Chặng đường phát triển laze ppt

Chặng đường phát
triển laze
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. Nhưng Laser phát triển rất nhanh,
nó đã xâm nhập vào nhiều ngõ ngách của cuộc sống, vây nên chăng hãy tìm
hiểu kỹ thêm: Laser là gì ? Laser xuất hiện như thế nào ? những chặng đường
phát triển của nó ? những tính chất gì của Laser được ứng dụng vào trong
đời sống ? Hy vọng bài viết này phần nào làm sáng tỏ thêm những điều đó.
Laser là khuếch đạiánh sáng bằng bứcxạ cưỡngbức; chữ Laser là kết nối
bởi những chữ đầu tiên của cụmtừ nói trên bằngtiếng Anh(Light Amplificationby
Stimulated EmissonofRadiation).Người ta nhớ lại rằng,vào năm 1916,sau khi
được bầu vào Viên Hàn lâm Khoa học Đức, A.Einstein bằng tư duytrừu tượngcao,
đã nêu thuyết: Nếu chiếu những nguyêntử bằng một làn sóng điện từ,sẽ có thể
xẩy ra một bức xạ “được kích hoạt”và trở thànhmột chùm tiahoàn toàn đơn sắc, ở
đó tất cả nhữngphoton(quang tử) phátra sẽ có cùng một bước sóng.Đó là một ý
tưởng khoahọc. Nhưngchưa cóai chứngminh nên lý thuyết đó gần như bị lãng
quên trong nhiều năm.
Mãi tới năm 1951giáosư CharlesTownesthuộc trường Đại họcColumbia của
thành phố NewYork (Mỹ) mới chú ýđến sự khuếch đạicủa sóng cực ngắn (vi
sóng). Ông thực hiện mộtthí nghiệmmang tên Maser (maze) làkhuếchđại vi sóng
bằngbức xạ cảm ứng, (chữ Masercũng là chữ đầu của nghĩađó bằng tiếng Anh:
MicrowaveAmplificationby Stimulated Emissonof radiation).Ông đã thành công,
tuy phải chi phí khá tốn kémđể nghiêncứu trong phòng thí nghiệm. Cũngvào thời
gian này, ở một phươngtrời khác, hainhà khoahọc XôViết là N.Batsov vàA.
Prokhorov cũng phát minhra máy khếchđại vi sóngvà gần như cùng một dạng
nguyênlý. Vì thế cả banhà khoahọcnói trên đều được nhận giảiNobel vật lý vào
năm 1964.
Đạt tớiviệc khuếch đại các sóng cực ngắn rồi mà sao khôngdấnthêmvào các sóng

phátsáng ?, đó là sự tiếc nuối thốtlên từ C. Townes.Bởi sauthànhcông này ông
được cấp trên giaocho trọngtrách mới. Thực ra nhà khoa học Anthus Schawlow
(là em rể của Townes)đã có nhiều công suynghĩ để biến Maze thành laze,nhưng
mớitrong phạm vi lýthuyết và tháng8/1958ôngcôngbố phầnlý thuyết đó trên
tạp chí “PhysicalReview”rồi cũngdừng lại; để cho TheodoraMaimanphát triển
thêmlên. TheodoraMaiman,là nhà khoa học của phòng thí nghiệm Hughes tại
Malibu,bangCalifornia.Dựa vào lý thuyết và nền tảng thực nghiệm củaTownes và
Schawlowđã công bố,T. Maimandành hơnhai nămđi sâuthêm, mở rộng thêmvà
trở thành người đầu tiên tìm ratia Laser mà nguyên lý cơ bản của nó có thể tóm
tắt như sau:
Lazecủa Maimanphát sinhranhờ máy phát (xem hình 1)bao gồm: hộp cộng
hưởngquang học trong đó chứa đựng: gươngM1 và gươngM2 đặt songsong và
đối diệnnhau, riêng M2là loại gươngbán mạ (ở mứcbán trong suốt).Khoảng giữa
của haigương làthanh hoạt chất H, Maiman đặtvào đó vật chấtrắn là hồngngọc,
rồi chiếu lênđó chùm ánh sáng Rmạnh; nhờ đó nó tạo ra môi trườnghoạtđộng
đặc biệt còngọi là môi trườngLaze: tạiđây, mộtphản ứnghoá học, ion hoá trong
hoạt chất được “bơm” lên một mứcnăng lượngkích thích E1 sauđó nó tự phát rời
xuống mức nửa bền E2ở dưới. Khi cảmứng từ mức nửa bền chuyển dời về trạng
thái ở mức năng lượng thấp hơnEo sẽ phát raphần tử ánh sánggọi là Photon
(quangtử).Nhữngphầntử nàyphảnxạ qua lại nhiều lầngiữahai gươngM1 vàM2.
