SƠ LƯỢC VỀ LASER

I. LASER: (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)

• CẤU TẠO CHUNG CỦA LASER 
      +) Có cấu tạo cơ bản gồm :

  

  1. Buồng cộng hưởng (vùng bị kích thích)
  2. Nguồn nuôi (năng lượng bơm vào nguồn kích thích)
  3. Gương phản xạ toàn phần (100%)
  4. Gương bán mạ (95-97 %)
  5. Tia laser
  
• NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
      +) Dựa trên hiện tượng phát xạ cảm ứng (phát xạ kích thích)
  - 1 nguyên tử đang ở trạng thái kích thích, sẵn sàng phát ra photon có năng lượng ε, mà bắt gặp 1 photon ε' có năng lượng đúng bằng ε bay qua nó, thì lập tức nguyên tử cũng phát ra photôn ε (có cùng năng lượng) và bay cùng phương với photon ε'. 2 sóng điện từ ứng với 2 photon ε và ε' là 2 sóng kết hợp. Nhờ đó tạo ra chùm sáng song song có cường độ mạnh.

  

  Hiện tượng phát xạ cảm ứng. Xem video
• TÍNH CHẤT
      +) Tính đơn sắc cao (Monochromaticity):
  

  

  Không bị tán sắc khi qua lăng kính

       +) Tính kết hợp cao (Coherence):

  

  Các photon trong chùm có cùng tần số, cùng pha

      +) Tính định hướng cao (Directionality): là các chùm sáng song song chiếu xa hàng nghìn km mà không bị phân tán.
  - Phép đo khoảng cách bằng laser là phép đo khoảng cách chính xác nhất mà con người từng thực hiện. Chiếu chùm laser từ Trái Đất lên Mặt Trăng thì trên bề mặt Mặt Trăng chùm tia rộng 6,5 km và khá yếu nhưng đủ để các nhà KH đo được. Đa số các chùm sáng ta thấy đều bị phân tán nhanh chóng khi chiếu ra không khí.

  

  Phép đo được thực hiện thành công lần đầu vào năm 1962
  Khoảng cách TB giữa TĐ và MTrăng là 384,467 km
  Ảnh Apollo 14 Lunar Ranging Retro Reflector (LRRR).

  

  Phép đo sử dụng công thức cơ bản :
  (tốc độ ánh sáng * thời gian phản xạ)/2
  (Ảnh minh hoạ)

      +) Cường độ lớn (High Intension) : Các bút laser chúng ta thường sử dụng chỉ có công suất dưới 5mW để đảm bảo an toàn. Tuy nhiên, công suất của một tia laser có thể lên tới :
  - Laser rubi hồng ngọc có công suất 10⁶ W/cm² .
  - Laser thuỷ tinh pha nêođim (Nd) có thể đạt công suất 20 tỉ W mỗi xung.
  - Laser mạnh nhất từng được con người chế tạo có công suất 2 petawatt (2 ngàn triệu triệu oát) nhưng chỉ tồn tại được trong 1 phần nghìn tỉ giây và cổ máy của nó dài 100m do các chuyên gia Nhật Bản chế tạo tại đại học Osaka. Trước đó, "danh hiệu" này thuộc về các nhà KH Mỹ với laser công suất 1 petawatt.

  

  Cổ máy dài 100m do các chuyên gia Nhật Bản chế tạo

• CÁC LOẠI LASER
      +) Laze rắn (Solid-state Lasers) : có khoảng 200 chất rắn có khả năng dùng làm môi trường hoạt chất laser. Trong đó, có :
  - Laser rubi hồng ngọc (694,3 nm - màu đỏ) : Hồng ngọc là oxit nhôm pha lẫn crôm, trong đó màu đỏ của laser là do ion Cr6+ phát ra. 

  

  Cấu tạo laser ruby hồng ngọc
  Xem video nguồn nuôi của loại laser này (Ruby laser flashlamp) và video trong quá trình laser hoạt động

  - Laser thuỷ tinh pha nêođim: xem video cấu tạo
  - Laser kim cương (khoảng 1240 nm - hồng ngoại) : dùng kim cương để tập trung laser và đang được các nhà KH nghiên cứu phát triển. Loại laser này có công suất khoảng 380 W, mạnh hơn 400,000 loại bút laser thường (có công suất dưới 5mW), có thể cắt được thép.

