Laser – Wikipedia tiếng Việt

Ứng dụng của Laser trong không quân Hoa Kỳ Laser : màu đỏ ( Bước sóng 660 và 635 nm ), Xanh lá ( 532 và 520 nm ) và xanh tím ( 445 và 405 nm ) .

Laser (đọc là la-de, la-ze hoặc lây-dơ, lây-zơ) 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 thì trong một nguyên 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 ngoài sẽ có mức năng lượng cao hơn những electron ở phía trong. Khi có sự tác động vật lý hay hóa học từ bên ngoài, 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, hoàn toàn có thể ở dạng hỗn hợp khí, ví dụ He – Ne, hay dạng chất lỏng, tuy nhiên có độ bức xạ lớn nhất vẫn là tia laser tạo bởi những linh phụ 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 quét mã vạch, công cụ trình tự DNA, internet cáp quang, truyền tài liệu trong khoảng trống thiên hà, máy cắt, máy hàn, máy phẫu thuật laser, tẩy mụn ruồi, nhắm bằng laser. Trong quân đội laser được dùng để ghi lại, đo khoảng cách và vận tốc của tiềm năng. Trong vui chơi laser được sử dụng trong những sân khấu như hòa âm ánh sáng .
Laser He-NeLaser được phỏng theo maser, một thiết bị có chính sách tựa như nhưng tạo ra tia vi sóng hơn là những bức xạ ánh sáng. Maser tiên phong được tạo ra bởi Charles H. Townes và sinh viên tốt nghiệp J.P. Gordon và H.J. Zeiger vào năm 1953. Maser tiên phong đó không tạo ra tia sóng một cách liên tục. Nikolay Gennadiyevich Basov và Aleksandr Mikhailovich Prokhorov của Liên bang Xô viết đã thao tác độc lập trên nghành nghề dịch vụ lượng tử giao động và tạo ra mạng lưới hệ thống phóng tia liên tục bằng cách dùng nhiều hơn hai mức nguồn năng lượng. Hệ thống đó hoàn toàn có thể phóng ra tia liên tục mà không cho những hạt xuống mức nguồn năng lượng thông thường, do đó vẫn giữ tần suất. Năm 1964, Charles Townes, Nikolai Basov và Aleksandr Prokhorov cùng nhận phần thưởng Nobel vật lý về nền tảng cho nghành điện tử lượng tử, dẫn đến việc tạo ra máy giao động và phóng đại dựa trên thuyết maser-laser .Laser hồng ngọc, một laser chất rắn, được tạo ra lần tiên phong vào năm 1960, bởi nhà vật lý Theodore Maiman tại phòng 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 .Robert N. Hall tăng trưởng laser bán dẫn tiên phong, hay điốt laser, năm 1962. Thiết bị của Hall thiết kế xây dựng trên mạng lưới hệ thống vật tư gali – asen và tạo ra tia có bước sóng 850 nm, gần vùng quang phổ tia hồng ngoại. Laser bán dẫn tiên phong với tia phát ra hoàn toàn có thể thấy được được tọa lạc tiên phong cùng năm đó. Năm 1970, Zhores Ivanovich Alferov của Liên Xô và Hayashi và Panish của Phòng thí nghiệm Bell đã độc lập tăng trưởng điốt laser hoạt động giải trí liên tục ở nhiệt độ trong phòng, sử dụng cấu trúc đa liên kết .

1) Buồng cộng hưởng (vùng bị kích thích)
2) Nguồn nuôi (năng lượng bơm vào vùng bị kích thích)
3)
4) Cấu tạo cơ bản và chính sách hoạt động giải trí của laser. 1 ) Buồng cộng hưởng ( vùng bị kích thích ) 2 ) Nguồn nuôi ( nguồn năng lượng bơm vào vùng bị kích thích ) 3 ) Gương phản xạ toàn phần4 ) Gương bán mạ ↵ 5 ) Tia laserNguyên lý cấu trúc chung của một máy laser gồm có : buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, nguồn nuôi và mạng lưới hệ thống dẫn quang. Trong đó buồng cộng hưởng với hoạt chất laser là bộ phận đa phần .Buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, đó là một chất đặc biệt quan trọng có năng lực 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 những photon khi bay tới, mặt kia cho một phần photon qua một phần phản xạ lại làm cho những hạt photon va chạm liên tục vào hoạt chất laser nhiều lần tạo tỷ lệ photon lớn. Vì thế cường độ chùm laser được khuếch đại lên nhiều lần. Tính chất của laser phụ thuộc vào vào hoạt chất đó, do đó người ta địa thế căn cứ vào hoạt chất để phân loại laser .