Quátrình đậpđi đập lại làm chúngva đập phải các nguyên tử khác và các nguyên
tử này cũng bị kích hoạt để phátra photonkhác. Theo cách thức này,ngày càngcó
nhiều photonkết hợp lạivới nhauthành một chùm tia gọi là tia Laze,nó ngàycàng
mạnhvà đếnmột giớihạn nàođó, chùm tiaánhsáng xuyên qua bề mặt tráng bán
mạ của gương M2rangoài, trở thành tia có độ định hướng caovà có mật độ quang
năng lớn.
Ngày 16/5/1960 là ngàyđángnhớ, bởi ngày này,T. Maiman chính thức tạo ra
Laser từ thể rắn hồng ngọc. Tiasáng doông tìm ralà luồngánh sáng rất tậptrung
và có độ hội tụ lớn, hoàntoàn thẳng, rõnét, thuần khiết, mầu đỏ lộng lẫy vàbề dài
bướcsóng đo được là0,694 micromet.Như vậy là giả thuyết mà Einsteinnêu ra

cách ngày ấy 54 nămđã đượcchứng minh.
Những năm tiếp theo,các nhà khoahọc khắp nơi đã nối dài thành quả laze ra
thành nhiều loại, bằng cách: đưa vàothanh hoạt chấtthể khí (ví như carbonicCO2
hoặc He, Ne , Ar ) ta có tia lazetừ thể khí; đưavào đó arseniure (từ gallium)thì
có tialaze từ bán dẫn; đưa vào đó dung dịch các chất nhuộm mầu hữu cơ thìcho ta
laze lỏng;sử dụng oxy-iotvạnnăng ta có laze hoá học; rồi laze rắn v v Điều kỳ
diệu là tuỳ theohoạtchất màtạo ra những mầu sắckhác nhaulàm cho tia laze trở
nên lunglinh huyền ảo. Ví như tia lazetừ Helium-neoncho mầuđỏ; tia lazecủa
argoncho tamầu xanh đậm vàxanh lá cây.
Muốn có mầusắc của tia laze thích hợp, nhà sảnxuất phải cân chỉnh.Ví như Công
ty Điệntử Pioneerđã tăng hoặcgiảm tần số phát phổ sáng của loại laze thể rắn để
tìm rachùm tiaxanh màkháchhàng ưa thích, (thaotác cân chỉnhnày giốngnhư
dò giải tần sóngâm thanh để bắtđược tínhiệurõ nhất). Kể từ đó, laze có những
bướcphát triển vượtbậc. Người ta nhanhchóng phát minhra lazetừ excimere,nó
xuấthiện trongtia tử ngoại vàlàm ra laze phátđi trong tia hồngngoại mà mắt
thường không thể thấy được. Đây là một thứ rấtlợi hại, được các nhà quân sự tận
dụngtriệt để.Người ta dự đoán, cùng với bándẫn, lazesẽ là một trongnhững lĩnh
vực khoahọc và côngnghệ quan trọngvào bậc nhấtcủa thế kỷ XXI;Nhữngứng
dụngdưới đây của lazecho chúng ta thấytiềmnăng to lớnđó:
1/- ứngdụng lazevào trongcông nghiệp:
Các nhà công nghiệp đánhgiá rất cao tínhchấthội tụ cùng mậtđộ quangnăng lớn
của tialaze (độ hội tụ ấy lên tới hàng triệu Watt trên một cm2)với độ chính xác
đáng nể của nó. Nhưngnăng lựcthấucủa laze phụ thuộc vào môi trườngsử dụng.
