Tiểu luận Laser và ứng dụng

Mô tả một cách đơn giản nhất hoạt động của Laser như sau: một nguồn năng lượngkích thích các nguyên tử trong môi trường hoạt chất để phát ra một bước sóng ánhsáng đặc biệt.. Ánh sáng sin

Laser - ng d ng c a LaserỨng dụng của Laser ụng của Laser ủa Laser 1

Mở đầu:

Thế kỉ XXI là thế kỉ của những công nghệ cao, công nghệ kĩ thuật số, chúng takhông những quan tâm tới những máy đáp ứng nhu cầu của công việc mà còn đánh giácao sự gọn nhẹ của nó Để vậy phải có những công nghệ rất tiên tiến mới đáp ứngđược Các nhà khoa học đã công bố hai phát kiến quan trọng có tầm ảnh hưởng rất lớnđến nền công nghệ ngày nay: Thứ nhất, sự ra đời của Tranzitor đã kích thích sự pháttriển của vi điện tử, công nghệ “vi mô” Thứ hai, quan trọng hơn là sự phát minh raLaser, mở ra một con đường mới cho các nhà phát minh, sáng chế Laser có tầm ảnhhưởng sâu rộng đến tất cả các lĩnh vực của đời sống Laser, có thể rất gần gũi với tất

cả mọi người Ngày nay, Laser hiện diện ở nhiều nơi, trong nhiều lĩnh vực đời sốngnhưng thông tin đại chúng về nó đối với mỗi chúng ta thì còn hạn chế Laser phát triểnmạnh vào những năm của thế kỉ XX, thời điểm nước ta vừa vực dậy sau chiến tranh,nên điều kiện tiếp cận với Laser còn rất nhiều hạn chế, giá thành nó cũng không hềnhỏ nên có lẽ, cho đến tận bây giờ thì đa phần người dân Việt Nam biết đến Laser là từcây bút chỉ bảng, đồ chơi Laser hình động vật… Vậy Laser là gì? Laser xuất hiện từkhi nào? Cấu tạo và nguyên lí hoạt động ra sao? Chúng có tính chất và ứng dụng nhưthế nào? Đây là câu hỏi mà mỗi chúng ta, những người đang từng ngày chứng kiến sựbùng nổ của khoa học – công nghệ phải luôn luôn tìm tòi để trả lời nó Để trả lời

những câu hỏi đó, chúng tôi đã chọn đề tài “LASER– Nguyên lí và ứng dụng của

Laser”.

Đề tài nghiên cứu những kiến thức cơ bản của Laser ở các phương diện: Lịch sử

ra đời, nguyên tắc cấu tạo, các tính chất, phân loại và ứng dụng

MỤC LỤC

Mở đầu: 1

MỤC LỤC 2

I Lịch sử ra đời: 5

1 Giả thuyết 35 năm trước: 5

2 Maser quang học: 5

3 Những chiếc Laser đầu tiên: 6

II Khái niệm: 8

III Nguyên lí phát Laser: 9

1 Cơ sở lí thuyết: 9

2 Cơ chế phát xạ Laser: 14

IV Cấu tạo của máy phát Laser: 19

1 Hoạt chất Laser: 19

2 Nguồn bơm Laser: 20

3 Buồng cộng hưởng: 21

V Tính chất, đặc điểm chùm tia Laser: 23

1 Tính chất vật lí: 23

2 Tính chất Sinh lí: 26

VI Phân loại Laser: 27

1 Laser rắn: 27

2 Laser lỏng: 28

3 Laser khí: 28

4 Laser bán dẫn: 29

VII Ứng dụng của Laser: 29

1 Ứng dụng của laser trong nghiên cứu khoa học: 29

2 Ứng dụng của laser trong khoa học kĩ thuật: 32

3 Trong các ngành khoa học khác: 33

VIII Các ứng dụng mới nhất của tia Laser: 34

1 Ứng dụng của laser trong y học: 34

2 Ứng dụng laser để tạo ra vũ khí hạt nhân: 40

3 Tia laser phóng tàu vũ trụ: 41

4 Laser trong quân sự: 42

5 Thiết bị điều khiển bằng laser giúp người tàn tật đi lại: 44

6 Chiếc đồng hồ chính xác nhất thế giới: 44

7 Máy laser lớn nhất thế giới: 45

8 Cầu nối laser giữa các vệ tinh: 45

9 Nam châm hoạt động bằng ánh sáng: 46

10 Dùng laser di chuyển xung sáng trong khí lạnh: 47

11.Động cơ lượng tử biến khí thải thành laser: 48

12.Trạng thái thứ tư của vật chất: 49

IX Đọc thêm – Laser Ruby: Phát minh đầu tiên 51

1 Khái niệm: 51

2 Cấu tạo của Ruby: 51

3 Cấu tạo của Laser Ruby: 52

4 Nguyên lý hoạt động của Laser Ruby 55

5 Đặc điểm Laser Ruby 61

CÁC NGUỒN THAM KHẢO TÀI LIỆU 63

I Lịch sử ra đời:

1 Giả thuyết 35 năm trước:

Năm 1916, Albert Einstein đã đưa ra giả thuyết: “Nếu chiếu những nguyên tử

bằng một làn sóng điện từ, sẽ có thể xảy ra một bức xạ được kích hoạt và trở thành một chùm tia hoàn toàn đơn sắc, ở đó tất cả các photon phát ra sẽ có cùng một bước sóng” Đó chính là một ý tưởng khoa học nhưng chưa ai chứng minh được trong thời

gian đó, vì vậy nó bị lãng quên trong nhiều năm

2 Maser quang học:

Năm 1951, giáo sư Charles Townes trường ĐH Columbia của thành phố New York– Mỹ, đã chú ý đến sự khuếch đại của sóng cực ngắn (vi sóng) Ông đã thực hiện thínghiệm mang tên Maser là khuếch đại vi sóng bằng bức xạ cảm ứng, và đã thành công.Các nghiên cứu của ông chỉ tập trung vào các bước sóng ngắn, trung, dài (có bướcsóng lớn nhiều rất nhiều so với bước sóng khả kiến) Năm 1958, Townes và cộng sựcủa ông Arthus Schawlow đã xuất bản tập chí khoa học và đăng kí bằng sáng chế vàcho rằng “Maser quang học” có thể sử dụng để tạo ra tia hồng ngoại và ánh sáng nhìnthấy được, đặc biệt học có ý tưởng đặt gương ở hai đầu chất trung gian, nhờ đó cácphoton có thể bật qua bật lại, tăng hiệu năng Tuy nhiên, Townes cũng chỉ đưa ra ýtưởng ở đó mà không đi vào nghiên cứu

Ý tưởng quan trọng quyết định tính khả dụng của Laser hữu hình chỉ xuất hiệnbởi người "tình cờ" nắm bắt được ý tưởng này là Gordon Gould - nghiên cứu sinh củaĐại học Columbia (học trò của tiến sĩ Townes) Ngay sau khi tia chớp sáng tạo vụtqua, Gould đã viết đầy 6 trang giấy về chi tiết phương thức hoạt động của thiết bị, độclập đưa ra khái niệm về buông quang học Trong ghi chép của mình, Gould cũng là

người đầu tiên sử dụng thuật ngữ Laser (trong khi tiến sĩ Townes vẫn gọi là maserquang học).

Sau khi phác thảo hết ý tưởng, Gould lập tức tới phòng công chứng địa phương đểcông chứng bản thảo Tuy nhiên, ông đã sai lầm khi không đăng ký bản quyền Gould

đã tỏ ra "nông cạn" khi không nghĩ tới chuyện xây dựng một mẫu thiết bị (prototype)trước khi đăng ký bản quyền

Trong cuộc chiến bản quyền kéo dài suốt 30 năm sau đó, tiến sĩ Gould đã tuyên

bố ở rất nhiều hội thảo rằng Townes đã đánh cắp ý tưởng của mình Bản thân ôngcũng cho rằng mình nhìn thấy tiềm năng thực sự của tia Laser trong các ứng dụng thực

tế - vốn được mô tả khá sơ sài trong bằng sáng chế dành cho Townes và Schawlow.Trong những năm 70 và 80, Gould đã giành chiến thắng trong một vài “cuộc chiếnpháp lý”, sở hữu được một số bản quyền liên quan tới Laser Thời điểm đó, chắc chắn

đã có nhiều người ngạc nhiên vì cả Townes và Schawlow đều không phải là người đầutiên thử nghiệm Laser

3 Những chiếc Laser đầu tiên:

Máy tạo Maser đầu tiên trong lịch sử

Tháng 5/1960, dựa theo ấn bản của Townes và Schawlow, Theodore Maiman,làm việc tại Phòng nghiên cứu Hughes, chế tạo được một dụng cụ bằng thỏi ruby tổnghợp, được công nhận là Laser đầu tiên Laser ruby của Maiman phát ra các xung ánhsáng đỏ kết hợp cường độ mạnh có bước sóng 694 nm, trong một chùm hẹp có mức độtập trung cao, khá tiêu biểu cho những đặc tính biểu hiện bởi nhiều Laser hiện nay.

Từ đó, các nhà khoa học khắp nơi đã đi vào nghiên cứu và chế tạo ra các loạiLaser khác: Laser uranium (11/1960), Laser khí He-Ne (1961), Laser bán dẫn (1962)

có bước sóng 850 nm,

Laser khí He-Ne Cấu tạo Laser bán dẫn

Hình 8: Albert

Bảng 1: Bước sóng phát của một số Laser thông dụng

II Khái niệm:

Laser là tên viết tắt của cụm từ “Light Amplification by Stimulated Emission of

Radiation” trong tiếng Anh, và có nghĩa là "khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ cưỡng bức" Cụm từ này nêu rõ những sự kiện chính của quá trình sinh ra ánh sáng Laser.

Mô tả một cách đơn giản nhất hoạt động của Laser như sau: một nguồn năng lượngkích thích các nguyên tử trong môi trường hoạt chất để phát ra một bước sóng ánhsáng đặc biệt Ánh sáng sinh ra được khuếch đại nhờ một hệ thống phản hồi quang học

nó làm cho chùm sáng phản xạ qua lại trong môi trường hoạt chất để làm tăng độ đồngpha cho đến khi ánh sáng được phát ra là một chùm tia Laser

Vậy Laser là một nguồn sáng phát ra một chùm sáng cường độ lớn dựa trên việc

ứng dụng hiện tượng phát xạ cảm ứng Chùm bức xạ phát ra cũng được gọi là chùm

tia Laser

Mỗi loại Laser phát ra các bước sóng khác nhau, bảng 1 sau trình bày bước sóng của

một số Laser thông dụng

III Nguyên lí phát Laser:

1 Cơ sở lí thuyết:

a) Quá trình hấp thụ, phát xạ tự phát và phát xạ cưỡng bức theo quan điểm lượng tử:

- Electron trong nguyên tử không phân bố đều mà xếp theo từng lớp

- Mỗi lớp chỉ có thể có tối đa một số electron nhất định

- Mỗi lớp tương ứng với mỗi mức năng lượng riêng biệt Các mức năng lượngtương ứng với các quỹ đạo riêng biệt của electron xung quanh hạt nhân.Electron ở bên ngoài sẽ có mức năng lượng cao hơn những electron ở phíatrong

- Khi có sự tác động vật lý hay hóa học từ bên ngoài, các hạt electron này cũng

có thể nhảy từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao hay ngược lại

- Các quá trình này có thể sinh ra hay hấp thụ, phát xạ các tia sáng, theo giả thuyết của Albert Einstein

- Bước sóng (hay màu sắc) của tia sáng phụ thuộc vào sự chênh lệch năng lượng giữa các mức

Giả sử ta có một tập hợp các nguyên tử hoặc

phân tử với hai mức năng lượng, trong đó một mức

gọi là mức 1 tương ứng với năng lượng là E1 còn

mức kia gọi là mức 2 tương ứng với năng lượng là

E2 Mật độ cư trú trên các mức đó được xác định là

N1 và N2 Theo định luật phân bố Boltzmann thì:

Hình

phát xạ tự phát (a),

phát xạ cưỡng bức (b), hấp thụ (c)

1

2

E - kT o 1

E - kT o 2

N = N e

N = N e

với N0 là mật độ cư trú của hạt ở trạng thái cơ bản, k là hằng số Boltzmann, T lànhiệt độ của hệ hạt.

Khi một chùm sáng gồm các photon với năng lượng h f E2 E1 (h là hằng số

Planck, f là tần số của photon chiếu vào) có mật độ photon  chiếu vào tập hợp cácnguyên tử đó thì các quá trình sau đây sẽ xảy ra:

- Quá trình hấp thụ: là quá trình khi có tác động của trường ánh sáng ngoài, các

nguyên tử ở mức cơ bản nhận năng lượng của photon ngoài

để nhảy lên mức kích thích

Xác suất hấp thụ khi hạt dịch chuyển từ mức 1 lên

mức 2 trên một đơn vị thời gian P12 được tính như sau:

Hình 2: Quá trình hấp thụ

trong đó: B12 là hệ số Einstein của dịch chuyển hấp thụ

Quá trình hấp thụ khác quá trình tự phát ở chỗ nó phụ thuộc vào tác động bênngoài Nếu mật độ photon càng lớn thì số hoạt động hấp thụ trong môi trường sẽ xảy

ra mạnh hơn

- Quá trình phát xạ tự phát: là quá trình các nguyên tử đang ở mức năng lượng

cao hơn tự nhảy xuống mức năng lượng thấp hơn mà không cần kích thích từ bênngoài (không cần ánh sáng kích thích) Khi đó hạt sẽ bức xạ ra một lượng tử nănglượng điện từ (photon)

Xác suất phát xạ tự phát từ mức 2 về mức 1 của

photon trên một đơn vị thời gian P21 thì:

Hình 3: Phát xạ tự phát

12 12

dP

B

dt  

21 21

dP

A

dt 

Laser - ng d ng c a LaserỨng dụng của Laser ụng của Laser ủa Laser 10Với A21 là hệ số Einstein, phụ thuộc vào bản chất nguyên tử, chỉ được xác địnhbằng thực nghiệm.

