa
hoạt chất laser, nguồn nuôi và hệ thống dẫn quang. Trong đó buồng cộng hưởng với
hoạt chất laser là bộ phận chủ yếu.
Buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, đó là một chất đặc biệt có khả năng
khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức để tạo ra laser. Khi 1 photon tới va chạm
vào hoạt chất này thì kéo theo đó là 1 photon khác bật ra bay theo cùng hướng với
photon tới. Mặt khác buồng cộng hưởng có 2 mặt chắn ở hai đầu, một mặt phản xạ
toàn phần các photon khi bay tới, mặt kia cho một phần photon qua một phần phản xạ
lại làm cho các hạt photon va chạm liên tục vào hoạt chất laser nhiều lần tạo mật độ
photon lớn. Vì thế cường độ chùm laser được khuếch đại lên nhiều lần. Tính chất của

laser phụ thuộc vào hoạt chất đó, do đó người ta căn cứ vào hoạt chất để phân loại
laser.
2. Tính chất
- Độ định hướng cao: tia laser phát ra hầu như là chùm song song do đó có khả năng
chiếu xa hàng nghìn km mà ko bị phân tán.
- Tính đơn sắc rất cao: chùm sáng chỉ có 1 màu (hay 1 bước sóng) duy nhất. Do vậy
chùm laser không bị tán xạ khi đi qua mặt phân cách của 2 mơi trường có chiết suất
khác nhau. Đây là tính chất đặc biệt mà khơng 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.
IV. Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của laser dựa trên hiện tượng phát xạ kích thích:
-Dưới sự tác động của hiệu điện thế lớn, các electron của môi trường vật chất
di chuyển từ mức năng lượng thấp lên mức năng lương cao tạo nên trạng thái nghịch
đảo mật độ tích lũy của electron. (Trạng thái kích thích).
-Một nguyên tử đang ở trong trạng thái kích thích, sẵn sàng phát ra một phơtơn có
năng lượng ε = hf, bắt gặp một phơtơn có năng lượng ε’ đúng bằng hf bay lướt qua nó,
thì lập tức ngun tử này cũng phát ra phơtơn ε. Phơtơn ε có cùng năng lượng và bay
cùng phương với phơtơn ε’. Ngồi ra, sóng điện từ ứng với phơtơn ε hồn tồn cùng
4


pha và dao động trong một mặt phẳng song song với mặt phẳng dao động của sóng
điện từ ứng với phôtôn ε’.
-Các hạt photon này sẽ toả ra nhiều hướng khác nhau từ một nguyên tử, va phải các
nguyên tử khác, kích thích eletron ở các nguyên tử này rơi xuống tiếp, sinh thêm các
photon cùng tần số, cùng pha và cùng hướng bay, tạo nên một phản ứng dây chuyền
khuếch đại dòng ánh sáng.

-Các hạt photon bị phản xạ qua lại nhiều lần trong vật liệu, nhờ các gương để tăng hiệu
suất khuếch đại ánh sáng.
-Một số photon thoát ra ngồi nhờ có gương bán mạ tại một đầu của vật liệu. Tia sáng
đi ra chính là tia laser.
V. Phân loại.
Laser được chia làm 5 loại dựa vào môi trường hoạt chất:
1.Laser chất rắn

Có khoảng 200 chất rắn có khả năng dùng làm môi trường hoạt chất laser.
Laser trạng thái rắn sử dụng chất rắn (tinh thể hoặc thủy tinh) trộn với nguyên tố đất
hiếm làm nguồn thu quang của chúng. Nguyên tố hỗn hợp thường là neodymium,
chromium, erbium, thulium hoặc ytterbium.
Laser thể rắn được biết đến nhiều nhất là laser hồng ngọc, vì nó là laser đầu tiên
từng được chế tạo. Laser Nd: YAG (granat nhôm yttrium pha tạp neodymium) cũng
phổ biến trong các ứng dụng xử lý vật liệu.
Laser thể rắn cũng được sử dụng cho các ứng dụng y tế khác nhau, bao gồm
xóa xăm và lông, cắt bỏ mô và loại bỏ sỏi thận…

5


2. Laser chất khí
Tia laze khí là một tia laze trong đó một dịng điện được gửi qua một chất khí
để tạo ra ánh sáng
He-Ne: hoạt chất là khí heli và neon, có bước sóng 632,8 nm thuộc phổ ánh
sáng đỏ trong vùng nhìn thấy, cơng 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 514,5 nm.
CO2: bước sóng 10.600 nm thuộc phổ hồng ngoại xa, công suất phát xạ có thể tới
megawatt (MW).