Môitrường cungcấp cao khoảng20 kWhoặc hơn thì có thể sử dụng trongcông
nghiệp. Với môi trườngcông nghiệp thìlaze khítừ CO2 hoặc từ argon là sử dụng
thích hợp nhất.Người ta có thể thiếtkế lên những cỗ máy tự động sử dụng laze
công suất mạnh,kết nối với máy tính để điều khiển dùngtrongcác nhàmáy cơ khí
chínhxác. Những tia laze mầuxanh cóthể trở thành những giao tiện sắc bén, tiện
được, cắt, gọt được, quađó gia công được những chi tiết máy phức tạp,hoặc
những chi tiết máy siêu nhỏ. Tialaze cũng cóthể làm nên những “mũi giao khắc”,

có thể khắc hoặc khoét đủ hìnhdáng lên ống thép củacác nhàmáy hoá chất, hoặc
bồn chứa, ống dẫn dầu-khí, hoặc để cưa cắtmhững tấm thép hợpkimrất dầy (tới
20 mm)phục vụ công nghệ đóngtầu biển. Ngoài rađể phá những tầu đã quá niên
hạn, hoặc xe quân sự đã thanhlý đưavào lò luyện thép, phải dùng lazehoá học
công suất tới 100kW thì mới làm nổi. Hoặc để chạm khắc lênnhững vật liệu khác
như giấy carton,nhựa, gỗ laze cũng áp dụng để hàn đủ thứ kimloại(từ kim loại
mềm đếnkimloại cứng nhất mà ta cóthể gặp).
* Để phục vụ cho công nghiệp và nghiên cứu khoa học, người Ngađã sớmxâydựng
máyphátlazeở vùngngoạiô Matxcơvavớicôngsuất bướcđầulà1 MW. Đươc biết,
để khởi động cho máy phát này, người ta phải cắt điện trong một phạmvi rộng lớn
quanh vùng. Nhưng người Đứclại có cách nhìn thực tế vàthực dụng hơn, họ sớm
thiết lậpnhiều công ty cung cấpcôngnghệ laze,nhờ đó chiếm đến40% thị phần
mặthàng này trên thị trường thế giới, hàng năm sản xuất ra tới600 máy laze đáp
ứng mọi nhu cầu của nền côngnghiệp của nướcmình và theo đơnđặt hàng của
nhiều nước. Đặc biệt,có các máy gia côngsử dụngcôngnghệ lazethích hợp cho
những doanhnghiệp vừa và nhỏ. Nhữnghãng ôtô nổi tiếng như BMW hoặc
Peugeotdùng laze vào các rôbốt để đảm trách các côngđoạn:lắp ráp, hàn,
sơn nhữngthao tác của rôbốttrở nêncực kỳ chính xác, nhanh vàtiện lợi .
Để phục vụ cho các côngtrình công nghiệp như nhà máyđiện, những khuvực nhậy
cảm,những hệ thống viễn thông,ngườiPháp đã thiết lập hệ thốngthu lôibằng laze
tại SaintPrivat– d’Allier.Đó là vùng thường xẩy ra dông– sét về mùa hè. Hệ thống
này hợpthành“hàng rào” bảo vệ. Nhữngchùmtia laze được chiếu thẳngvào lúc
khởi đầu tia chớp cótác dụng như một ống mángđể dồn sét vàonơi ngườiđịnh
sẵn.
* Tronglĩnh vực côngnghiệp nhẹ, thươngmạivà viễn thông, lazeđược ứng dụng
vào các công đoạn cắt vải đạtđộ chínhxác cao, rà soát mã số sản phẩmcông
nghiệp, báo giá các mặt hàng cho người thungân lưu giữ vào máy, để phát hiện
tiền giả, để in bao bìsản phảm có độ nét cao, để đánh dấu nhữngsợi cable nhỏ
nhất trong công nghiệp điệntử, hayvẽ đường nét (theo thiết kế) lên nhữngvi
mạch laze cũng được dùng rộngrãi trong ngành viễn thông vínhư ngườiPháp và

Mỹ đã lập mạng liên lạc đường dài với nhautừ năm 1988,bằnghệ thống liên lạc
hồng ngoại laze nhờ sợi cáp quangdài chừng150 ngànkm vượtqua biển Đại Tây
Dương.Như vậy, tia laze đã được thuvào một sợi cáp quangrất mảnh (nhỏ hơn
sợi tóc) và được điều khiển bởi mộthệ thống phức tạp. Loại dây dẫn này có khả
năng chứanhiều thông tinhơn các loại dây dẫnkhácnhiều lần.Chỉ khoảng 4 sợi
lắp trong hệ thống xuyên đại dương có thể chuyển 40 ngàn cuộcnói chuyện cùng
một lúc. (Để đối chiếu, ta hãy nhớ lại rằng,hệ thống cápxuyên Thái Bình Dương
làm năm 1957 bằng dây đồngchỉ chuyểnđược 90 cuộc điện đàmcùng mộtlúc).
