Tài liệu Đáp án đề cương LASER pot

-> Tính chất nổi bật của các photon phát ra trong quá trình phát xạ kích thích :  Độ định hướng cao: tia laser phát ra hầu như là chùm song song do đó khả năng chiếu xa hàng nghìn km m

Đáp án đề cương LASER

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

â ế .7

1 Laser là gì ? 7

2 7

3

ê .7

4

.7

5

.7

6 8

7 ê

.8

8

9

9 ê

ê 10

10 môi ch 10

11 t m è ê è i tóc vào bu ng c ng có th t o nên m t ngu c không 10

12

10

13

11

14

11

15

11

16 Vai trò c a khí He và N trong laser HeNe và CO 2 là gì 12

17 Bu c t i g i là bu ng c ng 12

18 ê ng ho u trong bu ng c ng ng Có m y d ng bu ng c ng 13

19 Vì sao nói hi ng c ng trong bu ng c ng quang h c là c ng ng ch n l c Hi ng c ng x nào 13

20 Vì sao nói hi ng c ng ch n l c quy ịnh các tính ch t c a tia laser 14

21 Ph phát x c a môi ch t laser là ph liên t c hay là ph v ch, gi i thích vì sao. 14

22 Ph phát x c a tia laser là ph liên t c hay là ph v ch, gi i thích vì sao 14

23 Khi chi u dài c a bu ng c i thì s v ch ph phát x c a tia nào 14

24 Khi môi ch t laser có th phát x ng thời nhi c sóng, trình bày các laser chỉ phát ra m c sóng 14

25 M t d c và m t ngang c a tia laser là gì Nó n nh ng tính ch t nào c a tia laser ? 16

26 Tia laser có nh ng tính ch t n i b t nào khác bi t v i nh ng ngu n sáng khác Gi i thích nh ng nguyên nhân làm cho ngu n sáng laser có nh ng tính ch 17

27 c sóng mà laser phát ra không ịnh Nêu gi i pháp ị c ờng 17

28 ê c c a laser khí và laser bán dẫn 17

29 Mô t c u t o chung c a laser HeNe, CO 2, Rubi, bán dẫn 17

30 Trình bày nguyên lý ho ng c a laser HeNe, CO 2, Rubi, bán dẫn 18

31 B c sóng c a laser HeNe, CO 2, Rubi, bán dẫn GaAs là bao nhiêu 22

32 Các chi ti t quang h c trong ngu n sáng laser là nh ng chi ti ? ng i v i nh ng chi ti nào? 22

33 Yêu c u kỹ thu t khi làm s ch các chi ti nào? 23

34 Khi làm vi c v i ngu ời có th g p nh ng lo i nguy hi m? 24

35 Vì sao tác h i c ê ời ph thu c vào công su t , c sóng và thờ ng? 24

36 ị ịnh an toàn v laser là phòng ng a không cho tia ê ờ ỡng nguy hi m ch không ph i kh c ph c tác h i? 25

37 ịnh v an toàn laser có ph i là các k t qu chính xác v tác h i c a tia i v ời không, gi i thích vì sao? 26

38 chuẩn ANSI ZI 36.1-2007 phân lo i laser theo 4 c nguy hi m?26 39 M nguy hi m c a 4 c p phân lo i v ờ nào?26 40 Các bi n pháp an toàn c n áp d i v i 4 c nguy hi m c a laser? 27

41 i n nh t song hi u qu l i l n nh t Có th dùng m t lo i kính an toàn cho m i lo c không, gi i thích vì sao? 29

42 Khi s d ng ngu n sáng laser có th có nh i v i ời Gi i thích vì sao? 29

43 Lo ng giác m c và lo ng võng m c? 30

44 Vì sao m t ngu n sáng laser không gây b ng giác m c song l i có th gây h ng võng m c? 30

45 Trình bày nguyên lý c u t o và ho ng c a laser HeNe? 31

46 Laser HeNe có th ng thờ c m c sóng Có các gi i pháp gì laser HeNe chỉ phát ra m ? 32

47 Vì sao nói laser He-Ne là laser nguyên t ? 33

48 Trình bày nguyên lý c u t o và ho ng c a laser CO 2 ? 33

49 Vì sao g i laser CO 2 là laser phân t Ư m c a laser phân t là gì? 34

50 Vì sao g i laser CO 2 là laser phân t Ư m c a laser phân t là gì 35

51 Trình bày nguyên lý c u t o và ho ng c a laser Rubi 35

52 G n x c a laser Rubi có c u t nào 35

53 Vì sao không th ch R c l n 35

54 Trình bày nguyên lý c u t o và ho ng c a laser bán dẫn GaAs 36

55 Nguyên lý t o nghị o m t kích thích trong laser bán dẫn x

th nào 36

56 Vì sao lo i laser bán dẫn có góc m c c l n 36

57 Hai chùm sáng giao thoa v i nhau ph i th a mãn nh u ki n gì 37

58 Trình bày nguyên lý c u t o và ho ng c a giao thoa k ngu dài và dịch chuy n 37

59 Ả ê ê ng gì.37

60 Khi dị n l i t m chia chùm tia laser thì vân giao thoa dịch chuy n nào 37

61 Khi dịch chuy ng trong giao thoa k t kho ng b ng n a

c sóng c a tia laser thì nh vân giao thoa dịch chuy ng b ng bao nhiêu 38

62 c N xung trên c m bi n c a giao thoa k ịch chuy c m t kho ng cách là bao nhiêu 38

63 nguyên lý c a giao thoa k laser d ê c n

ph i s d ng 2 c m bi n 38

64 Vì sao nói giao thoa k ê chính xác

ph thu ờ c a tia laser 39

65 R ng c ờ ng th n kh c c a giao thoa k ịch chuy dài 39

66 ng c a giao thoa k laser dịch chuy n v i v n t c V, tín hi u

69 R ng c ờ ng th chính xác c é

b ng giao thoa k laser 40

70 ê m c nhám b phân toàn ph n và b ng giao thoa k 40

71 ê b ng giao thoa k vòng v i tia laser 40

72 Nguyên lý c bi i kho ng cách b ng tia laser theo tam ng 40

73 Tính kho c b ời gian phát và thu nh Δ 41

74 Trình bày nguyên lý c ê ng b m t v i tia laser d ng t

83 Nêu gi gi m ng c a h s ph n x cao c a b m t v t li u.45

8 Đ u ki phân bi t t dịch chuy n th p ho c cao khi c t v t li u b ng tia laser 46

85 Tính nhi khi c t v t li u b ng tia laser t dịch chuy n th p 46

86 Tính nhi khi c t v t li u b ng tia laser t dịch chuy n cao 46

87 Tính nhi khi c t v t có chi u dày m ng d b ng tia laser 46

88 Khi c t vât li u b ng tia laser có s d ng khí ô xy và ỗ tr có nh

m gì 46

89 Đ r ng v t c t và v n t c c t ph thu c th nào v i công su t c a tia laser.47

90 Khi c t vât li u phi kim b ng tia laser khác b nào so v i khi c t v t li u kim lo i 48

91 V t li m gì gi ng và khác nhau khi

c t b ng laser 48

92 Khoan lỗ chi ti t máy b ng tia laser có nh m gì so v i gia công

b ũ i 48

93 Hình d ng lỗ khoan b m gì S sai l ch vị trí h i t trên b

m t chi ti t gia công t o ra các d nào: 49

94 Tính chi ờng kính lỗ khoan: 50

95 Tính chi u sâu l n nh ờng kính l n nh t c a lỗ khoan có th c

51

96 Đ m c a quá trình hàn v t li u b ng tia laser 51

97 Đ sâu m i hán ph thu c vào nh ng y u t nào: 51

98 Vì sao có th hàn các v t li u b ng tia laser trong chân không ho ờng khí b o v : 52

99 Vì sao có th hàn các v t li u và các m i hàn khó hàn b ng tia laser: 52

100 Tôi v t li u b ng tia laser có nh m gì 53

101 Phân bi t s gi ng và khác nhau gi a gia công các hình d ng b m t b ng tia laser theo công tua và theo m t n 53

âu tr ết t t u t s r tr

1 Laser là gì ?

-> Laser(đọc làla-de) là tên viết tắt của cụm từ Light Amplification

byStimulated Emission of Radiationtrong tiếng Anh, và có nghĩa là "khuếch đại ánh sángbằngphát xạ kích thích"