Nguyên tử hay phân tử kích thích có một thời gian phát xạ đặc trưng, đó là thờigian trung bình mà chúng vẫn tồn tại ở trạng thái năng lượng kích thích cao hơn trướckhi rơi xuống mức năng lượng thấp hơn và phát ra photon

- Quá trình phát xạ cưỡng bức: là quá trình khi có tác động của photon có năng

lượng E, các hạt nhảy đang ở mức kích thích bị cưỡng bức nhảy về mức cơ bản sớmhơn Cùng với sự dịch chuyển này sẽ phát ra Photon cũng có năng lượng E có tínhchất giống hệt với Phonton đã cưỡng bức hạt nhảy xuống mức thấp Hiện tượng phát

xạ cưỡng bức mang tính chất khuyếch đại theo phản ứng dây chuyền: 1 sinh ra 2, 2sinh ra 4…

Năm 1917, khi nghiên cứu lí thuyết phát xạ, Einstein đã đưa ra giả thuyết: ngoàihiện tượng phát xạ tự phát, còn có hiện tượng phát xạ mà ông gọi là phát xạ cưỡng bức(hay phát xạ cảm ứng) Hiện tượng như sau:

Nếu một nguyên tử đang ở trong trạng thái kích

thích, sẵn sàng phát ra một photon có năng lượng h f.

,bắt gặp một photon có năng lượng ' đúng bằng h f.

,bay lướt

qua nó, thì lập tức nguyên tử này cũng phát ra photon

Photon  có cùng năng lượng và bay cùng phương với

photon ' Ngoài ra, sóng điện từ ứng với photon hoàn

toàn cùng pha và dao động trong một mặt phẳng song

song với mặt phẳng dao động của sóng điện từ ứng với

photon ' Khi 1 photon thích hợp bay qua một nguyên

Hình 4: Photon và photon'

Laser - ng d ng c a LaserỨng dụng của Laser ụng của Laser ủa Laser 11

tử ở trạng thái kích thích thì do hiện tượng phát xạ

cảm ứng sẽ xuất hiện hai photon như nhau bay

cùng

Hình 5: Số photon tăng theo cấp số nhân

phương Hai photon này bay qua 2 nguyên tử trong trạng thái kích thích sẽ xuất hiện 4 photon giống nhau bay cùng phương… Do đó số photon tăng theo cấp số nhân.

Xác suất số nguyên tử nhảy xuống mức cơ bản cơ bản trên một đơn vị thời gian Pxác định như sau:

Einstein chứng minh được rằng trong trạng thái cân bằng nhiệt động, số photon

bị hấp thụ và số photon được phát xạ bằng nhau: B12 = B21

Vấn đề quan trọng nhất trong việc tạo được phát xạ Laser cưỡng bức là dướinhững điều kiện cân bằng nhiệt động lực học bình thường số hạt ở mỗi mức nănglượng, không thuận lợi cho sự phát xạ cưỡng bức Do các nguyên tử và phân tử có xuhướng tự rơi xuống các mức năng lượng thấp hơn nên số nguyên tử hay phân tử ở mỗimức sẽ giảm khi năng lượng tăng Muốn duy trì cơ chế phát xạ cưỡng bức thì phải có

số nguyên tử ở trạng thái kích thích nhiều hơn số nguyên tử ở trạng thái năng lượngthấp hơn, sao cho các photon phát xạ có khả năng gây kích thích phát xạ nhiều hơn là

bị hấp thụ Đây chính là nghịch đảo trạng thái cân bằng ban đầu nên nó được gọi là sựnghịch đảo mật độ dân cư

b) Hiện tượng khuếch đại

Với quá trình phát xạ tự phát thì photon tăng theo cấp số nhân Muốn duy trì quátrình phát xạ cưỡng bức ta phải làm cho số nguyên tử ở trạng thái năng lượng cao hơnnhiều hơn số nguyên tử ở trạng thái năng lượng thấp hơn Lúc đó phát xạ cưỡng bức

sẽ lấn át và ta thu được dòng thác photon Photon phát xạ ban đầu sẽ kích thích sự phát

xạ của nhiều photon hơn, những photon này sau đó lại kích thích sự phát xạ ra nhiềuphoton hơn nữa, và cứ thế tiếp diễn Kết quả là dòng thác photon tăng lên với số lượng

lớn ta gọi đây là hiện tượng khuếch đại ánh sáng.

21

dP B

dt  

Giả sử có hệ nguyên tử, phân tử hai mức

năng lượng với số nguyên tử nằm ở mức năng

lượng cao lớn hơn số nguyên tử nằm ở mức

năng lượng thấp (N2>N1) Tức hệ nguyên tử,

phân tử đang ở môi trường nghịch đảo mật độ

cư trú Nếu ta chiếu vào môi trường này một

chùm sáng với 3 photon có năng lượng tuân

Hệ số khuếch đại được xác định bằng công thức:

WW

r

g





trong đó Wr, Wv là năng lượng photon ra và năng lượng photon vào Môi trường

có g>1 gọi là môi trường khuếch đại, nếu g<1 là môi trường hấp thụ

Trên cơ sở lí thuyết khuếch đại ánh sáng người ta chế tạo Laser

c) Sự nghịch đảo mật độ cư trú:

Ở trạng thái bình thường, số các nguyên tử ở trạng thái năng lượng thấp bao giờcũng nhiều hơn số các nguyên tử ở trạng thái năng lượng cao Mà yêu cầu tối thiểucho sự phát xạ cưỡng bức và khuếch đại, hay hoạt động Laser, là ít nhất phải có mộttrạng thái năng lượng cao hơn có dân cư nhiều hơn một trạng thái năng lượng thấp hơntức là N2 N1 Đây được gọi là sự nghịch đảo mật độ cư trú.

Tùy vào loại nguyên tử, phân tử người ta có cách để nghịch đảo mật độ cư trúkhác nhau Ví dụ đối với chất rắn thì dùng bơm quang học, đối với chất khí thì dùnghiệu ứng va chạm giữa những nguyên tử hoặc phân tử khí với những điện tử tự dochuyển động nhanh dưới tác dụng của điện trường ngoài, đối với bán dẫn thì dùngphương pháp bơm bằng dòng điện.

Xét buồng cộng hưởng của một Laser có hai gương M1 có hệ số phản xạ là R1 vàM2 có hệ số phản xạ là R2, khoảng cách giữa hai gương là L Gọi I0 là cường độ chùmsáng đến M1 Cường độ tia sáng truyền tới M2 có cường độ là:

1

k L o

I I e



Trong đó:  là hệ số khuếch đại, k là hệ số mất mát

Cường độ chùm sáng sau khi phản xạ tại gương M2 rồi lan truyền tới phản xạ tạigương M1 là:

2

k L o

1 2 1

Với  là hệ số khuếch đại ngưỡng, đó là giá trị mà khi vượt qua giá trị này thìth

Laser bắt đầu hoạt động Ngưỡng phát càng thấp thì L càng dài

2 Cơ chế phát xạ Laser:

Sự nghịch đảo mật độ cư trú và khuếch đại ánh sáng chính là cơ sở cho Laserhoạt động

Đầu tiên, ta nghiên cứu làm thế nào để nghịch đảo mật độ cư trú Muốn nghịch

đảo được mật độ cư trú ta phải bơm, tức là kích thích hạt lên mức năng lượng mà tamong muốn Quá trình kích thích này có chọn lọc, đưa lên trạng thái năng lượng đặcbiệt Lượng thời gian mà một nguyên tử hay phân tử trải qua ở một trạng thái kíchthích là yếu tố quyết định trong việc xác định xem nó sẽ bị cưỡng bức phát xạ và thamgia vào dòng thác photon, hay là sẽ mất đi năng lượng qua việc phát xạ tự phát Cáctrạng thái kích thích thường có thời gian sống chỉ vài nano giây trước khi chúng giảiphóng năng lượng của mình bằng phát xạ tự phát, một khoảng thời gian không đủ lâu

để có thể chịu sự kích thích bởi một photon khác Do đó, yêu cầu tối cần thiết cho hoạtđộng Laser là mức năng lượng cao phải có thời gian sống lâu hơn Các trạng thái nhưvậy thật sự tồn tại trong những chất nhất định, và thường được gọi là trạng thái siêubền Thời gian sống trung bình trước khi phát xạ tự phát xảy ra đối với trạng thái siêubền là vào bậc micro giây đến mili giây, một khoảng thời gian khá dài ở thế giớinguyên tử Với thời gian sống lâu này, các nguyên tử và phân tử bị kích thích có thểtạo ra một lượng đáng kể phát xạ cưỡng bức Hoạt động Laser chỉ xảy ra nếu như dân

cư ở mức cao được tạo ra nhanh hơn sự phân hủy của nó, duy trì được dân cư ở mứccao nhiều hơn ở mức thấp

Tức là tạo được sự nghịch đảo mật độ cư trú Thời gian sống của phát xạ tự phát cànglâu thì nguyên tử hay phân tử càng thích hợp cho các ứng dụng Laser Dựa vào nguyên

lý đó người ta đưa ra các cơ chế tạo nghịch đảo mật độ như sau:

a) Hệ nguyên tử làm việc với hai mức năng lượng:

Xét hệ nguyên tử chỉ có thể dịch chuyển giữa hai mức năng lượng N1 tương ứngvới năng lượng E1 và N2 tương ứng với năng lượng E2 Ở trạng thái bình thường theophân bố Boltzmann thì N1>N2 Sử dụng một nguồn bơm để kích thích cho hạt nhảy từmức 1 lên mức 2 nhờ quá trình hấp thụ, trong hệ có sự dịch chuyển phát xạ tự phát từmức 2 về mức 1

Theo thời gian số nguyên tử ở mức 1 giảm dần

và số nguyên tử ở mức 2 tăng dần cho đến khi N1=N2

thì hệ trở lên bão hòa không thể hấp thụ ánh sáng

được

nữa, không thể đẩy hạt từ mức 1 lên mức 2 được nữa

dù tiếp tục bơm Tức ta không thể tạo ra được sự

nghịch đảo mật độ cư trú từ hai mức năng lượng

b) Hệ nguyên tử làm việc với ba mức năng lượng:

Hình 5: Hệ 2 mức năng lượng

Xét hệ ba mức năng lượng cóE1E2 E3ứng với số nguyên tử trên mỗi mức là

1, 2, 3

N N N Trong ba mức này mức 1 là mức cơ bản, mức 2 và mức 3 là mức kích

thích Cơ chế hoạt động của hệ gồm hai loại sau:

 Hệ 3 mức với mức Laser trên là mức trung gian:

Ta bơm với tần số thích hợp để hạt nhảy

từ mức 1 lên mức 3 Để tần số bơm không

quá đơn sắc (đơn sắc thì khó chọn đèn bơm)

thì người ta chọn hoạt chất có mức 3 có động

rộng tương đối lớn (tức mức 3 có nhiều mức

dao động con) Sau khi lên mức 3 thì hạt dịch

Mức 2 là mức siêu bền có thời gian sống lớn và lớn hơn thời gian sống của hạt ở mức

1 và mức 3 nên hạt không dịch chuyển về mức 1 ngay Các hạt đang ở mức 2 thì quátrình bơm vẫn tiếp tục, các điện tử từ mức 3 vẫn tiếp tục nhảy về mức 2 Cứ như thếđến lúc N2>N1, lúc này có sự nghịch đảo mật độ cư trú trên mức 2 và 1

 Hệ 3 mức với mức Laser trên là mức cao nhất:

Hệ này có mức 3 là mức siêu bền Khi bơm thì

có sự dịch chuyển từ mức 1 lên mức 3 và từ mức 1

lên mức 2 Nên phải điều chỉnh tần số bơm sao cho

ưu tiên dịch chuyển từ 1 lên 3 Thời gian sống ở mức

3 siêu bền lớn hơn thời gian sống ở mức 1 nên hạt sẽ

ở lại lâu hơn trên mức 3 rồi phát xạ về mức 2 và 1

Ta vẫn tiếp

tục bơm thì hạt ở mức 3 ngày càng tăng lên Các hạt ở

mức 3 có xu hướng dịch chuyển về mức 2 nhiều hơn

về mức 1 vì mức 2 gần mức 3 hơn Ở mức 2 hạt dịch

Hình 7: Hệ 3 mức năng lượng với Laser trên là mức cao nhất

chuyển về mức 1 Vậy mức 2 mất dần hạt còn mức 3 thì tăng dần số hạt Số hạt ở mức

3 đạt ngưỡng phát Laser thì các hạt ở đây ồ ạt nhảy về mức 2 và phát ra Laser

Thời gian sống ở mức 2 ngắn nên các hạt nhanh chóng dịch chuyển về mức 1 đểnguồn bơm bơm lên mức 3 Quá trình cứ tiếp tục diễn ra lúc đó số hạt ở mức 3 sẽnhiều hơn mức 2 Tức ta đã có sự nghịch đảo mật độ cư trú ở mức 3 và 2.

Hệ ba mức này dễ phát ra Laser hơn vì chỉ cần bơm lên mức 3 thì lập tức đã tạođược sự nghịch đảo mật độ Còn hệ với mức Laser trên là mức trung gian thì cần mộtthời gian để hạt về mức 2 nên phát không liên tục và ngưỡng bơm lớn hơn hệ ta vừaxét

Do mức Laser thấp là mức cơ bản, là trạng thái bình thường đối với đa số cácnguyên tử hay phân tử Để tạo ra sự nghịch đảo dân cư, phần lớn hạt ở trạng thái cơbản phải được đưa lên mức năng lượng bị kích thích cao, đòi hỏi phải cung cấp đáng

kể năng lượng từ bên ngoài Ngoài ra, sự nghịch đảo dân cư khó có thể duy trì trongmột khoảng thời gian đáng kể

c) Hệ nguyên tử làm việc với bốn mức năng lượng:

Giả sử môi trường hoạt chất gồm nhiều

mức năng lượng sao cho có bốn mức tham gia

rõ nhất vào quá trình dịch chuyển của hạt Mức

1 là mức cơ bản, mức 2 là mức 4 là mức kích

thích cao có thời gian sống ngắn, mức 3 là mức

siêu bền, mức 2 là mức kích thích gần mức cơ

bản có thời gian sống bé hơn mức 3

Sử dụng nguồn bơm kích thích các hạt Hình 8: Sơ đồ làm việc vơi 4 mức năng lượnghấp thụ năng lượng nhảy lên trạng thái E4 Các hạt dịch chuyển bức xạ từ E4 xuống E3

và từ E2 xuống E1 do thời gian sống của hạt ở mức 4 và mức 2 rất bé Thời gian sốngcủa hạt ở mức 3 lớn, nó lớn hơn mức 4 và 2, đây là mức siêu bền Kết quả là số hạt tậptrung ở mức này lớn hơn số hạt ở mức 2 Vậy giữa mức 3 và mức 2 có sự nghịch đảo

mật độ cư trú Trước khi bơm thì ở 3 đã có các hạt nên khi bơm thì số hạt được bổsung thêm, nếu vượt qua ngưỡng phát thì lập tức hệ phát ra Laser Một thuận lợi là hạt

sẽ tự động rơi xuống mức 1 cung cấp cho quá trình bơm

Vậy với hệ 4 mức năng lượng dễ dàng tạo sự nghịch đảo mật độ hơn và ngưỡngbơm bé hơn hệ 3 mức Khi bơm không cần thời gian bơm lớn và cường độ bơm sớm.Vậy chúng ta có thể tăng hiệu suất lượng tử của máy phát Laser

Tóm lại để tạo được sự nghịch đảo mật độ cư trú ta cần chọn môi trường hoạt

chất hoạt động theo sơ đồ 3 và 4 mức năng lượng

Trong thực tế Laser hoạt động thường phức tạp hơn mô hình mô tả ở trên MứcLaser cao thường không phải là một mức đơn, mà là một nhóm mức năng lượng chophép năng lượng kích thích cần thiết biến đổi trong một phạm vi rộng trong khi hoạtđộng Mức thấp cũng gồm nhiều mức, và nếu mỗi mức cao gần nhau phân hủy sangmột mức thấp khác, một Laser có thể hoạt động ở nhiều sự chuyển trạng thái, tạo ranhiều hơn một bước sóng Ví dụ, Laser helium-neon được dùng phổ biến nhất để phát

ra bước sóng đỏ, nhưng nó cũng có thể hoạt động ở những sự chuyển trạng thái khác

để phát ra bức xạ cam, vàng, xanh lá và hồng ngoại Nhiều nhân tố khác tồn tại trongviệc thiết kế Laser thực tế, như bản chất của môi trường hoạt tính Hỗn hợp khí haynhững kết hợp khác của các loại phân tử thường được dùng để cải thiện hiệu quả bắt

và truyền năng lượng, hoặc hỗ trợ sự giảm dân số ở mức Laser thấp

Thứ hai, ta phải tìm các cách khuếch đại ánh sáng Laser trên Để khuếch đại được

thì cần có hệ thống phản hồi quang học hay còn gọi là buồng cộng hưởng để tăng bức

xạ kích thích và khử bức xạ tự phát Mỗi lần sóng ánh sáng cộng hưởng qua môitrường hoạt động, tổng năng lượng ánh sáng đồng pha được tăng cường nhờ phát xạkích thích Khi được khuếch đại đến ngưỡng phát thì phát ra Laser

IV Cấu tạo của máy

phát Laser:

Về cơ bản cấu tạo chung của một máy Laser

gồm có 3 bộ phận chính như sau: hoạt chất Laser,

nguồn bơm Laser, buồng cộng hưởng Laser

Trong đó buồng cộng hưởng và hoạt chất Laser

là bộ phận quan trọng nhất Ngoài ra máy phát Laser

còn có thêm một số chi tiết khác nhằm nâng cao tính

chất ưu việt của chùm Laser như: hộp phản xạ, chất

số lượng lớn nguyên tử được kích hoạt lên trên trạng thái cơ bản để có thể xảy ra phát

xạ cưỡng bức Môi trường hoạt chất là yếu tố chính quyết định bước sóng và các tínhchất của tia laser Có hàng trăm chất có thể làm môi trường hoạt chất Các loại laserthường được đặt tên theo môi trường hoạt chất Mỗi loại laser khác nhau thì sử dụngmôi trường hoạt chất khác nhau Ví dụ:

• Laser lỏng: sử dụng chất màu và các dung môi như metan, etan, chất

nhuộm hữu cơ chiết xuất từ thực vật (coumarin, rhomadine và florescen) Cấutrúc của chất nhuộm quyết định bước sóng hoạt động của laser

• Laser khí: sử dụng khí đơn nguyên tử, ion khí đơn nguyên tử, phân tử,

hoặc hỗn hợp khí đơn nguyên tử hay hỗn hợp phân tử Ví dụ như Argon,Krypton, CO2, Excimer Argon-Fluorua, He-Ne

Laser - ng d ng c a LaserỨng dụng của Laser ụng của Laser ủa Laser 20

• Laser bán dẫn: thường dùng chất phát quang như GaAs, PbS, PbTe

• Laser rắn: sử dụng tinh thể hoặc thủy tinh được pha thêm tạp chất Các

tạp chất thường là Sm3+, Eu3+, Nd3+, Cr3+, Ti3+ Chất nền thường là YAG (Ytri,nhôm và Garnet), YLF (Ytri, Liti, flo), oxit nhôm (Al2O3), gương silica

2 Nguồn bơm Laser:

Nguồn bơm của laser là nguồn năng lượng kích hoạt cho hoạt chất luôn ở trạng thái nghịch đảo mật độ cư trú

Tùy theo các loại laser khác nhau mà có nhiều phương pháp kích thích khácnhau Việc lựa chọn loại nguồn bơm nào để sử dụng dựa chủ yếu vào môi trường hoạtchất của laser đó là loại gì, và điều này là yếu tố chủ chốt quyết định làm sao mà nănglượng truyền vào trong môi trường Ta có thể phân thành các loại sau:

- Kích thích bằng ánh sáng, bơm quang học, đây là loại kích thích phổ biến Hoạtchất thu năng lượng bơm qua quá trình hấp thụ Có thể kích thích bằng nguồn sáng kếthợp và không kết hợp Ví dụ: Laser YAG, laser Ruby dùng ánh sáng hội tụ từ đènnháy Xenon

- Kích thích bằng dòng điện, bằng va chạm điện tử: dùng điện trường cao kíchthích hạt truyền năng lượng cho tâm hoạt chất nhờ quá trình va chạm Phương phápnày chủ yếu dùng cho laser khí và laser bán dẫn Trong laser khí, dòng điện truyềnnăng lượng cho điện tử, năng lượng này được gia tốc và truyền cho nguyên tử hoạtchất để các nguyên tử này nhảy lên mức năng lượng cao hơn

- Kích thích bằng laser khác: dùng laser để kích thích hoạt chất nhảy mức nănglượng

- Kích thích bằng khí động học

- Kích thích bằng phản ứng hóa học: được dùng cho laser hóa học

3 Buồng cộng hưởng:

Khi môi trường hoạt chất đã được đảo ngược mật độ, cần có hệ thống phản hồiquang học để tăng bức xạ kích thích và khử bức xạ tự phát Đó chính là buồng cộnghưởng quang học

 Cấu tạo:

Ở hai đầu đường đi của chùm sáng người ta đặt 2 gương để làm cho ánh sángphản xạ qua lại trong môi trường hoạt chất Hai gương này được đặt đồng trục Mỗilần sóng ánh sáng cộng hưởng qua môi trường hoạt chất, tổng năng lượng ánh sángđồng pha được tăng cường nhờ phát xạ kích thích Phát xạ tự phát (xảy ra ngẫu nhiêntheo tất cả các hướng) ít khi đập vào gương, do đó không được khuếch đại Để giảiphóng ánh sáng ánh sáng đã được khuếch đại ra ngoài người ta dùng một gương phản

xạ toàn phần và một gương phản xạ một phần Một phần sóng ánh sáng đập vào gươngthứ hai được phát ra dưới dạng chùm tia laser Độ phản xạ của gương được lựa chọn

để đạt được độ khuếch đại cao ở từng hệ thống laser Một trong các gương có thể đượcthay bằng lăng kính hoặc cách tử tùy theo yêu cầu

Gương được sử dụng trong buồng cộng hưởng không phải gương thông thường(vì gây ra mất mát lớn) mà sử dụng gương quang học Gương này phải đảm bảo tổnhao trên các bề mặt quang học là bé nhất Thông thường

người ta sử dụng gương được mạ bạc, mạ nhôm và

mạ vàng Quá trình chế tạo gương rất công phu, phải

phun thật đều để tránh mất mát lớn khi ánh sáng đập

vào Hiện nay gương mạ kim loại được thay thế

Buồng cộng hưởng có rất nhiều dạng khác nhau, tùy vào loại laser để chọn buồng cộng hưởng thích hợp Nhưng chiều dài buồng cộng hưởng phải đảm bảo bằng nguyênnửa lần bước sóng:

- Tạo ra bức xạ định hướng, đơn sắc, kết hợp

Các chùm laser có những đặc điểm chung nhất định, nhưng cũng khác nhau ởmức độ rộng các khía cạnh như kích thước, sự phân kì, và sự phân bố ánh sáng quađường kính chùm tia Những đặc điểm này phụ thuộc nhiều vào việc thiết kế buồngcộng hưởng và hệ thống quang học điều khiển chùm tia, cả bên trong lẫn bên ngoài

2

k

L 

Mặc dù laser có thể tạo ra một đốm sáng không đổi khi chiếu lên một bề mặt, nhưngnếu đo cường độ

sáng tại những điểm khác nhau trong tiết diện ngang của chùm, thì sẽ thấy sự khácnhau về cường độ Việc thiết kế buồng cộng hưởng cũng ảnh hưởng tới độ phân kìchùm tia, số đo mức độ trải rộng của chùm tia khi khoảng cách tới laser tăng lên Gócphân kì của chùm tia là một nhân tố quan trọng trong việc tính toán đường kính củachùm tia tại một khoảng cách cho trước Xét cấu hình đơn giản nhất của buồng cộnghưởng gồm hai gương phản xạ song song nhau Nếu hai gương không thẳng hàngchính xác với nhau, thì sự mất ánh sáng dư thừa sẽ xảy ra, làm cho laser ngừng hoạtđộng Ngay cả khi sự không thẳng hàng chỉ ở mức độ nhỏ, sau một vài phản xạ liêntiếp, kết quả có thể là sự thất thoát đáng kể ánh sáng từ các mặt của buồng cộnghưởng Nếu một hoặc cả hai gương có bề mặt cầu, thì sự thất thoát ánh sáng do sựkhông thẳng hàng có thể giảm bớt hoặc bị loại trừ Do tính hội tụ của gương cầu, ánhsáng bị giới hạn trong hộp ngay cả khi các gương không chính xác thẳng hàng vớinhau, hoặc nếu ánh sáng không được phát ra chính xác dọc theo trục của hộp Vậybuồng cộng hưởng là nhân tố quyết định đến việc hình thành các tính chất cơ bản củalaser Buồng cộng hưởng phải được thiết kế sao cho sóng ánh sáng lan truyền ra khỏibuồng cộng hưởng có tính định hướng cao, là sóng kết hợp, và có tính đơn sắc.

V Tính chất, đặc điểm chùm tia Laser:

phương cao có thể chiếu đi rất xa đến hàng nghìn kilomet mà không bị tán xạ, đếnmức người ta có thể dùng laser để đo những khoảng cách trong vũ trụ.

b) Tính đơn sắc

Các tia sáng của laser có mức chênh lệch bước sóng nhỏ nhất, so với các chùmsáng đơn sắc khác Sự chênh lệch bước sóng này còn gọi là phổ ánh sáng của chùmánh sáng Phổ càng hẹp thì độ đơn sắc của chùm sáng càng cao Khi độ rộng vạch củachùm bằng không thì chùm có độ đơn sắc cao nhất Tính chất này rất quan trọng vìhiệu quả tác dụng của laser khi tương tác với vật chất, với các tổ chức sinh học phụthuộc vào độ đơn sắc này Do vậy chùm laser ít bị tán xạ (hầu như không) khi đi quamặt phân cách của hai môi trường có chiết suất khác nhau

Ngoài ra, ánh sáng đơn sắc không bị ảnh hưởng bởi sắc sai ở các hệ thấu kính

Do đó, ánh sáng đơn sắc có thể được hội tụ vào một tiêu điểm nhỏ hơn so với ánh sángtrắng

c) Cường độ sáng lớn

Cường độ là năng lượng của một chùm có kích thước góc nhất định Cường độsáng phụ thuộc vào các tính chất sau:

o Tính đồng hướngLaser phát ra một chùm sáng hẹp tỏa ra rất chậm Laser chỉ khuếch đại nhữngphoton đi theo một đường rất hẹp giữa hai gương Quá trình này là một cơ chế rất hiệuquả cho ánh sáng chuẩn trực Ở một laser điển hình, sau mỗi quãng đường 1 m thìđường kính chùm tia tăng thêm khoảng 1 mm Tính đồng hướng giúp cho dễ dàng thuđược toàn bộ năng lượng ánh sáng thành một điểm nhỏ

o Tính đồng phaĐồng pha nghĩa là toàn bộ năng lượng được truyền từ nguồn đều cùng pha Biên

độ, pha của sóng được lặp lại giá trị của chính mình và không biến đổi trong mặt tiếtdiện ngang của buồng cộng hưởng sau quá trình sóng truyền đi và về giữa hai gương

phản xạ Khi chiếu laser lên một mặt thô thì thu được một hình ảnh lấp lánh đặc trưnggọi là đốm laser Hiện tượng này là do sự phản xạ không đều của ánh sáng đồng phacao tạo ra những hình (hoặc đốm) giao thoa không đều Tính đồng pha của ánh sánglaser được dùng để tạo ra các vân giao thoa trong giao thoa kế.

o Phân cựcNhiều loại laser phát ánh sáng phân cực thẳng Phân cực là một khía cạnh kháccủa tính đồng pha Tính phân cực trong hệ thống laser cho phép ánh sáng truyền tối đatrong môi trường laser mà không bị mất mát do phản xạ

d) Tính kết hợp

Một bức xạ Laser bất kỳ đều có tính kết hợp biểu hiện ở độ đơn sắc và tính đẳngpha của mặt sóng Các Laser hoạt động ở chế độ đơn mode dọc hay ngang được biểuhiện trong các sóng đơn sắc và đẳng pha nên chúng nên chúng có bậc kết hợp không-thời gian cao Tính hợp thời gian liên hệ chặt chẽ với độ đơn sắc của sóng Laser Tínhkết hợp không gian được thể hiện rõ trong hiện tượng giao thoa, hình ảnh giao thoa rõràng chứng tỏ tính kết hợp của chùm Laser

e) Khả năng phát xung cực ngắn

Xung ngắn cỡ mili giây (ms), nano giây, pico giây (ps), femto giây (fs) cho phéptập trung năng lượng tia laser cực lớn trong thời gian cực ngắn

f) Độ rộng phổ nhỏ - độ chói cao

Độ chói của nguồn sáng được tính bằng cách chia công suất của chùm sáng cho

độ rộng của phổ Vì độ rộng của phổ Laser rất nhỏ nên laser có độ tập trung các tiasáng rất cao, hay nói cách khác là độ chói rất cao so với các nguồn sáng khác

Ví dụ: laser có công suất thấp là laser He-Ne cũng có độ chói gấp hàng vạn lần

độ chói của ánh sáng mặt trời Những laser có công suất lớn có độ chói cao gấp hàngtriệu lần mặt trời

Tóm lại, đồng hướng, phân cực, đồng pha và một phần tính đơn sắc đã bổ sung

cho đặc tính quan trọng của laser, đó là cường độ ánh sáng Mặt trời có công suất1026W nhưng phát năng lượng theo tất cả các hướng ở một khoảng cách rất xa tráiđất Như vậy, một laser heli neon đơn giản 1mW có độ bức xạ lớn gấp 100 lần mặttrời Tùy loại laser mà có nguồn sáng công suất khác nhau Có những loại laser côngsuất mạnh tương đương công suất 1 vạn nhà máy điện 1 triệu kW Các loại laser sửdụng trong y học là những laser có công suất thấp như laser He – Ne công suất chỉkhoảng từ 2 MW đến 10 MW

2 Tính chất Sinh lí:

1 Hiệu ứng kích thích sinh học.

Thường xảy ra với Laser công suất thấp cỡ mW, tác động lên các đặc tính sốngnhư: quá trình sinh tổng hợp protein, quá trình tích luỹ sinh khối, quá trình hô hấp tếbào Làm gia tăng quá trình phân bào, thay đổi hoạt tính men, thay đổi tính thấm màng

tế bào, tăng miễn dịch không đặc hiệu… Tác dụng của laser lên cơ thể sống chia làmhai loại:

- Phản ứng nhanh (hay trực tiếp) là tác dụng ngay sau khi chiếu laser, biểu hiện là

- Công suất không cao, thời gian tác động dài: sẽ làm nóng chảy tổ chức sinh học

và sau đó các tổ chức bị đông kết lại (gọi là hiệu ứng quang đông) có tác dụng tốt chocầm máu trong ngoại khoa

- Công suất cao, thời gian ngắn: làm bay hơi tổ chức sinh học (gọi là hiệu ứngbay hơi tổ chức) là cơ sở của dao mổ laser với nhiều ưu điểm trong phẫu thật

3 Hiệu ứng quang ion.

Hiệu ứng quang ion còn gọi là hiệu ứng quang cơ vì quang năng của laser biếnthành cơ năng để bóc lớp (không có tác động nhiệt) hay phá sỏi với xung cực ngắn,công suất đỉnh cực cao

VI Phân loại Laser:

1 Laser rắn:

 Khái niệm:

Laser rắn là Laser mà môi trường hoạt chất là chất rắn Chất rắn này là đơn tinhthể, hoặc chất vô định hình Laser bán dẫn cũng sử dụng môi trường hoạt chất là chấtrắn nhưng người ta tách Laser bán dẫn là một loại Laser riêng Có hàng trăm loại laserrắn như Laser Ruby, Laser Nd: YAG, Laser thủy tinh

 Đặc điểm:

- Nồng độ bức xạ lớn, khoảng 1017 - 1020/cm3, lớn hơn Laser khí Do nồng độ hạt lớn nên hệ số khuếch đại lớn hơn nhiều so với Laser khí.

- Chất rắn có độ đồng nhất quang học kém nên: góc mở do nhiễu xạ lớn, tiêu hao

do tán xạ lớn và hệ số phẩm chất của buồng cộng hưởng nhỏ

- Sự nghịch đảo nồng độ trong laser rắn thường được thực hiện ở những mức năng lượng của nguyên tử, hoặc của ion tạp chất

- Trong Laser rắn các hạt tương tác với nhau nên các mức năng lượng có nhiều daođộng quay nên dải phổ khá rộng

- Các loại Laser rắn đều sử dụng buồng cộng hưởng quang học.