Việt Namcũng đã thamgia vàohệ thống cáp quanghiện đại này (trongchương
trìnhSea-Me-Wezgồm 32 nướctham gia). Hệ thống này, ngoài việc phụcvụ điện
tín, fax, điện thoại nócòn hỗ trợ đắc lựccho hệ thống Internettrên toàncầu.
2/- Lazephục vụ sứckhoẻ và cuôcsống văn hoá, tinh thần cho con người:
Ngườita có thể sử dụng các nguồn lazevới công suất khác nhau,vì rấtthuận tiện
trong việc sử dụng vào nhiều lĩnh vựckhác nhaucủa cuộcsống. Vínhư
Trongy học, ngườita sớm dùnglaze như một giao mổ, kết hợpvới nội soi nên tăng
thêmsự chính xáckhi điều trị bằng phẫu thuật ubướu lànhtínhcũng như ác tính
trong nội tạng của bệnh nhân.laze kết nối với máy tính có thể phẫu thuật mắt,
hoặc phẫu thuật thần kinh,tai mũi họng,hoặc khaithôngnhững mạch máu bị tắc
chínhxác và hiệu quả. Có thể dùng tia laze để đốt nhữngvết sắc tố ngoài da,tẩy vết
săm, hoặc tẩymụn
Trongvăn hoá,nghệ thuật, thể thao, nhờ độ phân giải cao, laze đã nhanh chóng
xâm nhập vào đĩa compactvà vidéo.Trong trườnghợp này ngườita dùngnhiều
đến laze xanhvì so với Laserđỏ thì laze xanh cóthể đọcđược nhiều tin hơn trên
cùng một khônggian ghi.Để chứa một cuốn phim vidéothời lượng 2 giờ,nếu dùng
laze xanhchỉ cần nén vào một đĩa CD là đủ, nhưng nếu dùng lazeđỏ phải cần đến 3
đĩa CD mới chứa hết. Ngày naytrong các buổi trình diễn nghệ thuật, thể thao, trong
công viên nước, trongvũ trường khôngthể thiếu nhữngánh sángkỳ diệunhiều
mầu sắc: xanh,đỏ, hồng, vàng, cam, tím của laze(xemhình-2) v v
3/- Laser dùng trong quân sự : Từ khi lazera đời, một thế hệ vũ khí mới xuất hiện,
chúng rất nguy hiểmcho loàingười, chỉ với những gì đã biết dưới đây đã nói lên

điều đó:
* Thời chiếntranh lạnh, người Ngađã có cơ sở nghiên cứu vũ khí lazerấtsớm ở
Smoliachkov(gần St. Petersburg),chínhhọ đã nêu lên nhiều ý tưởng vũ khí laze
hiện đại.Nhưngtừ 1990trở lại đây,khả năng tài chínhkhôngcho phép, do vậy
người Nga chỉ thựchiênđược mộtphầntham vọng của mình.
Mặtkhác họ rất kín đáo về lĩnhvực lazetrong quốc phòng. Người có công lớn
trong lĩnh vực mới này là Viện sĩ Fedo Bunkin.Ông đã được nhà nướctrao giải
thưởng về những ứng dụngquan trọng này.
* Còn người Mỹ, người Pháp đã và đangthànhlập nhà máy lazesiêu mạnh, để phục
vụ cho công nghiệp, kỹ nghệ vũ trụ Viện Nghiên cứuLawrenceLivermore
NationalLaboratory ở California (Mỹ)đã lắpđặt một máylaze thuộc loạilớn nhất
thế giới, siêu mạnh và siêu hiện đại trên diện tíchrộng bằng 2 sân bóng đá, với giá
1,8 tỷ USD. Nhưng giới thạo tinthì cho rằng: nóđể tạo thành nguồn điện như dòng
điện xuất hiện trong quátrinh phản ứng nhiệt hạch trên mặt trời để từ đó quan sát
quá trìnhphảnứng hạt nhân của hydro phụcvụ việc chế tạo và hoàn thiệnbom
kinh phí có sứcphá huỷ khủng khiếp. Cũngphảinói thêmrằng: Máy laze dù lớn
hay bé,đều có chungmộtnguyênlý tạo thành giống nhau, chỉ khác ở kích cỡ, công
suất năng lượng chođầu vào và phải giải quyết khâu làm lạnhcho tất cả hệ thống,
để làm lạnh, thườngphải nhờ vào nitơ lỏng.