2

-> Vì 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

3

-> Vì sóng điện từ của một phô tôn ánh sang chỉ dao động theo một phương xác định nên được gọi là ánh sáng phân cực thẳng hay ánh sáng phân cực toàn phần

-> Ánh sáng tự nhiên có thể coi là tập hợp của vô số ánh sáng phân cực toàn phần nên dao động đều đặn theo tất cả mọi phương vuông góc với tia sáng, tức là sóng của ánh sáng tự nhiên phân cực tròn

4

-> Điều kiện : Photon tác động lên điện tử có hiệu mức năng lượng dịch chuyển cho phép có hiệu năng lượng tương ứng năng lượng của photon thì sẽ xảy ra bức xạ kích thích Đây là điều kiện của quá trình phát xạ kích thích

-> Mức năng lượng dịch chuyển cho phép của hạt bị kích thích phải phù hợp với phô tôn Đây là điều kiện của quá trình phát xạ kích thích

5 Pho

-> Phô tôn phát ra trong quá trình kích thích có cùng tần số, biên độ, pha, hướng và trạng thái phân cực như phô tôn kích thích.Phô tôn kích thích không bị biến đổi và giữ nguyên trạng thái ban đầu

-> Tính chất nổi bật của các photon phát ra trong quá trình phát xạ kích thích :

 Độ định hướng cao: tia laser phát ra hầu như là chùm song song do đó 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

-> Cấu tạo cơ bản của một nguồn sáng laser :

+ Môi chất Laser: Tuỳ loại hoạt chất khỏc nhau mà môi trường hoạt chất khác nhau + Bộ cộng hưởng : Khuyếch đại bức xạ laser

+ Bơm Laser: Cung cấp năng lượng cho hoạt chất laser để tạo nghịch đảo mức năng lượng

8

-> Môi chất laser: là chất làm môi trường phát xạ bức xạ kích thích của tia laser Môi

chất laser cần có các hiệu mức năng lượng tương ứng có khả năng dịch chuyển lượng tử cho phép ứng với tần số laser cần phát và phải trong suốt đối với bước sóng của bức xạ laser

 Hồng ngọc (Rubi): hoạt chất là tinh thể Alluminium có gắn những ion chrom, có bước sóng 694,3nm thuộc vùng đỏ của ánh sáng trắng

 Bán dẫn: loại thông dụng nhất là diot Gallium Arsen có bước sóng 890nm thuộc phổ hồng ngoại gần

Laser chất khí

 He-Ne: hoạt chất là khí Heli và Neon, có bước sóng 632,8nm 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 514,5nm

 CO2: bước sóng 10.600nm 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

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

9 2 3 4

-> Môi chất laser 2, 3, 4 mức là môi chất laser có số các mức năng lượng lần lượt là 2,3,4

 Môi chất laser 2 có 2 mức năng lượng : quá trình hấp thụ và phát xạ là một quá trình thuận nghịch nên nhanh chóng xảy ra bão hoà mật độ tích lũy trên hai mức laser trên và dưới

 Môi chất laser 3 có 3 mức năng lượng : Tần số bơm của laser 3 mức thường gần gấp đôi tần số laser phát xạ nên hiệu suất sẽ thấp Đa số các laser rấn là laser 3 mức

 Môi chất laser 4 có 4 mức năng lượng : Do có nhiều mức năng lượng nên hiệu suất bơm của loại laser này là cao nhất Các laser khí thường là laser 4 mức

10

-> Việc chọn môi chất laser cần chú ý đến hiệu suất hấp thụ khi bơm và khả năng phát xạ của bước sóng laser

