Laser là gì? Các loại laser? Nguyên lý phát sinh và ứng dụng của tia laser? – Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật tia laser đã được ứng dụng vào rất nhiều các hạng mục quan trọng trong đời sống của chúng ta như y học, thông tin liên lạc, công nghiệp, khoa học và công nghệ và quân đội. Cùng Cơ Khí Việt Hàn tìm hiểu về laser trong bài viết này nhé.
Tia laser là gì?
Tia laser là một nguồn ánh sáng nhân tạo thu được nhờ vào sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ phát ra trong điều kiện kích hoạt cao độ các phần tử của môi trường vật chất.
Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation): được hiểu là sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ kích thích.
Đặc điểm của Laser
Ánh sáng laser có bốn đặc điểm độc đáo khác biệt với ánh sáng thông thường: đó là
- Định hướng
- Sự gắn kết
- Cường độ cao
- Đơn sắc
Định hướng
Trong các nguồn sáng thông thường (đèn, đèn natri và đèn pin), các photon sẽ truyền theo hướng ngẫu nhiên. Do đó, các nguồn sáng này phát ra ánh sáng theo mọi hướng.
Mặt khác, trong laser, tất cả các photon sẽ truyền theo cùng một hướng. Do đó, laser chỉ phát ra ánh sáng theo một hướng. Điều này được gọi là hướng của ánh sáng laser. Chiều rộng của chùm tia laser cực kỳ hẹp. Do đó, một chùm tia laser có thể di chuyển đến khoảng cách xa mà không lan rộng.
Nếu một ánh sáng bình thường đi được quãng đường 2 km, nó sẽ lan ra khoảng 2 km đường kính. Mặt khác, nếu một ánh sáng laser đi được quãng đường 2 km, nó sẽ lan ra đường kính nhỏ hơn 2 cm.
Sự gắn kết
Chúng ta biết rằng ánh sáng khả kiến được phát ra khi các electron bị kích thích (các electron ở mức năng lượng cao hơn) nhảy xuống mức năng lượng thấp hơn (trạng thái mặt đất). Quá trình các electron chuyển từ mức năng lượng cao hơn sang mức năng lượng thấp hơn hoặc mức năng lượng thấp hơn đến mức năng lượng cao hơn được gọi là quá trình chuyển đổi điện tử.
Trong các nguồn sáng thông thường (đèn, đèn natri và đèn khò), quá trình chuyển đổi điện tử diễn ra tự nhiên. Nói cách khác, quá trình chuyển đổi electron trong các nguồn sáng thông thường là ngẫu nhiên theo thời gian. Các photon phát ra từ các nguồn sáng thông thường có năng lượng, tần số, bước sóng hoặc màu sắc khác nhau. Do đó, sóng ánh sáng của các nguồn sáng thông thường có nhiều bước sóng. Do đó, các photon phát ra từ một nguồn sáng thông thường nằm ngoài pha.
Trong laser, quá trình chuyển đổi điện tử xảy ra một cách giả tạo. Nói cách khác, trong laser, quá trình chuyển đổi điện tử xảy ra trong thời gian cụ thể. Tất cả các photon phát ra trong laser có cùng năng lượng, tần số hoặc bước sóng. Do đó, sóng ánh sáng của ánh sáng laser có bước sóng hoặc màu đơn. Do đó, các bước sóng của ánh sáng laser cùng pha trong không gian và thời gian. Trong laser, một kỹ thuật gọi là phát xạ kích thích được sử dụng để tạo ra ánh sáng.
Do đó, ánh sáng được tạo ra bởi laser rất kết hợp. Vì sự gắn kết này, một lượng lớn năng lượng có thể được tập trung trong một không gian hẹp.
Cường độ cao
Bạn biết rằng cường độ của sóng là năng lượng trên một đơn vị thời gian chảy qua một đơn vị diện tích bình thường. Trong một nguồn sáng thông thường, ánh sáng trải đều theo mọi hướng.
Nếu bạn nhìn vào dây tóc đèn 100 watt từ khoảng cách 30 cm, công suất đi vào mắt bạn chưa đến 1/1000 của một watt.
Trong laser, ánh sáng lan truyền trong vùng không gian nhỏ và trong một phạm vi bước sóng nhỏ. Do đó, ánh sáng laser có cường độ lớn hơn khi so với ánh sáng thông thường.
Nếu bạn nhìn trực tiếp dọc theo chùm tia từ tia laser (chú ý: không làm điều đó), thì tất cả năng lượng trong tia laser sẽ đi vào mắt bạn. Do đó, ngay cả một tia laser 1 watt sẽ xuất hiện mạnh gấp hàng nghìn lần so với đèn thường 100 watt.
Do đó, bốn tính chất của chùm tia laser này cho phép chúng ta cắt một khối thép khổng lồ bằng cách nung chảy. Chúng cũng được sử dụng để ghi và tái tạo thông tin lớn trên đĩa compact (CD).