Nguyên lý hoạt động giải trí[sửa|sửa mã nguồn]

Video lý giải sự phát xạ kích thích và nguyên tắc hoạt động giải trí của laserMột ví dụ về nguyên tắc hoạt động giải trí của laser hoàn toàn có thể miêu tả cho laser thạch anh :

• Dưới sự tác động của hiệu điện thế lớn, các electron của thạch anh di chuyển từ mức năng lượng thấp lên mức năng lương cao tạo nên trạng thái nghịch đảo mật độ tích lũy của electron.
• Ở mức năng lượng cao, một số electron sẽ rơi ngẫu nhiên xuống mức năng lượng thấp, giải phóng hạt ánh sáng được gọi là photon.
• 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 ngoài nhờ có gương bán mạ tại một đầu của vật liệu. Tia sáng đi ra chính là tia laser.

Laser chất rắn[sửa|sửa mã nguồn]

Có khoảng chừng 200 chất rắn có năng lực dùng làm thiên nhiên và 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% neodymi, có bước sóng 1060 nm 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 crom, có bước sóng 694,3 nm thuộc vùng đỏ của ánh sáng trắng.
• Bán dẫn: loại thông dụng nhất là diot Gallium Arsen có bước sóng 890 nm thuộc phổ hồng ngoại gần.

Laser chất khí[sửa|sửa mã nguồn]

• He-Ne: hoạt chất là khí heli và neon, có bước sóng 632,8 nm 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 514,5 nm.
• CO2: bước sóng 10.600 nm 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[sửa|sửa mã nguồn]

Môi trường hoạt chất là chất lỏng, thông dụng nhất là laser màu .

• 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 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.

Các chính sách hoạt động giải trí[sửa|sửa mã nguồn]

Laser hoàn toàn có thể được cấu trúc để hoạt động giải trí ở trạng thái bức xạ sóng liên tục ( hay CW – continuous wave ) hay bức xạ xung ( pulsed operation ). Điều này dẫn đến những độc lạ cơ bản khi thiết kế xây dựng hệ laser cho những ứng dụng khác nhau .

Chế độ phát liên tục[sửa|sửa mã nguồn]

Trong chính sách phát liên tục, hiệu suất của một laser tương đối không đổi so với thời hạn. Sự đảo nghịch tỷ lệ electron thiết yếu cho hoạt động giải trí laser được duy trì liên tục bởi nguồn bơm nguồn năng lượng đều đặn .

Chế độ phát xung[sửa|sửa mã nguồn]

Trong chính sách phát xung, hiệu suất laser luôn biến hóa so với thời hạn, với đặc trưng là những quá trình ” đóng ” và ” ngắt ” được cho phép tập trung chuyên sâu nguồn năng lượng cao nhất hoàn toàn có thể trong một thời hạn ngắn nhất hoàn toàn có thể. Các dao laser là một ví dụ, với nguồn năng lượng đủ để cung ứng một nhiệt lượng thiết yếu, chúng hoàn toàn có thể làm bốc hơi một lượng nhỏ vật chất trên mặt phẳng vật mẫu trong thời hạn rất ngắn. Tuy nhiên, nếu cùng nguồn năng lượng như vậy nhưng tiếp xúc với vật mẫu trong thời hạn dài hơn thì nhiệt lượng sẽ có thời hạn để xuyên sâu vào trong vật mẫu do đó phần vật chất bị bốc hơi sẽ ít hơn. Có rất nhiều giải pháp để đạt được điều này, như :

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 công 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. (Xem thêm An toàn laser).

Ứng dụng của laser[sửa|sửa mã nguồn]

Laser ứng dụng trong điều trị bệnh da liễuVào thời gian được ý tưởng năm 1960, laser được gọi là ” giải pháp để tìm kiếm những ứng dụng “. Từ đó, chúng trở nên phổ cập, tìm thấy hàng ngàn tiện ích trong những ứng dụng khác nhau trên mọi nghành của xã hội tân tiến, như phẫu thuật mắt, hướng dẫn phương tiện đi lại trong tàu khoảng trống, trong những phản ứng tổng hợp hạt nhân … Laser được cho là một trong những ý tưởng có tác động ảnh hưởng nhất trong thế kỉ 20 .

Ích lợi của laser đối với các ứng dụng trong khoa học, công 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 nanômét đối với laser dùng ánh sáng. Tính chất này cho phép laser có thể lưu trữ vài gigabyte thông tin trên các rãnh của DVD. Cũng là điều kiện cho phép laser với công 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 quá trình nhân đôi tần số, phóng ra tia sáng xanh tại bước sóng 523 nm với công 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 hoàn toàn của tia laser trong giới hạn nhiễu xạ là rất khó. (Xem thêm Ứng dụng của laser)

Tia sáng laser với cường độ cao hoàn toàn có thể cắt thép và những sắt kẽm kim loại khác. Tia từ laser thường có độ phân kì rất nhỏ ( độ chuẩn trực cao ). Độ chuẩn trực tuyệt đối là không hề tạo ra, bởi số lượng giới hạn nhiễu xạ. Tuy nhiên, tia laser có độ phân kỳ nhỏ hơn so với những 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 tròn đường kính khoảng chừng 1 dặm ( 1,6 kilômét ). Một vài laser, đặc biệt quan trọng là với laser bán dẫn, có với size nhỏ dẫn đến hiệu ứng nhiễu xạ mạnh với độ phân kỳ cao. Tuy nhiên, những tia phân kỳ đó hoàn toàn có thể quy đổi về tia chuẩn trục bằng những thấu kính quy tụ. Trái lại, ánh sáng không phải từ laser không hề làm cho chuẩn trực thuận tiện bằng những thiết bị quang học, vì chiều dài đồng pha ngắn hơn rất nhiều so với tia laser. Định luật nhiễu xạ không vận dụng khi laser được truyền trong những thiết bị dẫn sóng như sợi thủy tinh. Laser cường độ cao cũng tạo nên những hiệu ứng mê hoặc trong quang học phi tuyến tính .Máy đo khoảng cách bằng laser trong quân sự chiến lược là loại thiết bị quan trọng. Có nhiều loại khác nhau : máy đo cự ly hàng không, máy đo cự ly xe tăng, máy đo cự ly xách tay … Máy đo cự ly hàng không đo đúng mực cự ly từ máy bay đến tiềm năng trên mặt đất, nâng cao độ trúng đích khi ném bom. Nguyên lý hoạt động giải trí : đo khoảng chừng thời hạn chênh lệch giữa xung laser phát ra và xung phản hồi về rồi nhân với vận tốc ánh sáng ( ≈ 3.108 m / s ), lấy tác dụng chia 2, được cự ly cần đo .Rada laser có độ đúng mực cao hơn rada thường thì, hoàn toàn có thể hướng dẫn hai tàu ngoài hành tinh ghép nối đúng chuẩn trên khoảng trống. Máy bay chiến đấu bay ở tầm siêu thấp, nếu trang bị rada laser hoàn toàn có thể né đúng chuẩn tổng thể chướng ngại vật, kể cả đường dây điện. Tuy nhiên, những thiết bị laser đều chịu ảnh hưởng tác động 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 đuôi có lắp mạng lưới hệ thống lái điều khiển và tinh chỉnh sẽ tự động hóa tìm kiếm và đánh trúng tiềm năng .La bàn laser sửa chữa thay thế la bàn đại trà phổ thông, để đo vị trí 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 thế giới. Ngoài ra, chùm tia laser còn làm náo nhiệt không khí liên hoan .Trong đo lường và thống kê công nghiệp, tia laser được sử dụng trong những máy đo quét laser để xác lập những tọa độ 3D của vật thể, nhằm mục đích giám sát size, khoảng cách .Tia laser còn được dùng làm vũ khí, tuy chưa được phổ cập. Được chia làm hai loại : Vũ khí laser hiệu suất thấp làm loá mắt đối phương, dùng trong tác chiến gần, khoảng cách chỉ vài km, trời mưa mù khoảng cách còn ngắn hơn, hoàn toàn có thể xách tay, lắp trên xe tăng, máy bay trực thăng. Vũ khí laser nguồn năng lượng cao dùng chùm tia laser cực mạnh chiếu đến một điểm trên tiềm năng, dừng lại một thời hạn ngắn để vật tư chảy ra hoặc khí hoá. Chùm tia laser mạnh hoàn toàn có thể phá huỷ đường điện, gây cháy thùng nguyên vật liệu trong máy bay, gây nổ đạn đạo. Lắp đặt trên mặt đất, trên tàu, máy bay, vệ tinh, có vận tốc nhanh, đúng chuẩn cao, không cần thuốc mồi, không sinh lực đẩy phía sau, không tạo ô nhiễm nên nó là loại vũ khí ” thật sạch “. Vũ khí laser lắp ráp trên vệ tinh hoàn toàn có thể bắn hạ tên lửa đạn đạo và vệ tinh đối phương .Theo dự trù, để phá huỷ tên lửa đạn đạo cách xa 1000 km cần nguồn năng lượng laser 20000 KW và kính phản xạ đường kính 10 m với thời hạn chiếu xạ 1 giây. Đầu những năm 90, Mỹ hoàn toàn có thể tạo ra tia laser nguồn năng lượng 5000 KW. Tuy vẫn còn một khoảng cách khá xa nhưng trong tương lai, vũ khí laser sẽ trở thành công cụ cuộc chiến tranh lợi hại và là cuộc đua công nghệ tiên tiến của những cường quốc trên quốc tế .Trong y học, laser hiệu suất thấp được sử dụng trong vật lý trị liệu để gây hiệu ứng sinh học, [ 1 ] và laser hiệu suất lớn gây hiệu ứng đốt dùng trong điều trị thoát vị đĩa đệm cột sống. [ 2 ]