11 è è

-> KHÔNG

12

-> Chất nền trong nguồn sáng laser sử dụng trong laser rắn Chất nền là chất cơ bản

sẻ không tham gia trực tiếp vào quá trình tạo bức xạ laser Chất nền có thể là đơn tinh hoặc vô định hình và có chứa các nguyên tử hoặc ion của chất kích hoạt

-> lý do sử dụng chất nền trong nguồn sáng laser :

 Đảm bảo hệ số phản xạ cần thiết cho nguồn sáng laser

 Khử những dao động ký sinh do phản xạ ở mặt xung quanh

 Đảm bảo độ bền của môi trường hoạt tính

 Đảm bảo tiêu hao nhỏ và hệ số phẩm chất buồng cộng hưởng lớn

13

->

-> Hoạt chất laser có 2 thành phần chính : chất nền và chất kích thích Chất nền chiếm tỉ lệ rất lớn (90%) so với chất kích nên tính chất kỹ thuật cơ bản sẻ do chất nền quyết định => chất nền ảnh hưởng lớn đến tính chất của tia laser

14

-> Bộ phận kích thích hay bơm là một trong 3 bộ phận chính cấu tạo nên máy phát lượng tử Đó là bộ phận cung cấp năng lượng từ bên ngoài vào hệ lượng tử để tạo nên nghịch đảo độ tích lũy trong 2 mức năng lượng nào đó của hoạt chất và duy trì

sự hoạt động của laser

 Phương pháp bơm điện: Bơm bằng điện tử: cung cấp năng lượng cho môi chất laser bằng năng lượng của các điện tử thường được dụng cho các loại laser khí và laser bán dẫn

 Bơm quang học: Thực hiện dịch chuyển điện tử lên mức cao bằng hấp thụ ánh sáng, thường được sử dụng cho các loại laser rắn và lỏng

15 2 3 4

->

 Môi chất laser 2 mức, ít dùng vì quá trình hấp thụ và phát xạ là một quá trình thuận nghịch nên nhanh chóng xảy ra bão hoà mật độ tích lũy trên hai mức laser trên và dưới

 Môi chất laser 3 có thẻ có mức laser dưới trùng hoặc không trùng với mức cơ bản Tần số bơm của laser 3 mức thường gần gấp đôi tần số laser phát xạ nên hiệu suất sẽ thấp Đa số các laser rấn là laser 3 mức

 Môi chất laser 4 mức hiệu suất bơm cao do độ nghịch đảo mật độ tích lũy của quá trình bơm phụ thuộc vào cả quá trình bơm tích lũy lên các mức laser trên

và khả năng thoát ở mức laser dưới Do có nhiều mức năng lượng nên hiệu suất bơm của loại laser này là cao nhất Các laser khí thường là laser 4 mức Các biện pháp thực hiện bơm tạo nghịch đảo mật độ tích luỹ là: kích thích bằng ánh sáng, kích thích bằng điện tử, va chạm cộng hưởng …

-> Do có nhiều mức năng lượng nên hiệu suất bơm của loại laser 4 mức là cao nhất

16 O2 là gì

-> Vai trò của khí He: tăng hiệu suất bơm (~200 lần) nhờ hiệu ứng truyền năng

lượng:

 He hấp thụ tốt sóng bơm

 He có mức năng lượng kích thích tương tự mức kích thích của Ne

-> Vai trò của khí N: Thông thường thêm N2 ,he vào khí CO2 ,N2 đóng vai trò đệm và truyền năng lượng kích thích

 Các điện tử do dòng phóng điện khí sinh ra, kích thích chuyển động của N2

 Sự va chạm truyền năng lượng giữa N2 và CO2 tạo ra đảo lộn mật độ giữa các mức laser của CO2

17

-> Buồng cộng hưởng quang học là bộ phận chứa chất hoạt tính Đó là một hệ gồm 2 mặt phản xạ đặt đối diện nhau, giữa 2 mặt này là khối hoạt chất

Với vai trò : +Thực hiện hồi tiếp dương

+ Tạo bức xạ định hướng, đơn sắc và kết hợp

=> Buồng cộng hưởng quang học có vai trò quyết định trong việc hình thành các tinh chất cơ bản của bức xạ laser

-> Vì trong buồng cộng hưởng xảy ra sự cộng hưởng, khi bức xạ laser lan truyền trong môi chất laser gặp 2 gương sẽ bị phản xạ lại nhiều lần mang tính chất lặp lại Khi khoảng cách 2 gương là một số nguyên lần q của nửa bước sóng, sẽ hình thành quá trình công hưởng kiểu sóng dọc Nên gọi là buồng cộng hưởng

18

->

 Dùng gương phẳng

+Ưu điểm : cho bức xạ có độ định hướng cao

+ Nhược điểm : khó chỉnh độ song song

->Vì: Buồng cộng hưởng có thể thực hiện các phương pháp chọn lọc dao động khác nhau để thu được một bức xạ trong một giải phổ rất hẹp, gần như hoàn toàn đơn sắc

Sự chọn lọc xảy ra khi bức xạ laser lan truyền trong môi chất laser gặp 2 gương sẽ bị phản xạ lại nhiều lần mang tính chất lặp lại

-> Hiện tượng cộng hưởng : giả sử dịch chuyển tự phát của một nguyên tử nào đó trong BCH xuất hiện một sóng ánh sáng Sóng sẻ được khuếch đại lên cho các dịch chuyển cưỡng bức khi nó đi qua lớp hoạt chất Khi tới mặt phản xạ, một phần sóng ánh sáng có thể bị mất đi do hiện tượng hấp thụ hoặc truyền qua, nhưng phần chủ yếu được phản xạ trở lại và được tiếp tục khuếch đại trên đường đi tới mặt phản xạ kia Tại đây cũng xảy ra quá trình tương tự và cứ như vậy, sau rất nhiều lần phản xạ

ta sẻ thu được dòng bức xạ có cương độ lớn

20 ị laser

-> Nhờ buồng cộng hưởng có thể thực hiện các phương pháp chọn lọc dao động khác nhau để thu được một bức xạ trong một giải phổ rất hẹp, gần như hoàn toàn đơn sắc Có thể nói rằng: buồng cộng hưởng quang học đóng vai trò quyết định trong việc hình thành các tính chất cơ bản của tia laser

21 sao

-> Phổ phát xạ của môi chất laser là phổ vạch

-> Vì phổ liên vạch : là phổ của nguyên tử và ion, mà môi chất laser thì thường ở dạng ion 2 hoặc 3 điện tích

22

-> Phổ phát xạ của tia laser là phổ vạch

-> Vì phổ liên vạch : là phổ của nguyên tử và ion

23

vậy khi thay đổi chiều dài L :

L tăng -> khoảng cách 2 vạch sẻ giảm -> số vạch tăng

L giảm -> khoảng cách 2 vạch sẻ tăng -> số vạch giảm

24 ờ

ỉ

-> Chọn lọc mode xiên

+ Dùng màn chắn : Đặt vào buồng cộng hưởng một màn chắn có kích thước thích hợp thì có thể dễ dàng tăng được tổn hao nhiểu xạ và do đó có thể nén được các mode bậc cao, chỉ giử lại một mode cơ bản

Hiện nay người ta đã hoàn thiện phương pháp chọn lọc mode xiên bằng việc sử dụng thêm 2 thấu kính hội tụ :

Màn chắn M được đặt trong mặt phẳng đồng tiêu giữa 2 thấu kính và có kích thước đúng bằng vùng sáng tại tiêu điểm của thấu kính 1

-> Chọn lọc mode dọc : để chọn lọc các mode dọc có các phương pháp sau

+ Thay đổi chiều dài của buồng cộng hưởng

+ Đưa vào buồng cộng hưởng mẫu chuẩn Fabri-Perot hoặc tấm phẳng song song + Dùng gương phản xạ có hệ số truyền thay đổi dọc theo tiết diện

+ Dùng phản xạ Bragg tạo hồi tiếp chọn lọc tần số

+ Phương pháp chọn lọc mode dọc thông dụng hơn cả là phương pháp dùng BCH kép.(Hình 2)