  

  Kim cương nhân tạo phải hoàn hảo về mặt quang học

  

  Hệ thống laser kim cương vừa phát triển

      +) Laze khí :
  - Laser He-Ne (632,8 nm): dùng làm laser nội mạch, kích thích mạch máu.
  - Laser Argon (488 nm và 514,5 nm): có hoạt chất là khí Argon
  - Laser khí CO2 (1060 nm - hồng ngoại xa) : công suất phát xạ có thể lên tới megawatt (MW). Trong y học dùng làm dao mổ.
      +) Laze bán dẫn (được dùng phổ biến nhất hiện nay) :
  - Laser Gallium Arsen (890 nm - hồng ngoại gần): sử dụng trong bút chiếu bảng thuyết trình.

  

  Bút chiếu bảng laser. Xem video nguyên tắc hoạt động

• MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA LASER
       +) Trong y học : phẫu thuật mắt, dao mổ, chữa các bệnh về da, chăm sóc da, ... 

  

  Phẫu thuật mắt bằng công nghệ lasik : video 1 ; video 2
  Chăm sóc, tái tạo da bằng tia laser : xem video 

      +) Thông tin liên lạc vô tuyến : truyền thông bằng cáp quang, vô tuyến định vị, điều khiển tàu vũ trụ.

  

  Truyền thông tin bằng laser đang là công nghệ truyền thông của tương lai, kể cà NASA và FACEBOOK

      +)Trong các đồ đọc hoặc ghi lên đĩa CD :
  

  

  Đọc và ghi dữ liệu lên đĩa CD

       +) Khoan, cắt, tôi,... chính xác vật liệu :
  

  

  Gia công bằng tia laser rất chính xác. Xem video

      +) Chống trộm :

  

  Laser dùng trong các phòng bảo mật

      +) Dùng trong máy in mới :

  

  Máy in màu hiện đại sử dụng công nghệ laser.
  Xem video nguyên lý hoạt động

     +) Trong nghệ thuật :
  - Trình diễn, show diễn bằng tia laser đẹp mắt :

  

  Buổi trình diễn bằng laser. Xem video

  - Tạo ảnh 3 chiều hologram bằng tia laser :

  

  Nguyên lý tạo ảnh hologram bằng tia laser. Xem video
  Hologram tại các buổi trình diễn : xem video
  Ngoài ra có thể tạo hologram cho smartphone không cần laser
  video 1 ; video 2

       +) Trong quân sự :
  - Mỹ đã phát triển thành công tên lửa được điều khiển bằng tia laser.
  - Chùm tia laser 50000 W đủ để hạ máy bay không người lái ở cách đó 1,6 km :
  

  

  Súng laser là vũ khí của tương lai. Xem video

II. CÓ THỂ GIẾT NGƯỜI BẰNG TIA LASER KO ?

    +) Những bút laser thông thường chỉ có công suất dưới 5mW. Rebecca Thompson, thành viên của Hội Vật lý Hoa Kì cho biết để có thể đốt cháy mô não, bạn sẽ cần một công suất tới 1kW, tức chúng ta cần ghép tới 200000 chiếc bút laser lại (lớn bằng 1 chiếc otô) và nạn nhân phải ngồi yên lặng và mở mắt.

Những bút laser thông thường chỉ có công suất dưới 5mW

    +) Tuy nhiên, chỉ cần chiếu 1 cây bút laser (có công suất thấp) vào mắt người cũng đủ gây 1 vết cháy tập trung, phá huỷ các tế bào mắt vĩnh viễn, thậm chí gây mù..

III. VÀI NÉT VỀ LỊCH SỬ :
    +) Năm 1917, Elbert Einstein đề xướng lý thuyết phát xạ cảm ứng (phát xạ kích thích)   
    +) Năm 1960, Theodore Maiman (nhà vật lý và kĩ sư ng Mỹ ) chế tạo laser đầu tiên, đó là laser rubi hồng ngọc.
    +) Năm 1962, Robert N. Hall phát triển laser bán dẫn đầu tiên, hay laser diod (gali-arseni).