Các nhầm lẫn[sửa|sửa mã nguồn]

Sự hiện diện của laser trong các tác phẩm khoa học viễn tưởng, hay phim hành động, cũng như lời bình phẩm nói chung dẫn đến các suy nghĩ sai lầm. Ví dụ, trái với những gì xuất hiện trên phim như Star Wars, tia laser không bao giờ nhìn thấy trong chân không, vì chân không không có tán xạ ánh sáng. Trong không khí, tia laser có thể va chạm với bụi hay vật cản trên đường và bị tán xạ, tạo ra các tia lóe sáng; tương tự như ánh nắng mặt trời tỏa sáng trong môi trường bụi. Kĩ xảo dùng hạt bụi được ứng dụng làm tia laser có thể nhìn thấy, như trong mục đích chụp ảnh, bằng cách tăng số lượng các hạt bụi trong không khí, chẳng hạn dùng bình xịt thơm.

Tia laser với cường độ cao hoàn toàn có thể nhìn thấy trong không khí nhờ vào tán xạ Rayleigh hay tán xạ Raman. Với những tia có cường độ cao hơn, tập trung chuyên sâu tại một điểm nhỏ, không khí hoàn toàn có thể bị nung lên đến trạng thái plasma, do đó laser hoàn toàn có thể được thấy nhờ bức xạ từ plasma này. Tuy nhiên sự tăng áp suất bất thần khi không khí bị nóng nhanh hoàn toàn có thể tạo ra tiếng nổ lớn, và tạo ra sự phản hồi của tia laser làm hư thiết bị ( tùy vào phong cách thiết kế của laser ) .

Trong phim khoa học viễn tưởng, các hiệu ứng đặc biệt thường miêu tả các vũ khí laser truyền đi vài mét trong một giây, trái với thực tế là tia laser di chuyển với vận tốc ánh sáng, nhanh đến mức không thể thấy sự di chuyển của tia laser.

Một vài cảnh phim miêu tả mạng lưới hệ thống bảo đảm an toàn sử dụng laser đỏ, hoàn toàn có thể được vô hiệu bởi những nhân vật bằng việc là sử dụng gương, khi người này nhìn thấy tia laser bằng cách rải những bụi trắng vào không khí. Thực tế thì mạng lưới hệ thống bảo đảm an toàn hoàn toàn có thể dùng tia laser hồng ngoại hơn là tia laser thấy được .

Liên kết ngoài[sửa|sửa mã nguồn]

Source: https://sangtaotrongtamtay.vn
Category: Công nghệ