Hình 2 Chọn lọc Mode dọc với BCH kép; a Sơ đồ; b Phổ dao động

BCH kép được cấu tạo bằng 3 gương phẳng G1, G2, G3 Khoảng cách hai gương G1 và G2 là L1 Trong phần này của buồng cộng hưởng sẻ hình thành các mode dọc với hiệu tần số được xác định bằng công thức :

∆v12=

2 1

c L

Tương tự, trong phần còn lại của buồng cộng hưởng được hình thành bởi các gương G2 và G3 cũng xuất hiện các mode dọc với tần số :

∆v23=

2 2

c L

Như vậy nếu chọn L1 và L2 khác nhau thì hiệu tần số giữa 2 mode dọc gần nhau ở hai BCH sẻ khác nhau

Chỉ có những mode dọc nào mà tần số riêng của chúng trong cả 2 phần trùng nhau mới là những mode chung của 2 BCH Kết quả là phổ dao động của BCH kép thưa đi rất nhiều so với phổ dao động của BCH bình thường

Hiệu suất của phương pháp này tăng lên khi tăng số gương phản xạ đặt trong BCH

25 Mốt dọc và mốt ngang của tia laser là gì Nó ảnh hưởng đến những tính chất nào của tia laser ? - T ậ

ậ

- M E

- M

nhau 26 Tia laser có những tính chất nổi bật nào khác biệt với những nguồn sáng khác Giải thích những nguyên nhân làm cho nguồn sáng laser có những tính chất đó - Đ ị : ù ă ị â

- Tí ắ : ù ( )

D ậ ù ị â

Đâ í ồ

có - Tí ồ ù : C ă ự ắ : ỡ â ( ) â â é ậ ă

ự ự ắ 27 Vì sao bước sóng mà laser phát ra không ổn định Nêu giải pháp ổn định bước sóng trong laser HeNe đo lường 28 Nêu phương pháp làm tăng độ đơn sắc của laser khí và laser bán dẫn 29 Mô tả cấu tạo chung của laser HeNe, CO 2, Rubi, bán dẫn - N ý ồ : ồ

ồ ố ẫ T ồ

ậ B ồ

ă ỡ

K 1 é 1

ậ ù M ồ 2

ắ

ụ ậ V ù

Tí ụ

ă â C

:1) B ồ ( ù ị í í )2) N ồ ( ă ù ị í í )3) 4) 5) tia laser

30 Trình bày nguyên lý hoạt động của laser HeNe, CO 2, Rubi, bán dẫn

- Laser khí He – Ne là lo i laser r t phổ bi n, ho ồ 4 m ă

ng

C u t : L í ử He – Ne có c u t ng

M ng ho t tính c í ử He – Ne bao gồm m t ống th y tinh hình trụ chân không cao Bên trong ố i ta m ng thích h p

h n h p hai khí tr N Đ u ống m n áp cao th và cao t n ống sẽ N i ta sử dụng hi ng va ch m c n tử v i nguyên tử kích thích h n h p khí He – Ne Laser He – Ne ho ồ 4 m c

Ph n tử n c a laser khí He – Ne là ố t m t anốt

và m t catốt Gi a anốt và catố t m n áp m t chi u cao th Đ n áp này

t 2 6KV ù í c ố n

Hình 2: Sơ đồ ống phóng điện

Catốt gồm hai lo i: catốt nóng và catốt l nh

- Catốt nóng là m t dây làm b ng wonfram, khi bị ốt nóng nó sẽ b c x n tử

Hi i ta ít dùng vì nó không ch b c x n tử mà còn b c x ra ch t làm catốt gây bẩn ố n

- Catốt l nh là m t hình trụ r ng n m d c theo chi u dài thành ống Còn anốt là m t vòng kim lo i n u ống Dòng làm vi c trong ống t 3 n 5mA

2p

Hình 3: Sơ đồ hoạt động của Laser khí He – Ne

Khác v i laser rắn, do mậ khí trong ống laser He – Ne kho ng 17 18

10  10 nguyên tử/cm3 T c là kho ng 1 5 torr nên không th d quang h ù

n

Trong laser khí He – Ne ngoài va ch n tử - nguyên tử còn có va ch m gi a He kích thích và nguyên tử N â ồi lo i hai

Khi trong ống xẩ n tử c gia tốc sẽ va ch m v i các nguy n tử

He và k t qu : ử He t tr ng thái 1S0 lên tr ng thái 23S và 21S Đ

tr ng thái siêu b n T c là n u không có nguyên tử Ne và không có tác dụng thêm thì các nguyên tử He sẽ n m l i 23S và 21S

Hai tr ng thái siêu b n 23S và 21S c a nguyên tử He n m r t g n v i hai tr ng thái 20S và 3S c a nguyên tử N N ậy khi các nguyên tử c kích thích và xẩy ra va ch m

v i các nguyên tử Ne, dẫ n nguyên tử He truy ă ng kích thích cho nguyên tử

Dịch chuy n 2s 2p c sóng hồng ngo i: 1 3 m 

Dịch chuy n 3s 2p 3s22p4 c sóng n m trong vùng kh ki n (6328A0

- ỏ)

V ch 6238A0 nhỏ nh t Laser He – Ne t o ra g 20 c sóng khác nhau,

ch n lựa b c x phát ra theo ý muố ổi áp su t khí He – Ne

 Ruby

31 Bước sóng của laser HeNe, CO 2, Rubi, bán dẫn GaAs là bao nhiêu

He-Ne: ho t ch t í N c sóng 632,8nm thu c phổ ỏ trong vùng nhìn th y, công su t nhỏ t m n vài chục mW Trong y h c sử dụng làm laser n i m ch, kích thích m ch máu

CO2: c sóng 10.600nm thu c phổ hồng ngo i xa, công su t phát x có th t i megawatt (MW) Trong y h c ng dụng làm dao mổ

+ G n môi nhi u l p: có tính ch t ch n l c và h số ph n x cao, b m

h số phẩm ch t c a buông c ng cao và chị c mậ nă ng b c x l n

th i gian làm vi c dài

Các laser công su t cao có th tự bị phá h y, các tinh th t quang chịu b c x laser có mậ công su t cao dễ bị hỏng Ví dụ là các tinh th Rubi có

th y tinh làm môi ch t trong laser xung công su t cao r ắt ti n và c

mà thay th ng xuyên không kinh t Do công su t tiêu hao trong các buồng c ng

ng l n nên các chi ti t chịu lực l n Vì tuổi th ý ĩ l n nên

c a vật li u

Ví dụ: Laser CO2 v i mậ công su t l 108 W/cm2 phá h y tinh th clorua Kali làm hỏng th u kính

N ỡng phá h y phụ thu c vào b n ch t vật li u, khuy t tật, t p ch t và tr ng thái

b m t sau khi gia công l n cuối

Các nguyên nhân gây nên sự phá hỏng vật li u:

V i các chi ti t quang có l p ph ph n x ho c truy n qua các p n tử h p thụ trên

b m t các l p gây lên sự phá h y cho nên c n làm s ch các l p ph

V ch các l p ph : T c h t ta ph ý p ph b ng các l p vật li u c ng, c ng v a và m m

Vật li u c ng: TiO2, SiO2… n, chị c dùng làm l p ph gi m ph n x trong các vùng sóng tử ngo i, nhìn th y và phổ hồng ngo i g n

Vật li u c ng v a: ZnS, F2T … ù CO2 vì có sự h p thụ trong vùng hồng ngo i, kém b c

Vật li u m : í ù c và kém b n v c

V i vật li u c ng làm s ch b ng các dung môi và lau b ng vái m m và s ch

V i vật li u c ng v a: dùng các dung dị ù í N2 làm

s ch

Vật li u m m hi n nay không sử dụng, song v ũ dụng khí N2khô thổi làm s ch

34 Khi làm việc với nguồn laser con người có thể gặp những loại nguy hiểm?

Trả lời: Vi c sử dụng laser gắn li n v i nh T c h t là sự

gây tổ ắt và tia laser có công su t cao gây lên nh ng v t bỏ Đ c bi t

là sự ng c a tia laser là t c th i và qua không khí nên dễ x y ra khi b t cẩn và khôn ý a do tia laser có th c tiêu tụ v i v t r t nhỏ ă