Laser khí được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm ảnh ba
chiều, quang phổ, qt mã vạch, đo ơ nhiễm khơng khí, xử lý vật liệu và phẫu thuật
laser.
Laser CO2 có lẽ là loại laser khí được biết đến rộng rãi nhất và chủ yếu được sử
dụng để khắc laser , cắt laser và hàn laser.
3. Laser chất lỏng
Môi trường hoạt chất là chất lỏng, thông dụng nhất là laser màu. Laser lỏng sử
dụng thuốc nhuộm hữu cơ ở dạng lỏng làm môi trường khuếch đại của chúng. Chúng
còn được gọi là laser nhuộm và được sử dụng trong y học laser, quang phổ, xóa vết bớt
và tách đồng vị.
Một trong những ưu điểm của laser nhuộm là chúng có thể tạo ra dải bước sóng
rộng hơn nhiều, khiến chúng trở thành ứng cử viên sáng giá để trở thành laser có thể
điều chỉnh , nghĩa là có thể kiểm sốt được bước sóng trong khi hoạt động.

6


Ví dụ , trong phân tách đồng vị bằng laser , laser được điều chỉnh theo các cộng
hưởng nguyên tử cụ thể. Sau đó, chúng được điều chỉnh thành một đồng vị cụ thể để
ion hóa các nguyên tử, làm cho chúng trung hịa trái ngược với tích điện âm hoặc
dương. Sau đó, chúng được tách ra bằng một điện trường, đạt được cái được gọi là
tách đồng vị.
4.Laser sợi quang

Laser sợi quang là một loại laser trạng thái rắn đặc biệt, là một loại riêng của
nó. Trong laser sợi quang, môi trường khuếch đại là một sợi quang học (thủy tinh
silica) được trộn với một nguyên tố đất hiếm.
Đặc tính dẫn hướng ánh sáng của sợi quang là điều làm cho loại laser này trở
nên khác biệt: chùm tia laser thẳng hơn và nhỏ hơn so với các loại laser khác, làm cho

nó chính xác hơn. Laser sợi quang cũng nổi tiếng vì diện tích nhỏ, hiệu suất điện tốt,
bảo trì thấp và chi phí vận hành thấp.
Laser sợi quang được sử dụng trong một loạt các ứng dụng, bao gồm xử lý vật
liệu ( làm sạch bằng laser , tạo kết cấu, cắt, hàn, đánh dấu), y học và vũ khí năng lượng
định hướng.
Ví dụ về laser sợi quang được sử dụng cho các ứng dụng này bao gồm laser sợi
quang pha tạp ytterbi và erbium.

7


5.Laser bán dẫn (Điốt Laser)
Điốt la-de, còn được gọi là la-de đi-ốt và la-de bán dẫn, tương tự như đi - ốt
thơng thường ở chỗ chúng có một điểm tiếp giáp tích điện dương - âm. Sự khác biệt là
điốt laser có một lớp nội tại ở đường giao nhau PN được làm bằng vật liệu tạo ra phát
xạ tự phát. Lớp bên trong được đánh bóng để các photon được tạo ra được khuếch đại,
cuối cùng chuyển đổi dòng điện thành ánh sáng laze.

Mặc dù hầu hết các loại laser bán dẫn là laser diode, một số ít trong số đó
khơng phải. Điều này là do có những loại laser bán dẫn không sử dụng cấu trúc diode,
chẳng hạn như laser tầng lượng tử và laser bán dẫn được bơm quang học .
Giống như laser sợi quang, điốt laser có thể được phân loại là laser trạng thái
rắn vì môi trường khuếch đại của chúng là chất rắn. Tuy nhiên, chúng nằm trong một
danh mục của riêng chúng vì điểm nối PN của chúng.

Điốt laze thường được sử dụng làm nguồn năng lượng để bơm các tia laze
khác. Những tia laser này được gọi là laser bơm đi-ốt. Trong những trường hợp này,
8

điốt laze thường được xếp thành mảng để bơm nhiều năng lượng hơn, như thể hiện
trong hình ảnh sau đây.
Điốt laze rất phổ biến. Chúng được sử dụng trong máy đọc mã vạch, con trỏ
laser, máy in laser, máy quét laser và một số ứng dụng khác.
VI. Các chế độ hoạt động
Laser có thể được cấu tạo để hoạt động ở trạng thái bức xạ sóng liên tục (hay
CW - continuous wave) hay bức xạ xung (pulsed operation). Điều này dẫn đến những
khác biệt cơ bản khi xây dựng hệ laser cho những ứng dụng khác nhau.
1. Chế độ phát liên tục
Trong chế độ phát liên tục, công suất của một laser tương đối không đổi so với
thời gian. Sự đảo nghịch mật độ electron cần thiết cho hoạt động laser được duy trì
liên tục bởi nguồn bơm năng lượng đều đặn.
2. Chế độ phát xung
Trong chế độ phát xung, công suất laser luôn thay đổi so với thời gian, với đặc
trưng là các giai đoạn "đóng" và "ngắt" cho phép tập trung năng lượng cao nhất có thể
trong một thời gian ngắn nhất có thể. Các dao laser là một ví dụ, với năng lượng đủ để
cung cấp một nhiệt lượng cần thiết, chúng có thể làm bốc hơi một lượng nhỏ vật chất
trên bề mặt mẫu vật trong thời gian rất ngắn. Tuy nhiên, nếu cùng năng lượng như vậy
nhưng tiếp xúc với mẫu vật trong thời gian dài hơn thì nhiệt lượng sẽ có thời gian để
xun sâu vào trong mẫu vật do đó phần vật chất bị bốc hơi sẽ ít hơn. Có rất nhiều
phương pháp để đạt được điều này, như:
- Phương pháp chuyển mạch Q (Q-switching)
- Phương pháp kiểu khoá (modelocking)
- Phương pháp bơm xung (pulsed pumping)
VII. An toàn khi sử dụng.
Laser với cường độ thấp, chỉ là vài miliwatt, cũng có thể nguy hiểm với mắt
người. Tại bước sóng mà giác mạc mắt và thủy tinh thể có thể tập trung tốt, nhờ tính
đồng nhất và sự định hướng cao của laser, một cơng suất năng lượng lớn có thể tập
trung vào một điểm cực nhỏ trên võng mạc. Kết quả là một vết cháy tập trung phá hủy
các tế bào mắt vĩnh viễn trong vài giây, thậm chí có thể nhanh hơn. Độ an toàn của

laser được xếp từ I đến IV. Với độ I, tia laser tương đối an toàn. Với độ IV, thậm chí
chùm tia phân kỳ có thể làm hỏng mắt hay bỏng da. Các sản phẩm laser cho đồ dân
dụng như máy chơi CD và bút laser dùng trong lớp học được xếp hạng an toàn từ I, II,
hay III. Tiêu chuẩn ANSI Z136.1-2007 đã phân loại các mức nguy hại của laser như
sau:
Nhóm 1
Tia laser nhóm 1 được xem là khơng có khả năng sinh ra lượng bức xạ gây hại,
do đó được xem là an tồn trong điều kiện làm việc bình thường. Thơng thường,
những laser loại này là khơng cần các biện pháp an tồn và kiểm sốt. Tuy nhiên,
nhiều laser trong nhóm này vẫn được gắn biển cảnh báo cấm hoặc hạn chế tiếp xúc
trực tiếp với các bức xạ laser.
Nhóm 1M
9


Tia laser nhóm 1M được xem là khơng có khả năng gây nguy hại trong quá
trình hoạt động bình thường, trừ khi chùm tia được xem bằng một dụng cụ quang học
như một kính lúp hoặc kính viễn vọng. Tuy nhiên, laser nhóm 1M có cơng suất lớn
hơn nhóm 1 nhưng khơng vượt q cơng suất laser nhóm 3B. Nhóm 1M gồm các laser
khơng có khả năng phá hỏng mắt người. Laser trong nhóm 1 và 1M có bước sóng (λ
>0.7µm).m).
Nhóm 2
Laser nhóm 2 là laser cơng suất thấp, phát ra một phần phổ của vùng ánh sáng
khả kiến (0.4 – 0.7 µm).m) nhưng khơng vượt q cơng suất 1mW với thời gian phơi sáng
là 0,25 giây. Đối với nhóm laser này, chúng có khả năng gây nguy hiểm đối với mắt
nếu thời gian phơi sáng lớn hơn 0,25 giây.
Nhóm 2M
Laser nhóm 2M cũng là các laser phát ra một phần phổ của vùng ánh sáng khả
kiến (0.4 – 0.7 µm).m). Xét về mặt cơng suất thì laser nhóm 2M có cơng suất lớn hơn
nhóm 2 nhưng khơng vượt q cơng suất laser nhóm 3B. Giống như các laser nhóm 2,

laser nhóm 2M an tồn khi quan sát, nhưng khơng được sử dụng trong các thiết bị
quang học, phản ứng khó chịu tự nhiên đối với ánh sáng chói, cùng với phản xạ chớp
mắt, cần bảo vệ mắt khỏi bị phá hỏng võng mạc.
Nhóm 3R
Laser nhóm 3R có khả năng gây nguy hại theo một số điều kiện quan sát trực
tiếp và phản xạ gương, nhưng khả năng gây hại khơng đáng kể. Laser nhóm 3R khơng
gây ra nguy cơ hỏa hoạn hoặc những nguy hiểm về phản xạ khuếch tán. Cơng suất ra
của tia laser nhóm 3R gấp 5 lần cơng suất laser nhóm 1, tương đương 5mW (cơng suất
cho các bước sóng ngắn hơn 0.4µm).m (UV laser) hoặc dài hơn 0.7µm).m (IR laser)) hoặc
gấp 5 lần cơng suất laser nhóm 2 (bước sóng laser có thể nhìn thấy 0.4 – 0.7 µm).m)
Nhóm 3B
Laser nhóm 3B là laser có công suất ra khoảng 5mW – 500mW. Việc quan sát
các laser nhóm này trong điều kiện phản xạ trực tiếp chùm và gương là nguy hiểm. Sự
phản xạ khuếch tán thường khơng gây nguy hiểm, ngoại trừ laser có cơng suất lớn hơn
lớp 3B. Một tia laser nhóm 3B bình thường khơng có khả năng gây hỏa hoạn.
Nhóm 4
Laser nhóm 4 là laser có cơng suất cao trên 500 mW. Khi tiếp xúc trực tiếp với
các tia laser thường gây nguy hiểm cho mắt và da. Laser nhóm 4 có thể gây nguy hiểm
về hỏa hoạn (bức xạ điện > 2 W/cm 2 là một nguy cơ đánh lửa). Ngoài ra, các tia laser
có thể tạo ra các chất gây ơ nhiễm độc hại trong khơng khí và có nguồn cung cấp năng
lượng điện áp cao có thể gây tử vong. Do đó, cần đặt tồn bộ đường dẫn chùm tia laser
vào đường ống được bao bọc để giảm mối nguy hiểm.
Việc phân loại các lớp nguy hại laser như trên được sử dụng phù hợp cho các nhà chế
tạo thiết bị và để phân loại các nguồn laser không được nhà sản xuất phân loại hoặc
mất. Mức phơi nhiễm tối đa cho phép được qui định trong bảng sau:

10


VIII. Ứng dụng của laser.

Laser ứng dụng trong điều trị bệnh da liễu.

Vào thời điểm được phát minh năm 1960, laser được gọi là "giải pháp để tìm
kiếm các ứng dụng". Từ đó, chúng trở nên phổ biến, tìm thấy hàng ngàn tiện ích trong
các ứng dụng khác nhau trên mọi lĩnh vực của xã hội hiện đại, như phẫu thuật mắt,
hướng dẫn phương tiện trong tàu không gian, trong các phản ứng tổng hợp hạt nhân...
Laser được cho là một trong những phát minh có ảnh hưởng nhất trong thế kỉ 20.

11


Lợi ích của laser đối với các ứng dụng trong khoa học, cơng nghiệp, kinh doanh
nằm ở tính đồng pha, đồng màu cao, khả năng đạt được cường độ sáng cực kì cao, hay
sự hợp nhất của các yếu tố trên. Ví dụ, sự đồng pha của tia laser cho phép nó hội tụ tại
một điểm có kích thước nhỏ nhất cho phép bởi giới hạn nhiễu xạ, chỉ rộng vài nanơmét
đối với laser dùng ánh sáng. Tính chất này cho phép laser có thể lưu trữ vài gigabyte
thơng tin trên các rãnh của DVD.

Cũng là điều kiện cho phép laser với cơng suất nhỏ vẫn có thể tập trung cường
độ sáng cao và dùng để cắt, đốt và có thể làm bốc hơi vật liệu trong kỹ thuật cắt bằng
laser hay dao laser. Ví dụ, một laser Nd:YAG, sau q trình nhân đơi tần số, phóng ra
tia sáng xanh tại bước sóng 523 nm với cơng suất 10 W có khả năng, trên lý thuyết,
đạt đến cường độ sáng hàng triệu W trên một cm vuông. Trong thực tế, thì sự tập trung
hồn tồn của tia laser trong giới hạn nhiễu xạ là rất khó.
Tia sáng laser với cường độ cao có thể cắt thép và các kim loại khác. Tia từ
laser thường có độ phân kì rất nhỏ (độ chuẩn trực cao). Độ chuẩn trực tuyệt đối là
không thể tạo ra, bởi giới hạn nhiễu xạ. Tuy nhiên, tia laser có độ phân kỳ nhỏ hơn so
với các nguồn sáng khác. Một tia laser được tạo từ laser He-Ne, nếu chiếu từ Trái Đất
lên Mặt Trăng, sẽ tạo nên một hình trịn đường kính khoảng 1 dặm (1,6 kilômét). Một
vài laser, đặc biệt là với laser bán dẫn, có với kích thước nhỏ dẫn đến hiệu ứng nhiễu

12


xạ mạnh với độ phân kỳ cao. Tuy nhiên, các tia phân kỳ đó có thể chuyển đổi về tia
chuẩn trục bằng các thấu kính hội tụ. Trái lại, ánh sáng không phải từ laser không thể
làm cho chuẩn trực dễ dàng bằng các thiết bị quang học, vì chiều dài đồng pha ngắn
hơn rất nhiều so với tia laser. Định luật nhiễu xạ không áp dụng khi laser được truyền
trong các thiết bị dẫn sóng như sợi thủy tinh. Laser cường độ cao cũng tạo nên các
hiệu ứng thú vị trong quang học phi tuyến
tính.

Máy đo khoảng cách bằng laser trong quân sự là loại thiết bị quan trọng. Có
nhiều loại khác nhau: máy đo cự ly hàng khơng, máy đo cự ly xe tăng, máy đo cự ly
xách tay... Máy đo cự ly hàng khơng đo chính xác cự ly từ máy bay đến mục tiêu trên
mặt đất, nâng cao độ trúng đích khi ném bom. Nguyên lý hoạt động: đo khoảng thời
gian chênh lệch giữa xung laser phát ra và xung phản hồi về rồi nhân với tốc độ ánh
sáng (≈ 3.108 m/s), lấy kết quả chia 2, được cự ly cần đo.

Rada laser có độ chính xác cao hơn rada thơng thường, có thể hướng dẫn hai
tàu vũ trụ ghép nối chính xác trên khơng gian. Máy bay chiến đấu bay ở tầm siêu thấp,
nếu trang bị rada laser có thể né chính xác tất cả chướng ngại vật, kể cả đường dây
điện. Tuy nhiên, những thiết bị laser đều chịu ảnh hưởng của thời tiết, trời mù hoặc
mưa thì khoảng cách đo bị giảm đi nhiều.
Bom có lắp thiết bị dẫn đường bằng laser và đi có lắp hệ thống lái điều khiển sẽ tự
động tìm kiếm và đánh trúng mục tiêu.
13


La bàn laser thay thế la bàn phổ thông, để đo phương vị máy bay, dùng trong
máy bay phản lực cỡ lớn và máy bay chiến đấu tính năng cao.

Tia laser đo khoảng cách từ vệ tinh và Mặt Trăng đến Trái Đất, đo đạc toàn cầu.
Ngoài ra, chùm tia laser cịn làm náo nhiệt khơng khí lễ hội.
Trong đo lường công nghiệp, tia laser được sử dụng trong các máy đo quét laser
để xác định các tọa độ 3D của vật thể, nhằm tính tốn kích thước, khoảng cách.
Tia laser cịn được dùng làm vũ khí, tuy chưa được phổ biến. Được chia làm hai
loại: Vũ khí laser cơng suất thấp làm loá mắt đối phương, dùng trong tác chiến gần,
khoảng cách chỉ vài km, trời mưa mù khoảng cách cịn ngắn hơn, có thể xách tay, lắp
trên xe tăng, máy bay trực thăng. Vũ khí laser năng lượng cao dùng chùm tia laser cực
mạnh chiếu đến một điểm trên mục tiêu, dừng lại một thời gian ngắn để vật liệu chảy
14


ra hoặc khí hố. Chùm tia laser mạnh có thể phá huỷ đường điện, gây cháy thùng
nguyên liệu trong máy bay, gây nổ đạn đạo. Lắp đặt trên mặt đất, trên tàu, máy bay, vệ
tinh, có tốc độ nhanh, chính xác cao, không cần thuốc mồi, không sinh lực đẩy phía
sau, khơng tạo ơ nhiễm nên nó là loại vũ khí "sạch sẽ". Vũ khí laser lắp đặt trên vệ tinh
có thể bắn hạ tên lửa đạn đạo và vệ tinh đối phương.
Theo dự tính, để phá huỷ tên lửa đạn đạo cách xa 1000 km cần năng lượng laser
20000 KW và kính phản xạ đường kính 10 m với thời gian chiếu xạ 1 giây. Đầu những
năm 90, Mỹ có thể tạo ra tia laser năng lượng 5000 KW. Tuy vẫn còn một khoảng
cách khá xa nhưng trong tương lai, vũ khí laser sẽ trở thành cơng cụ chiến tranh lợi hại
và là cuộc đua công nghệ của các cường quốc trên thế giới.

Trong y học, laser công suất thấp được sử dụng trong vật lý trị liệu để gây hiệu
ứng sinh học và laser công suất lớn gây hiệu ứng đốt dùng trong điều trị thoát vị đĩa
đệm cột sống.

15

C.KẾT LUẬN

Tóm lại: Qua các thơng tin trên ta đã biết được khái niệm; lịch sử hình thành; cấu
tạo, nguyên lý hoạt động của laser; phân loại; các chế độ hoạt động; các mức độ an
toàn của laser cũng như ứng dụng của laser vào đời sống. Từ làm các thành phần trong
các đồ gia dụng như mắt đọc đĩa quang CD/DVD, máy in laser, máy quét mã vạch đến
công cụ trình tự DNA, internet cáp quang, truyền dữ liệu trong không gian vũ trụ, máy
cắt, máy hàn, máy phẫu thuật laser, tẩy mụn ruồi, nhắm bằng laser… Trong quân đội
laser được dùng để đánh dấu, đo khoảng cách và tốc độ của mục tiêu. Trong giải trí
laser được sử dụng trong các sân khấu như hòa âm ánh sáng. Trong y học laser được
phát triển để trở thành một vũ khí hữu hiệu phối hợp với các phương pháp điều trị hiện
có góp phần tăng thêm khả năng chẩn đoán, điều trị của ngành y tế hiện tại. Từ một
học thuyết con người đã phát hiện ra một trong những phát kiến vĩ đại nhất đóng vai
trị quan trọng trong hầu như mọi mặt của đời sống con người. Laser đã, đang, và sẽ
luôn được nghiên cứu và phát triển để có thể có được nhiều ứng dụng và đóng góp hơn
cho nhân loại.

16