2 Laser lỏng:

 Khái niệm

Là loại Laser trong đó môi trường hoạt chất là chất lỏng, có thể là các chấtChelaste như Peperidin Eu (BA)4 hòa tan trong dung môi rượu ethanol+methol và cóthêm ít ion nguyên tố hiếm Eu3+, Nd3+…; hoạt chất có thể là các chất màu hữu cơ nhưRhodamine B (RhB), Rhodamine 6G (Rh6G) …

- Bơm bằng đèn xung hay bằng laser rắn phát dạng xung

- Hiện nay có hàng trăm chất màu đã được tổng hợp, cho phép phát laser trực tiếp

từ vùng tử ngoại tới vùng hồng ngoại

- Tín hiệu ra của laser màu thường là bức xạ kết hợp có khả năng quét trong 1 vùngphổ nào đó (do chất màu quyết định)

3 Laser khí:

 Khái niệmLoại Laser sử dụng hoạt chất là chất khí: He-Ne, CO2, N2-CO2, Ar …

 Đặc điểm

- Phổ bước sóng rộng (có thể phát từ vùng tử ngoại đến hồng ngoại)

- Chùm bức xạ độ định hướng cao, độ đơn sắc lớn

- Máy phát Laser kích thước lớn.

4 Laser bán dẫn:

 Khái niệmLoại Laser sử dụng hoạt chất là chất bán dẫn: GaAs, PbS, PbTe… Về cơ bản,những hoạt chất này phải là những chất phát quang

 Đặc điểm

- Bức xạ của nó có thể biến thiên và điều khiển một cách liên tục được

- Kích thước rất nhỏ, giá thành rẻ, hiệu suất cao

- Độ đơn sắc và độ định hướng kém

- Công suất phát phụ thuộc rất lớn vào áp suất, nhiệt độ…

VII Ứng dụng của Laser:

1 Ứng dụng của laser trong nghiên cứu khoa học:

a) Nghiên cứu về Quang học phi tuyến:

Như chúng ta đã biết trong quang học cổ điển các nguồn sáng phát sóng là nhữngnguồn không kết hợp và có cường độ nhỏ Khi tương tác của ánh sáng với các môitrường vật chất, độ phân cực của môi trường chỉ là hàm tuyến tính của cường độ điệntrường của sóng tới

PE

Trong đó, P là độ phân cực của môi trường

 là độ cảm điện của môi trường

E là cường độ điện trường

Khi cường độ sóng lớn như cỡ bức xạ laser thì ta có thể biểu diễn lại độ phân cựcnhư sau:

b) Holography :

Holography là tên thường gọi của chụp ảnh khối Nguyên lí của holography được

đề xuất năm 1948 nhưng do nguồn sáng để chụp không đủ mạnh nên không thu đượckết quả Chỉ từ khi có laser, người ta đã sử dụng nguồn sáng này để thu được ảnh khốicủa vật và nghiên cứu về holography được phát triển rất nhanh và trở thành một ngànhkhoa học riêng trong vật lí và quang học kĩ thuật

Holography là một phương pháp ghi hình như phương pháp chụp ảnh nhờ máyảnh Tuy nhiên nó có những ưu điểm nổi bật hơn phương pháp chụp ảnh thôngthường

- Phương pháp này chụp ảnh không cần thấu kính

- Nó cho hình ảnh khối của vật, nghĩa là cho hình ảnh 3 chiều

- Holography ghi lại các sóng tán xạ từ vật bao gồm cả biên độ và pha của sóng

và ở bất cứ điểm nào của Holography cũng có các tín hiệu từ toàn vật chụp Do vậy,nếu như ta bẻ gãy Holography tanh nhiều phần thì mỗi mảnh nhỏ đó cũng vẫn có đủnhững thông tin của sóng tán xạ từ vật và cho ta hình ảnh cả vật khi phục hồi Đây làmột đặc tính quan trọng của Holography để có thể có được nhiều bản sao chép của vật,

dễ bảo quản và nhân lên

Laser - ng d ng c a LaserỨng dụng của Laser ụng của Laser ủa Laser 31

- Do holography có hình khối nên nó có thể ghi lại tín hiệu từ các vật khác nhautrên các vùng khác nhau, nghĩa là có thể cùng một lúc giữ lại nhiều thông tin

Với những ưu điểm như vừa nêu trên thì hiện tại người ta đang và sẽ mở ra nhiềuứng dụng thú vị và quan trọng như sau:

- Nếu người ta ghi lại một lượng thông tin lớn ở một yếu tố thể tích củaholography thì nó có thể trở thành bộ nhớ tốt nhất cho máy tính Vì nó được ghi lại vàphục hồi bằng ánh sáng nên dẫn tới việc xây dựng các máy tính điện tử quang học.Đối với loại máy tính này thì tốc độ xử lý thông tin nhanh gấp nhiều lần máy tính hiện

có do trong máy tính quang học tốc độ lan truyền tín hiệu là vận tốc ánh sáng trongmôi trường

- Khi sử dụng các loại ánh sáng khác nhau để ghi lại Holoraphy thì khi phục hồibằng ánh sáng trắng ta có thể thấy được hình ảnh màu của vật Đay chính là nguyêntắc chụp ảnh màu và video màu Và trong tương lai thì kỹ thuật chụp ảnh, truyền hìnhnổi và màu rất có triển vọng

- Vì holography cho ta hình ảnh khối vật nên người ta có thể sả dụng mẫu đểkiểm tra sản phẩm như lốp ô tô khi so sánh với một lốp chuẩn xem có sai hỏng gìkhông…

Nhờ phương pháp này người ta dễ dàng ghi lại hình ảnh khối của các sinh vật nhỏkhi chúng đang chuyển động hoặc ngay cả tên lửa, máy bay khi chúng đang chuyểnđộng để có thể nghiên cứu sự thay đổi theo thời gian của các vât trên theo những mụcđích nghiên cứu khác nhau

c) Nghiên cứu plasma nóng và các phản ứng nhiệt hạch:

Do tia laser có tính chất là công suất cao, ở chế độ phát xung có thể đạt đượccông suất cỡ 1012 – 1015 W nên khi bắn tia laser vào vật chất có thể tạo ra được plasma

ở nhiệt độ cao Và ở nhiệt độ cao này sẽ có các phản ứng nhiệt hạch, từ đây mở ra khảnăng nghiên cứu phản ứng nhiệt hạch có điều khiển được trong phòng thí nghiệm

d) Nghiên cứu sinh hóa hiện đại:

Trong các phản ứng hóa học khi có dự tham gia của nhiều đồng vị hóa họcthường gặp khó khăn khi ta muốn loại trừ ảnh hưởng của đồng vị nào đó trong liênkết Tuy