0 4 μ y c m v i võng m c song dễ gây tổ i th y tinh th

Tác dụng lên mặt da: B c x laser công su t cao có th gây nên v t bỏng trên da Mối nguy về điện: Trong số các lo i laser thi t thực ch y í

ch t rắn, laser ch t nhu m, và laser ch t bán dẫn, tr các lo i laser bán dẫn ra thì t t c

u yêu c u hi n th ò n t o ra chùm tia Cho dù là

n th c áp trực ti í è c laser

ẫn có m t t i m t số m trong h thống Tình huố c bi t nguy hi m

c t o ra trong laser là nó vẫn có th í n th cao trong các tụ n ho c nh ng b phận khác m t th â ã ắt

Võng m c nh y c m nh t v i laser c sóng nhìn th 0 4 μ < λ< 0 7 μ vùng g n hồng ngo 0 7μ < λ< 1 4 μ L vùng cự í λ< 0 4 μ y

c m v i võng m c song dễ gây tổ i th y tinh th Th y tinh th có th bị tác

ng b i laser c sóng b t kỳ

Ch nh 0 4μ < λ < 1 4 μ i có th ắ n võng m c

Sự gây tổ õ c tùy thu c vào chi u C c sóng

0 4 μ < λ λ > 1 4 μ â ụng lên võng m c song tác dụng lên th y tinh

th Sự ng lên võng m c sẽ l t nhi u so v i khi ta quan sát ngoài vì v t

h i tụ võng m c có th t t 20 μ

Đ ă l công su t t l (dp/dr)2

v ng kính pu-pin mắ ng kính h i tụ lên mõng m c

Ví dụ: ≈ 5 ≈ 20 10-3-mm thì mậ công su t lên 6.104 l n so v i mậ công su t khi vào mắt Mắ m nh t ngay c khi các b phậ t nguy hi m

M tổ ă i gian tác dụ l ng kính v dài xung.Khi th ng r t ngắn thì sự ng do truy n nhi t thực t không tồn

t i tổ ụ thu ng kính v t Khi th l n thì do truy n nhi ổ ng kính v t nhỏ gi m vì di n tích nhỏ nhi t dễ dàng th t thoát khi truy n nhi di n tich l n

T ng c a laser lên da phụ thu c sóng và sắc tố da

Sự phụ thu c c a kh ă n x c sóng và sắc tố da

Ở vùng ánh sáng nhìn th ph n x c a da là l n nh t và vùng hồng ngo i xa

là ít nh t

Đối v i v t bỏ i ta kh o sát ch y u v i laser CO2 vì CO2 là laser phổ

bi n nh t trong các laser công su t có kh ă ỏng da

Do h số h p thụ r t cao nên nó bị gi l p mỏng trên b m t da

T ịnh an toàn v laser: Yêu c tia laser có công

su t l ỡng cho phép tác dụng lên da và mắt v dài sóng và th i gian tác dụng gây nên tổ

Tác h i c i phụ thu c vào công su c sóng, th ng Vì vậy m é ng c a tia laser ít gây

i, chúng ta có th dùng các bi phòng tránh Các tác h â ng nguy hi m và khó khắc phục

37 Các quy định về an toàn laser có phải là các kết quả chính xác về tác hại của tia laser đối với con người không, giải thích vì sao?

Trả lời:

C ịnh v an toàn laser không ph i là các k t qu chính xác v tác h i c a tia

ối v i vì:

Nó không ph i m t gi i h n ch t chẽ gi a an toàn và không an toàn mà nó ch là

ph n ánh sự hoàn thi n c a vi c nghiên c u các hi ng nguy hi m

Các bi n pháp an toàn ch y u là không cho tia laser tác dụ cách khắc phục cụ th

38 Cơ sở để chuẩn ANSI ZI 36.1-2007 phân loại laser theo 4 cấp độ nguy hiểm?

Trả lời:

Xây dựng mức cho phép cực đại của bức xạ laser

M m quan tr ng c a ANSI: Phân c p laser theo m nguy hi m v kh