Còn máy lazecủa người Phápđược đặt ở Bordeaux,chủ yếu dưới ngầm, được đầu
tư 1,5 tỷ USD.Theo họ, đó là để kích thích quá trìnhgây nổ trong việcthử bom
khinhkhí. Công việc trênsẽ được hoàn thành vào năm 2005.
Kể từ năm 1999, hãng Boeingcủa Mỹ đã sảnxuất và đã thử nghiệm bướcđầu loại
máy baycó trangbị vũ khí laze. Trên đó có buồng chứa6 máy laze hoáhọc và hệ
thống ống teleđường kính1,8mđể hội tụ và hướngtia laze vào mục tiêu.Máy laze
này được coi là một thứ súng, nhưng tínhnăng của súng này phụ thuộc vào khí
quyển. Được biết, nếu súngnày ở tầm cao 11ngàn km(tức là nơi khôngcònkhí
quyển nữa) thì tầm hiệu dụng củasúng là 300km. Nếuvượt quátầm nàythì tia
laze không đủ sức làm nóng chảy kimloại, nghĩa là khôngsát thương được mục
tiêu.

* Súng Laser dùng chobộ binh thườnghướngvào: làm thế nào vôhiệu hoá được
chiến binh của đối phương,cản trở sự triển khai vũ khí và phương tiện chiến tranh
của đối phương. Ví dụ, ta biếtrằng, hệ tiêu hoá của chúng ta luôn có tần số tự
nhiênkhoảng dưới 10 hertz. Dovậy vào nhữngnăm sau1960, người Mỹ đã chế tạo
ra “súng âm thanh trầm” có tần số tương ứng như vậy. Khi súnghướngvào bụng,
dạ dầy của đối phươngtạo ra sự cộng hưởng với biên độ tăng dần, làm cho đối
phươngbuồnnôn kèm theo chóngmặt,hoa mắt mà không sao cưỡng lại được.
Ngườitrúng loại “đạnâm thanh” đó tức khắc bị loại ra khỏi cuộc chiến. Cũng như
vậy, người ta đã dùng sóngradio xấp xỉ với sóng củanão người để gây rối loạn đầu
óc củađối phương.Những loại súngnày thường gọn nhẹ (chỉ bằng cây bút chì). Có
khi dùngtia lazelàm mù mắt của đối phương
Ngườita dùnglaze để chế tạora súngphun nhựa (lanceglu)phunvào đốiphương,
ngay tức khắcngười bị dính nhựa không cựa quây được (giốngnhư mạng nhện
bao bọclấy con ruồi), đến mức khôngthể sử dụng súng để chống trả được nữa,chỉ
chờ được cứu, hoặc chờ bị bắt. Vẫn biết rằng, không thiếu gì dungmôi hoà tan
nhựa, nhưnghoà tan đượcnhựa thì cũnghoà tancả tế bào da,nên lại bị bỏng nặng.
Hoặc có khi bơmvào đối phương “những bọt dầu nhớt” như bọt xà phòng.làm đối
phươngkhông nghethấygì v.v
* Ngoài ra, laze còn dùngđể đo khoảngcách các mục tiêuquân sự , biết được thời
gian đi và về của tia sángta dễ dàng tính rađược khoảng cách. Bằngcáchnày, các
nhà khoahọc đã dùng laze để đo khoảngcách từ trái đất tớimặt trăng một cách
chínhxác. Như trong cuộc chiến ở Irắc vừa qua, ngườiMỹ dùng laze để điều khiển
các tên lửa vàkích chonó nổ khi đã đến mụctiêu v.v
Quađây ta thấy, lazedùng trong quân sự là khá nguyhiểm. Nếu những nghiên cứu
của cácnước giầu nêu trên thành công thì trở thành mối lo ngại cho loài người.
Cũng phải nói thêm rằng, kể từ năm 1997,Bộ quốc phòngMỹ ngangnhiên xemxét
đạo luật “coi khoảng không giangần trái đất là vùngquyềnlợi củanước Mỹ” (!)
Một mặt, họ đẩy nhanhviệc phóng vệ tinh lên đây và dự kiến đến 2010 sẽ có 1.700
vệ tinh trên đó là của người Mỹ.Mặt khác, họ tăng cườngvũ khí lazeở trên vùng
này để bảo vệ “quyền lợi” của họ Vậy màvũ khí laze vẫn không có một tổ chức

nào, mộtcơ chế nào củacộngđồng quốctế để kiểm soát chúng.Phải chăng đó là
một tai hoạ khủng khiếpvẫn còn được cheđậy?./.