Đơn sắc
Ánh sáng đơn sắc có nghĩa là ánh sáng chứa một màu hoặc bước sóng. Các photon phát ra từ các nguồn sáng thông thường có năng lượng, tần số, bước sóng hoặc màu sắc khác nhau. Do đó, sóng ánh sáng của các nguồn sáng thông thường có nhiều bước sóng hoặc màu sắc. Do đó, ánh sáng thông thường là hỗn hợp các sóng có tần số hoặc bước sóng khác nhau.
Mặt khác, trong laser, tất cả các photon phát ra có cùng năng lượng, tần số hoặc bước sóng. Do đó, sóng ánh sáng của laser có bước sóng hoặc màu đơn. Do đó, ánh sáng laser bao phủ một phạm vi tần số hoặc bước sóng rất hẹp.
Cấu tạo và nguyên tắc phát tia laser
Cấu tạo laser
Đèn laser hay thiết bị phát ra tia laser tiêu chuẩn sẽ có cấu tạo gồm 3 bộ phận cơ bản:
– Vật liệu laser hoặc môi trường hoạt chất: Là môi trường để các hoạt chất được kích thích bởi các nguồn năng lượng bên ngoài nhằm tạo ra sự đảo ngược dòng điện chuyển động electron. Trong môi trường khuếch đại, sự phát xạ tự phát và kích thích của các hạt lượng tử photon diễn ra, dẫn đến hiện tượng khuếch đại quang học. Chất bán dẫn, thuốc nhuộm hữu cơ, khí, vật liệu rắn thường được sử dụng làm vật liệu phát quang.
Môi trường hoạt chất quyết định đến bước sóng và các tính chất khác của tia laser phát ra.
– Nguồn năng lượng bên ngoài (ánh sáng, điện): là một nguồn năng lượng đủ lớn nhằm cung cấp tác động đến các hạt điện tích trong môi trường hoạt chất và phát xạ để kích thích vào hệ thống.
– Buồng cộng hưởng quang: Chứa gương phản xạ và bán phản xạ ở 2 đầu làm cho các hạt photon va chạm liên tục vào hoạt chất nhiều lần tạo ra mật độ hạt photon lớn.
Nguyên tắc phát tia laser
– Dưới tác động của hiệu điện thế lớn, các electron của môi trường hoạt chất di chuyển từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao tạo nên trạng thái nghịch đảo mật độ của electron.
– Ở mức năng lượng cao, một số electron sẽ rơi ngẫu nhiên xuống mức năng lượng thấp, giải phóng ánh sáng gọi là hạt 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.
Tham khảo thêm:
Tác dụng của tia laser trong đời sống
Những ứng dụng của tia laser trong đời sốngTất cả các loại laser đều có thể ứng dụng trong đời sống như trong y học, thẩm mĩ, đo đạc, quân sự,… Nhưng tùy loại máy sẽ có bước sóng mạnh hoặc yếu khác nhau sẽ đáp ứng với từng nhu cầu khác nhau của người dùng.
Ứng dụng trong thẩm mĩ: Trong lĩnh vực này tia laser cũng có những ứng dụng rộng rãi như tái tạo bề mặt da, làm săn chắc da, điều trị các tổn thương sắc tốc trên da ( tàn nhan, đồi mồi, mụt ruồi), xóa bỏ hình xăm,…
Ứng dụng trong y học: Tia laser được sử dụng làm dao mổ trong phẫu thuật vì dễ điều khiển, kiểm soát độ sâu và có diện tích tiếp xúc nhỏ. Tia laser có thể dùng phục hồi thị giác cho các trường hợp cận thị, kết hợp với sợi quang học để có thể chữa các bệnh về võng mạc, chuẩn đoán ung thư,….
Ứng dụng trong khoa học và công nghệ: Tia laser được ứng dụng để nghiên cứu chuyển động Brown của các hạt. Máy bắn laser có thể đo được các chất gây ô nhiễm trong không khí,…
Ứng dụng trong các ngành khác: Các vật liệu cứng như thạch anh và thủy tinh đều có thể ứng dụng tia laser để cắt. Súng laser được sử dụng trong các ngành bán hàng như quét mã vạch, trong xây dựng để ứng dụng đo đạc trong các loại máy đo khoảng cách, máy cân bằng laser,…
Ứng dụng trong quân đội: Công cụ tìm phạm vi laser được sử dụng để xác định khoảng cách đế đối tượng, máy bắn tia laser được sử dụng như một đèn chiếu sáng bí mật để theo dõi đối tượng với độ chính xác cao khi trinh sát ban đêm,…
Thông qua bài viết trên, các bạn cũng đã nắm được laser là gì? Cấu tạo, nguyên tắc và tác dụng của tia laser trong đời sống. Bạn đang cần có nhu cầu mua các sản phẩm như bu lông inox, ốc vít inox,… để phục vụ trong sản xuất, bạn có thể tìm đến đơn vị chúng tôi. Cơ khí Việt Hàn đảm bảo sẽ mang đến cho bạn những sản phẩm chất lượng, uy tín nhất thị trường hiện nay.
Bài viết liên quan: