TIỂU LUÂN LAZER NGUYÊN lý và ỨNG DỤNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI TIỂU LUÂN LAZER- NGUYÊN LÝ VÀ ỨNG DỤNG Họ tên: Lương Thị Hà Khoa: Vật lí Lớp : Ak59 MSSV : 595103019 Hà Nội 2011 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com I.Lịch sử Laser theo maser, thiết bị có chế tương tự tạo tia vi sóng xạ ánh sáng Maser tạo Charles H Townes sinh viên tốt nghiệp J.P Gordon H.J Zeiger vào năm 1953 Maser khơng tạo tia sóng cách liên tục Nikolay Gennadiyevich Basov Aleksandr Mikhailovich Prokhorov Liên bang Xô viết làm việc độc lập lĩnh vực lượng tử dao động tạo hệ thống phóng tia liên tục cách dùng nhiều mức lượng Hệ thống phóng tia liên tục mà không cho hạt xuống mức lượng bình thường, giữ tần suất Năm 1964, Charles Townes, Nikolai Basov Aleksandr Prokhorov nhận giải thưởng Nobel vật lý tảng cho lĩnh vực điện tử lượng tử, dẫn đến việc tạo máy dao động phóng đại dựa thuyết maser-laser Laser hồng ngọc, laser chất rắn, tạo lần vào năm 1960, nhà vật lý Theodore Maiman phịng thí nghiệm Hughes Laboratory Malibu, California Hồng ngọc ơxít nhơm pha lẫn crơm Crôm hấp thụ tia sáng màu xanh xanh lục, để lại tia sáng màu hồng phát Robert N Hall phát triển laser bán dẫn đầu tiên, hay laser diod, năm 1962 Thiết bị Hall xây dựng hệ thống vật liệu gali-aseni tạo tia có bước sóng 850 nanơmét, gần vùng quang phổ tia hồng ngoại Laser bán dẫn với tia phát thấy được trưng bày năm Năm 1970, Zhores Ivanovich Alferov Liên Xơ Hayashi Panish Phịng thí nghiệm Bell độc lập phát triển laser diode hoạt động liên tục nhiệt độ phòng, sử dụng cấu trúc đa kết nối II Khái niệm lazer Laser tên chữ đầu thuật ngữ tiếng Anh “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation ’’ (Sự khuếch đại ánh sáng xạ kích hoạt) Laser nguồn ánh sáng nhân tạo thu nhờ khuếch đại ánh sáng xạ phát kích hoạt cao độ phần tử môi trường vật chất tương ứng Laser ánh sáng có nhiều tính chất đặc biệt hẳn ánh sáng tự nhiên hay nhân tạo khác có cơng dụng hữu ích áp dụng nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật đời sống, tạo nên cách mạng khoa học kỹ thuật sau đời Sự đời cùa Laser bắt nguồn từ Thuyết Lượng tử nhà bác học A Einstein phát minh năm 1916 Đến năm 1954, nhà bác học Anh, Mỹ đồng thời sáng chế máy phát tia laser ứng dụng vào thực tế Các thử nghiệm laser người năm 1960 Từ năm1964, bắt đầu ứng dụng laser trị liệu Da (chuyên khoa da liễu) Nguyên lý phát sinh LASER: Theo khái niệm vật lý lượng tử, ta chiếu chùm ánh sáng vào môi trường vật chất (thuật ngữ vật lý học gọi hệ vật lý tượng tử) chùm ánh sáng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com yếu dần bị hấp thu môi trường vật chất Bản chất trình bị hấp thu hạt ánh sáng (photon) truyền lượng kích hoạt phân tử vật chất “nhảy” từ trạng thái ổn định A lên trạng thái B với mức lượng cao Vì B trạng thái không ổn định, nên sau thời gian định, phân tử mức B lại “nhảy” mức A lúc “nhảy về” phát photon mang lượng lượng hấp thu, theo kiểu “vay trả nấy” Đó tượng xạ Tuy nhiên hạt photon xạ khơng nhiều, tỉ lệ với số phân tử có mức B, mà số phân tử trang thái B số phân tử trạng thái ổn định A Các photon xạ phát theo hướng cách tự nên cịn gọi xạ tự Khi ta làm cho photon tương tác phân tử mức cao B, bắt trở A sớm phát sinh photon, photon có đồng mức lượng mức lượng photon nguồn chiếu truyền cho xạ kích hoạt Khi tạo xạ kích hoạt mức độ cao cho photon xạ phát liên tục mức cao nhất, chọn lọc khuyếch chúng phát hướng với tính chất giống ta thu chùm sáng laser Như nguyên lý máy phát laser cho nguồn sáng chiếu vào mơi trường hoạt chất laser khơng bị yếu để kích hoạt liên tục phần tử vật chất cho số phân tử mức B nhiều mức A, số photon xạ phát sinh nhiều đến mức tối đa Khi đó, thiết bị đặc biệt, nguồn sáng xạ chọn lọc khuyếnh phát chùm ánh sáng đơn sắc, gồm tia sáng có hướng, có bước sóng gần tương đương có độ tập trung cao Đó laser Cấu tạo máy phát laser, bao gồm phận chính: - Hoạt chất laser: Là mơi trường chứa hoạt chất có khả phát xạ laser kích hoạt nguồn lượng - Nguồn ni: Là nguồn lượng để trì hoạt động môi trường hoạt chất laser, giữ cho hoạt chất ln ln trạng thái có số phần tử ởø mức B nhiều mức A - Buồng cộng hưởng: Bao gồm gương phản xạ toàn phần gương bán mờ (độ phản xạ từ 70% đến 99%) Buồng cộng hưởng cho phép nguồn sáng kích thích chất nhiều lần chùm tia sáng xạ khuyếch đại chọn lọc qua gương phản xạ toàn phần gương mờ ổn định để phát chùm sáng laser LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Cấu tạo chế hoạt động laser 1) Buồng cộng hưởng (vùng bị kích thích) 2) Nguồn ni (năng lượng bơm vào vùng bị kích thích) 3) gương phản xạ toàn phần 4) gương bán mạ 5) tia laser III Cơ chế Một ví dụ chế hoạt động laser miêu tả cho laser thạch anh      Dưới tác động hiệu điện cao, electron thạch anh di chuyển từ mức lượng thấp lên mức lương cao tạo nên trạng thái đảo nghịch mật độ electron Ở mức lượng cao, số electron rơi ngẫu nhiên xuống mức lượng thấp, giải phóng hạt ánh sáng gọi photon Các hạt photon toả nhiều hướng khác từ nguyên tử, va phải nguyên tử khác, kích thích eletron nguyên tử rơi xuống tiếp, sinh thêm photon tần số, pha hướng bay, tạo nên phản ứng dây chuyền khuyếch đại dòng ánh sáng Các hạt photon bị phản xạ qua lại nhiều lần vật liệu, nhờ gương để tăng hiệu suất khuếch đại ánh sáng Một số photon ngồi nhờ có gương bán mạ đầu vật liệu Tia sáng tia laser IV Phân loại laser: Tùy theo loại hoạt chất laser ta thu tia laser với tên gọi khác nhau: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Laser chất rắn Có khoảng 200 chất rắn có khả dùng làm mơi trường hoạt chất laser Một số loại laser chất rắn thông dụng:    YAG-Neodym: hoạt chất Yttrium Aluminium Garnet (YAG) cộng thêm 2-5% Neodym, có bước sóng 1060nm thuộc phổ hồng ngoại gần Có thể phát liên tục tới 100W phát xung với tần số 1000-10000Hz Hồng ngọc (Rubi): hoạt chất tinh thể Alluminium có gắn ion chrom, có bước sóng 694,3nm thuộc vùng đỏ ánh sáng trắng Bán dẫn: loại thông dụng diot Gallium Arsen có bước sóng 890nm thuộc phổ hồng ngoại gần Laser chất khí    He-Ne: hoạt chất khí Heli Neon, có bước sóng 632,8nm thuộc phổ ánh sáng đỏ vùng nhìn thấy, cơng suất nhỏ từ đến vài chục mW Argon: hoạt chất khí argon, bước sóng 488 514,5nm CO2: bước sóng 10.600nm thuộc phổ hồng ngoại xa, cơng suất phát xạ tới megawatt (MW) Trong y học ứng dụng làm dao mổ LASER chất lỏng Môi trường hoạt chất chất lỏng, thông dụng laser màu V Các tính chất tia Laser : - Độ đơn sắc cao Laser chùm ánh sáng mà tia sáng có mức chênh lệch bước sóng nhỏ nhất, so với chùm sáng đơn sắc khác Sự chênh lệch bước sóng cịn gọi phổ ánh sáng chùm ánh sáng Và dĩ nhiên phổ hẹp độ đơn sắc chùm sáng cao Trước có laser nhà vật lý tạo chùm ánh sáng đơn sắc có chênh lệch bước sóng từ 1Ao đến 10nm, để sử dụng nghiên cứu khoa học Trong mức chênh lệch bước sóng chùm ánh sáng laser tới 0,1 Ao Tính chất quan trọng hiệu tác dụng laser tương tác với vật chất, với tổ chức sinh học phụ thuộc vào độ đơn sắc - Độ định hướng cao Khác với nguồn sáng khác, tia sáng Laser chọn lọc phát tia vng góc với gương, nên song song với (hay nói theo ngơn ngữ vật lý góc mở tia nhỏ) Nhờ vậy, laser có độ định hướng lý tưởng, chiếu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com xa, đến mức người ta dùng laser để đo khoảng cách vũ trụ - Mật độ phổ (độ chói) cao Độ chói nguồn sáng tính cách chia cơng suất chùm sáng cho độ rộng phổ Vì độ rộng phổ Laser nhỏ nên laser có độ tập trung tia sáng cao, hay nói cách khác độ chói cao so với nguồi sáng khác Ví dụ: laser có cơng suất thấp laser He-Ne có độ chói gấp hàng vạn lần độ chói ánh sáng mặt trời Những laser có cơng suất lớn có độ chói cao gấp hàng triệu lần mặt trời - Cơng suất laser Tùy loại laser mà có nguồi sáng cơng suất khác Có loại laser cơng suất mạnh tương đương công suất vạn nhà máy điện triệu KW Nhựng nguồn laser công suất mạnh sử dụng cơng nghiệp nạêng khoan cắt vật liệu, hay chế tạo loại vũ khí, khí tài quân Các loại laser sử dụng y học laser có cơng suất thấp laser He – Ne công suất khoảng từ 2MW đến 10MW Những công dụng laser: Ngày nay, người ta chế tạo gần 500 loại laser khác nhau, ứng dụng nhiều lĩnh vực: - Đo đạc khoảng cách cực lớn, nghành thiên văn (đo khoảng cach từ trái đất đến hành tinh khoảng cách hành tinh vũ trụ) - Thiết lập dẫn đường loại bom, tên lửa dẫn đường laser - Thông tin liên lạc - Công nghiệp nặng: hàn cắt kim loại - Cơng nghiệp chế tạo vũ khí - Cải tạo giống - Trong y học (chuẩn đoán điều trị bệnh, săn sóc thẩm mỹ) VI : Các ứng dụng tia lazer Ứng dụng laser nghiên cứu khoa học: a Nghiên cứu Quang học phi tuyến: Như biết quang học cổ điển nguồn sáng phát sóng nguồn khơng kết hợp có cường độ nhỏ Khi tương tác ánh sáng với môi trường LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com vật chất, độ phân cực mơi trường hàm tuyến tính cường độ điện trường sóng tới P = E đây, P độ phân cực môi trường  độ cảm điện môi trường E cường độ điện trường Khi cường độ sóng lớn cỡ xạ laser ta biểu diễn lại độ phân cực sau: P =  E   E   E Khi E lớn số hạng bậc cao E trở nên có tác dụng lớn chúng dẫn đến hiệu ứng trước khơng quan sát được, hiệu ứng quang phi tuyến Ngày người ta nghiên cứu kĩ lưỡng phương diện lí thuyết lẫn thực nghiệm hiệu ứng quang phi tuyến, mở ngành khoa học ngành Quang học phi tuyến với nhiều hướng nghiên cứu khác ứng dụng khác lĩnh vực b Holography: Holography tên thường gọi chụp ảnh khối Nguyên lí holography đề xuất năm 1948 nguồn sáng để chụp không đủ mạnh nên không thu kết Chỉ từ có laser, người ta sử dụng nguồn sáng để thu ảnh khối vật nghiên cứu holography phát triển nhanh trở thành ngành khoa học riêng vật lí quang học kĩ thuật + Holography phương pháp ghi phương pháp chụp ảnh nhờ máy ảnh Tuy nhiên có ưu điểm bật phương pháp chụp ảnh thông thường - Phương pháp chụp ảnh khơng cần thấu kính - Nó cho hình ảnh khối vật, nghĩa cho hình ảnh chiều Holography ghi lại sóng tán xạ từ vật bao gồm biên độ pha sóng điểm Holography có tín hiệu từ tồn vật chụp Do vậy, ta bẻ gãy Holography nhiều phần mảnh nhỏ có đủ thơng tin sóng tán xạ từ vật cho ta hình ảnh vật phục hồi Đây đặc tính quan trọng Holography để có nhiều chép vật , dễ bảo quản nhân lên - Do holography có hình khối nên ghi lại tín hiệu từ vật khác vùng khác nhau, nghĩa lúc giữ lại nhiều thông tin + Với ưu điểm vừa nêu người ta mở nhiều ứng dụng thú vị quan trọng sau: - Nếu người ta ghi lại lượng thơng tin lớn yếu tố thể tích holography trở thành nhớ tốt cho máy tính Vì ghi lại phục hồi ánh sáng nên dẫn tới việc xây dựng máy tính điện tử quang học Đối với loại máy tính tốc độ xử lý thơng tin nhanh gấp nhiều lần máy tính có máy tính quang học tốc độ lan truyền tín hiệu vận tốc ánh sáng môi trường - Khi sử dụng loại ánh sáng khác để ghi lại Holoraphy phục hồi ánh sáng trắng ta thấy hình ảnh màu vật Đay LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - - nguyên tắc chụp ảnh màu video màu Và tương lai kỹ thuật chụp ảnh, truyền hình màu có triển vọng Vì holography cho ta hình ảnh khối vật nên người ta sả dụng mẫu để kiểm tra sản phẩm lốp ô tô so sánh với lốp chuẩn xem có sai hỏng khơng… Nhờ phương pháp người ta dễ dàng ghi lại hình ảnh khối sinh vật nhỏ chúng chuyển động tên lửa, máy bay chúng chuyển động để nghiên cứu thay đổi theo thời gian vât theo mục đích nghiên cứu khác c Nghiên cứu plasma nóng phản ứng nhiệt hạch: Do tia laser có tính chất cơng suất cao, chế độ phát xung đạt cơng suất cỡ 1012 – 1015 W nên bắn tia laser vào vật chất tạo plasma nhiệt độ cao Và nhiệt độ cao có phản ứng nhiệt hạch, từ mở khả nghiên cứu phản ứng nhiệt hạch có điều khiển phịng thí nghiệm d Nghiên cứu sinh hóa đại: Trong phản ứng hóa học có dự tham gia nhiều đồng vị hóa học thường gặp khó khăn ta muốn loại trừ ảnh hưởng đồng vị liên kết Tuy nhiên, đồng vị có lượng liên kết hóa học sai khác nên có nhờ tia laser có độ đơn sắc cao dễ dàng phá hủy liên kết có tương tác cộng hưởng Năng lượng xạ laser hf phá hủy liên kết tương ứng với lượng mà không ảnh hưởng đến loại dao động với tần số f1, f2, f3,…khác f Người ta nói đay phá hủy hay kích thích chọn lọc phản ứng hóa học Chính điều mở khả nghiên cứu sản phẩm trung gian hóa học, nghiên cứu q trình diễn biến theo thời gian phản ứng, điều mà khoa học mơ ước từ lâu Cũng nhờ có laser mà nhà khoa học cịn nghiên cứu phản ứng trạng thái kích thích Ứng dụng laser khoa học kĩ thuật: Có thể nói lĩnh vực rộng rãi áp dụng laser có nhiều kết lí thú a Trong thơng tin liên lạc: Vì laser có tính chất độ đơn sắc cao tính kết hợp cao nên laser sử dụng rộng rãi nhanh ngành thông tin liên lạc Sử dụng tia laser có ưu điểm sau: So với sóng vơ tuyến dải sóng truyền tin tia laser lớn gấp bội ví dụ với sóng vơ tuyến tần số sử dụng 104 – 3.1011Hz nên dải sóng truyền tăng lên đến 5.104 lần Do đó, xạ laser nằm khoảng 0,4 – 0,8 m với kênh truyền tin 6,5 MHz sử dụng laser ta có gần 80.105 kênh truyền lúc gấp 105 lần kênh truyền sử dụng sóng cực ngắn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Ngoài ra, tia laser có tính chất mang lượng lớn nên xa sóng vơ tuyến Do sử dụng tia laser giảm hang tỷ lần lượng cần dung Vì vậy, tia laser sử dụng truyền tin vũ trụ Và sử dụng bước sóng thích hợp truyền tin môi trường khác sương mù, biển… b Trong nghiên cứu vũ trụ: Tia laser sử dụng rộng rãi nghiên cứu vũ trụ, ví dụ như: - Tia laser sử dụng để xác định vị trí vật thể vũ trụ - Theo dõi tàu vũ trụ liên lạc với chúng - Điều khiển tàu vũ trụ Trong ngành khoa học khác: a Trong cơng nghệ gia cơng kim loại: Dựa vào tính chất tia laser có cường độ lớn nên khoan, hàn, cắt, gọt kim loại Tia laser có đường kính nhỏ nên thu lỗ khoan có đường kính cỡ bước sóng khoan kim loại cứng bạch kim, hồng ngọc…Với laser xung công suất lớn việc gia công kim loại đợc tiến hành nhanh hiệu suất cao nên ngày sử dụng rộng rãi công đoạn khác b.Trong đo lường tiêu chuẩn: Tia laser có độ ổn định tần số trở thành thước đo chiều dài chuẩn Các xạ laser Cd để làm tần số chuẩn, xạ laser He - Ne để đo tốc độ ánh sáng… c Trong khí tượng: Dùng tia laser đo nồng độ hạt nước đám mây để dự đốn thời tiết Bằng cách thả bóng thám khơng trước đây, việc xác định thời tiết thường lâu tốn d.Ứng dụng lazer y học Khi chiếu tia sáng laser vào hệ sinh vật thể người, có hiệu ứng sinh học xảy thể Những hiệu ứng sinh học sở để sử dụng laser y học phục vụ người Khi sử dụng laser để điều trị yếu tố định hiệu liều chiếu, bao gồm tham số: - Công suất - Độ hội tụ (mật độ công suất ) - Thời gian chiếu - Số lần chiếu - Khoảng cach lần chiếu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Bên cạnh đặc điểm tổ chức thể nơi chiếu yếu tố quan trọng góp phần tạo nên kết tốt điều trị Các ứng dụng laser y học: Trong chuẩn đốn, có nhiều thiết bị chuẩn đoán sử dụng laser : - Máy Dopler Laser thăm dò, đo dòng máu thể - Máy chụp cắt lớp laser - Các máy dị tìm, đo đạc, dẫn đường chuẩn đoán Trong điều trị: Ứng dụng laser điều trị phong phú: - Da liễu: tẩy xóa u, mụn, đốm sắc tố nốt ruồi tàn nhang, bớt bẩm sinh vv… - Nhãn khoa: nhiều ứng dụng điều trị hàn gắn tổn thương võng mạc, điều trị tổn thương giác mạc, phẩu thuật sửa chữa tật khúc xạ mắt phẩu thuật điều trị bệnh lý khác mắt - Hệ thống tiêu hóa: tán sỏi ống mật chủ, thủ thuật ngoại khoa điều trị khối u đựng tiêu hóa, tạo hình thực quản, việc hàn gắn tổn thương mạch máu nội tạng trường hợp ung thư, viêm loét đường tiêu hóa, v v LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Sản phụ khoa: điều trị tổn thương bệnh lý cổ tử cung để tránh nguy ung thư hóa - Tai – Mũi – Họng: điều trị tổn thương dây êm, bệnh lý tổn thương vùng họng hầu - Thần kinh: điều trị tổn thương dạng u hệ thống thần kinh - Hô hấp: điều trị khối u phổi, tổn thương bệnh ly u, hàn gắn tổn thương khí quản đặt ống nội khí quản gây mê hay thủ thuật mở khí quản cấp cứu - Tim mạch: phá hủy mảng xơ vữa thành động mạch A Dao mổ laser: Người ta sử dụng laser nhiệt để phẫu thuật dao mổ tia sáng laser Điển hình dao mổ laser CO2 Khi chiếu tia laser, tổ chức thể nơi tia qua bay nhanh tạo nên đường cắt sắt dao Do tác dụng nhiệt, hai bên đường cắt sẽ hình thành cột hàng rào sinh học bảo vệ vết mổ nên vết mổ vơ trùng khơng bị chảy máu Vì chùm tia laser CO2 khơng nhìn thấy nên máy phát laser phải gắn thêm laser He –Ne công suất 1-2 mw phát tia màu đỏ dẫn đường Những ưu điểm dao mổ laser: Độ vơ khuẩn cao laser tạo nhiệt độ cao đường rạch khơng có tiếp xúc dụng cụ thể Laser CO2 có khả vùa rạch đường mổ vửa cầm máu Tạo hàng rào sinh học bảo vệ chung quanh đường rạch Ít gây tổn thương cho tổ chức lân cận vết mổ - Thời gian mổ ngắn - Săn sóc hậu phẩu thuận lợi - Aùp dụng thuận lợi trường hợp madao mổ thường hiệu Đặc biệt, dao mổ laser sử dụng để phẩu thuật phận sâu thể mà không làm tổn thương phần thể qua Nó tác dụng chọn lọc phần mô tổ chức định sẵn Như phẩu thuật tổn thương, khối u sọ não, tủy sống, phẩu thuật mắt vv… B Laser phương tiện điều trị xâm lấn: Khi chiếu laser vào tổ chứa thể nhiệt độ định, laser làm đông protein tổ chức Hiệu ứng áp dụng để can thiệp điều trị xâm lấn tổn thương thể kể can thiệp sâu vào bên thể Do loại laser có độ hội tụ khác loại tổ chứa mơ thể có khả hấp thu khác nên người ta dựa vào để tính tốn liều chiếu cách chiếu cho laser tác dụng chọn lọc nơi theo ý đồ sử dụng LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khả ứng dụng nhiều chuyên khoa y học Mắt, Tai - Mũi Họng, phẫu thuật thần kinh sọ não, phẫu thuật phá hủy khối u thể Kể tổn thương bên thể u máu, việc sử dụng laser để phá hủy khối u phương pháp điều trị tối ưu C Tác dụng kích thích sinh học: Có nhiều loại laser công suất thấp sử dụng để khai thác khả kích thích q trình sinh học Nhiều cơng trình nghiên cứu thực tế ứng dụng lâm sàng cho thấy hiệu ứng kích thích sinh học chiếu laser có nhiều ứng dụng mang lại hiệu cao cơng việc phịng bệnh chữa bệnh, trì sức khỏe người ° Chiếu điều trị vết thương: + Sát trùng vết thương + Tiêu hủy tế bào mô chết + Tăng cường chống viêm, giảm đau + Tăng sinh mơ lành + Kích thích tổ chức hạt vết thương phát triển nhanh + Thúc đẩy nhanh trình lành sẹo hồi phục chức ° Chiếu kích thích tổ chức lành: + Để hồi phục tăng cường sức khỏe + Để trì tăng cường hoạt động sinh lý bình thường quan thể + Điều chỉnh rối loạn tăng cường hoạt động hệ tim mạch + Duy trì chức bình thường hoạt động tâm thần kinh + Châm cứu laser + Tăng lưu lượng máu đến vùng chiếu e Ứng dụng lazer thẩm mỹ Cũng sở hiệu ứng sinh học laser ứng dụng laser y học, nhấn mạnh thêm ứng dụng laser thẩm mỹ Trong thẩm mỹ sử dụng laser theo hướng: Giải phẫu thẩm mỹ săn sóc thẩm mỹ (Nội khoa thẩm mỹ) Được sử dụng phổ biến hiệu cao LASER CO2, ND- YAG, Erbium,Q-Nd, Fraxel, V-beam, Ruby, laser kết hợp CO2 – erbium/YAG, vv… Trong giải phẩu thẩm mỹ: thường sử dụng laser nhiệt dao mổ, phổ biến laser CO2, laser Argon laser YAG - Trong giải phẩu dùng laser để cắt dao mổ với dẫn đường laser He – Ne có nhiều ưu điểm nói phần - Điều trị sẹo mụn trứng cá LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Điều trị u máu - Điều trị u sắc tố - Đốt, tẩy nốt ruồi xấu - Đốt mụn thịt - Tẩy tàn nhang - Tẩy vết nám - Bớt bẩm sinh - Lột da mặt mức độ khác - Tẩy lông - Điều trị sẹo lồi, sẹo phì đại - Các vết tham sắc tố sau phẩu thuật Trong săn sóc thẩm mỹ: Như nói phần trên, ứng dụng laser săn sóc thẩm mỹ dựa hiệu ứng sinh học mà chủ yếu hiệu ứng kích thích sinh học laser chiếu vào tổ chức mô thể người Laser sử dụng săn sóc thẩm mỹ chủ yếu laser lạnh, công suất thấp Đặc biệt, laser sử dụng ngày phổ biến kỹ thuật chăm sóc da q trình trẻ hóa da (Rejuvenation) Các kỹ thuật trẻ hóa da thuộc nhóm theo thể khác là: - Cơ học (các dụng cụ mài da) - Hóa học (dùng loại hóa chất) - Nhiệt (dùng loại ánh sáng có lượng cao laser) Hay cịn gọi phương pháp chăm sóc thẩm mỹ da ánh sáng tin dùng ngày phổ biến giới Tất nhiên nói trên, việc sử dụng laser địi hỏi phải nắm vững kỹ thuật thành LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com thạo để có định xác liều chiếu, nơi chiếu phương pháp chiếu, nhằm đạt hiệu cao với an tồn tuyệt đối Có nhiều loại laser dử dụng chúng có đặc tính khác (bước sóng, cơng suất, mật độ cơng suất… ) , loại laser sử dụng cho phần da khác (tác dụng chọn lọc) với liều chiếu khác Ngồi cơng dụng nói phần ứng dụng giải phẩu thẩm mỹ, laser dùng để săn sóc da túy với kỹ thuật: - Tẩy tế bào chết da - Chiếu để kích thích tế bào da phát triển thay - Kích thích tăng cường tuần hồn da để tăng nuôi dưỡng da làm hồng hào da - Kích thíc tăng sinh, tái tạo collagene mơ đệm để da căng đầy mềm mại - Làm tăng độ đàn hồi da để xóa vết nhăn - Chống lão hóa da - Giữ gìn sắc diện tươi trẻ cho da - Làm tan mỡ vùng ứ đọng mỡ khơng mong muốn - Làm săn phận bị nhão, xệ - Hồi phục trì vóc dáng trẻ trung thể Cần lưu ý: Laser có nhiều ứng dụng hiệu qua y học nói chung thẩm mỹ nói riêng, việc sử dụng laser thực tế đòi hỏi hiểu biết đầy đủ tuân thủ nghiêm ngặt qui định chế độ an toàn cho bac sĩ bệnh nhân Ngày nay, nước tiên tiến người ta chế tạo nhiều máy phát nhiều loại laser khác dùng thẩm mỹ.Các máy laser đại chương trình (computerized) nên tiện lợi cho việc sử dụng Ở Việt Nam, từ hàng chục năm qua, laser ứng dụng y học nói chung giải phẫu thẩm mỹ săn sóc thẩm mỹ nói riêng, người hành nghề lĩnh vực thẩm mỹ cập nhật tiến giới tiếp thu nhanh chóng cơng nghệ để sử dụng có hiệu thực tế Tuy nhiên, laser công nghệ tiên tiến nên giá thành thiết bị laser cịn cao rào cản cho việc ứng dụng laser phục vụ người Dù vậy, nhiều loại máy laser thẩm mỹ tiên tiến có mặt việt nam để phục vụ kịp thời nhu cầu làm đẹp người Việt Nam Hy vọng với hội nhập đất nước phát triển nhanh chong kinh tế toàn cầu, người Việt Nam nhanh chóng được hưởng kịp thời tiến khoa học kỹ thuật sống nói chung lĩnh vực chăm sóc sắc đẹp nói riêng 4.Ứng dụng laser a Ứng dụng laser để tạo vũ khí hạt nhân: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Vũ khí laser bắn ra, khơng có đạn súng pháo thường lại phát chùm tia laser lượng cao với tốc độ 300.000 km/giây Năng lượng tập trung mạnh, chiếu vào vật thể kim loại, nháy mắt làm cho kim loại nóng chảy, bốc hơi, chí biến thành ion Tác dụng gọi “hiệu ứng lan chảy nhiệt” Vũ khí laser phá hoại mục tiêu chủ yếu nhờ vào hiệu ứng Chùm tia laser gây tác dụng lan chảy lớn thể sống, chí gây tử vong Cho nên tia laser mệnh danh tia chết chóc Nếu bạn đưa kính hội tụ trước ánh nắng để lấy tiêu điểm sáng Tiêu điểm làm cháy giấy Vậy mà độ sáng tia laser cao gấp vài trăm triệu, chí vài tỷ lần so với ánh nắng Mặt trời Năng lượng dĩ nhiên lớn Do đó, người ta sử dụng vũ khí tia laser để bắn máy bay, tên lửa đối phương Ngoài ra, bắn vào mục tiêu dạng kim loại, tia laser sinh tác dụng phá hoại phụ Đó dạng ion hình thành nhiệt độ cao tia laser phát khỏi bề mặt kim loại, lực phản tác dụng gây phụ tải xung kích bề mặt kim loại, làm biến dạng, phá huỷ nhanh chóng vật thể Đồng thời dạng ion phát xạ X, làm cho linh kiện điện tử gần mục tiêu bị vơ hiệu hố Một điều cần phải nói thêm là, chùm tia laser làm cho người ta bị mù mắt tạm thời khơng nhìn thấy Đó mắt người giống thấu kính hội tụ, bị chùm laser chiếu vào qua hội tụ thuỷ tinh thể hình thành tiêu điểm võng mạc, làm cho lượng laser tập trung Tổ chức võng mạc cực mỏng bị hấp thụ lượng lớn tiêu điểm ánh sáng, nhanh chóng chuyển thành nhiệt làm cháy bỏng võng mạc, dẫn đến mù mắt b.Tia laser phóng tàu vũ trụ Khi rung động, tia laser đốt nóng khơng khí cháy Mỗi lần khơng khí cháy lại tạo tia sáng loé lên Để thoát khỏi sức hút trái đất, lâu nay, loài người sử dụng tàu thoi, loại tàu phải mang theo hàng nhiên liệu hai tên lửa đẩy lớn Nhưng không lâu nữa, tàu vũ trụ lướt vào khơng gian chùm tia laser, cần không cần chất nổ đẩy không gây ô nhiễm Ý tưởng đằng sau kỹ thuật đẩy ánh sáng sử dụng tia laser từ mặt đất để đốt nóng khơng khí đến mức làm khơng khí nổ tung, đẩy tàu tiến lên phía trước Nếu thành cơng, kỹ thuật đẩy ánh sáng làm tàu nhẹ hàng nghìn lần, hiệu so với động tên lửa sử dụng chất hố học khơng gây nhiễm Chúng ta xem xét hai kiểu hệ thống đẩy tiên tiến: kiểu đưa từ trái đất lên mặt trăng vòng rưỡi kiểu đưa du lịch hệ mặt trời “xa lộ ánh sáng” Ánh sáng rực rỡ khơng khí cháy vành tàu Tàu vũ trụ nhẹ đẩy laser Nguyên lý đơn giản: tàu sử dụng gương để thu nhận hội tụ chùm laser chiếu vào, đốt nóng khơng khí đến độ khơng khí nổ tung, đẩy tàu Dưới thành phần hệ thống đẩy mang tính cách mạng - Tia laser carbon dioxit: Tia laser xung 10 kW sử dụng để thử nghiệm tàu nhẹ số tia mạnh giới LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Gương parabole: Phần đáy tàu vũ trụ gương để hội tụ chùm laser vào khoang chứa khơng khí hay chất nổ đẩy tàu Vật truyền thứ hai, nằm mặt đất, gương giống kính viễn vọng dùng để hướng chùm tia laser lên tàu - Khoang hút thu: Không khí hướng vào khoang này; khơng khí bị đốt nóng lên chùm laser, giãn nở đẩy tàu - Hydro tàu: Một lượng nhỏ chất nổ đẩy hydro sử dụng để đẩy tên lửa khí q lỗng khơng thể cung cấp đủ khơng khí Trước bay lên khỏi mặt đất, luồng khơng khí nén đẩy nhẹ tàu lên đến vận tốc khoảng 10.000 vòng/phút Khi lượn xốy với tốc độ tối ưu, tia laser bật lên, thổi tàu lên không trung Tia laser 10 kW rung động mức từ 25-28 lần/giây Bằng cách rung động, liên tục đẩy tàu lên phía Chùm tia sáng hội tụ gương parabole đáy tàu đốt nóng khơng khí lên tới khoảng từ 10.000-30.000 độ C, nóng bề mặt mặt trời vài lần Khi khơng khí bị đốt nóng đến nhiệt độ cao vậy, biến đổi sang thể plasma (loại khí có số lượng hạt mang điện âm, dương, tương đương mặt trời phần lớn sao) – thể plasma sau nổ tung để đẩy tàu lên phía Ngồi ra, người ta đặt gương bên tàu để chiếu số chùm lượng phía trước Sức nóng từ chùm laser tạo cụm khí làm chệch hướng phần luồng khơng khí qua tàu, từ giúp giảm bớt ma sát giảm lượng khí nóng mà tàu hấp thụ c Thiết bị điều khiển laser giúp người tàn tật lại Các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Virginia (Mỹ) thử nghiệm mẫu thiết bị dành cho người lớn tuổi khả lại Thiết bị có hình dáng tương tự xe đẩy tay trẻ con, có cần lái phanh xe điện điều khiển tia laze Thông qua động gắn kèm, tia laser giúp nhận biết quang cảnh xung quanh người điều khiển, dự đoán hướng di chuyển họ để kịp thời bẻ lái bánh xe trước đồng thời kẹp chặt bánh xe sau Nếu phát có vật cản, xe tự động bẻ lái tránh sang bên Người điều khiển xe khơng sợ ngã có phanh xe tự động Các nhà nghiên cứu hy vọng tới họ thiết kế thêm cho xe chức nhận biết giọng nói người d Chiếc đồng hồ xác giới: Sử dụng công nghệ laser phức tạp đơn nguyên tử thuỷ ngân, nhà khoa học Mỹ tạo máy đo thời gian xác gần tuyệt đối, với sai số giây đời vũ trụ - khoảng 15 tỷ năm Các nhà khoa học Viện Tiêu chuẩn Công nghệ quốc gia Boulder, Colorado, phát triển loại đồng hồ ngun tử “tíc tắc” triệu tỷ lần giây, xác gấp 100-1.000 lần so với đồng hồ vi sóng – xezi Chiếc đồng hồ gọi đồng hồ ngun tử quang học, áp dụng cơng nghệ laser, đo LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com khoảng thời gian ngắn ghi nhận tới Nguyên lý làm việc tương tự loại đồng hồ nguyên tử đời từ thập kỷ 50, thay vi sóng, sử dụng ánh sáng quang học có tần số cao hơn, cung cấp thời gian xác Tương lai, loại đồng hồ đóng vai trị quan trọng nhiều lĩnh vực cần độ xác cao thiết bị vệ tinh, Internet, phân phối điện, nhà băng… e Máy laser lớn giới Trong khoảng thời gian 1/10 tỷ giây, máy siêu laser Jena phóng nguồn lượng tổng lượng tất nhà máy điện giới cộng lại Đây bước tiến lớn lịch sử ứng dụng laser Máy xây dựng theo mô hình đại, gồm 4.500 điơt laser mắc song song với Trong điơt có cơng suất tương đương với 100.000 lần công suất máy quét laser dùng ổ đĩa CD Khi mắt máy laser Jena có cơng suất 1.000 tỷ Watt! Khi nghiên cứu sản xuất máy laser Jena, Sauerbrey cịn đạt “kỳ tích khơng gian” khác Trong máy phóng laser có cơng suất lớn phải cần diện tích tương đương với sân vận động, máy siêu laser Jena ơng đặt phịng thí nghiệm vỏn vẹn có 200 m2! Máy siêu laser Jena đóng góp lớn cho việc sản xuất đồng vị phóng xạ dùng cho chẩn đoán y học trị liệu tia X Mặt khác, với cường độ siêu mạnh, máy giúp khử xạ chất thải nguy hiểm Hiện nay, chất thải loại xử lý cách bọc vỏ chì, sau chơn sâu xuống lịng đất thả xuống đáy biển f Cầu nối laser vệ tinh Lần đầu tiên, hai vệ tinh khoảng cách 30.000 km trao đổi thông tin với thông qua chùm laser Kỹ thuật cho phép vệ tinh quỹ đạo thấp gửi thơng tin nhanh chóng ổn định xuống trạm xử lý mặt đất thông qua vệ tinh địa tĩnh quỹ đạo cao Trong thử nghiệm lần này, cầu nối laser (laser link, chùm laser có đường kính vài mét) truyền liệu hình ảnh với tốc độ megabits giây Hiện nhà khoa học phát triển đường truyền có dung lượng lớn nhiều, cho phép truyền âm hình ảnh Các nhà khoa học sử dụng hệ thống laser có tên SILEX (do Cơ quan Vũ trụ châu Âu ESA Cơ quan Vũ trụ Pháp CNES triển khai) để nối vệ tinh Artemis với vệ tinh thiên văn SPOT Chùm laser điều chỉnh tinh vi, cho phép SPOT chuyển lượng liệu lớn với tốc độ nhanh tới Artemis Artemis bay quỹ đạo địa tĩnh, cách trái đất 31.000 km, SPOT di chuyển với tốc độ 7.000 m/s độ cao 832 km Bởi vậy, cầu nối laser phải “thiết lập” xác Theo ơng Oppenhaeuser, đường truyền laser gọn hơn, chắn cần lượng hệ thống thu – phát sóng vô tuyến Việc gửi thông tin từ vệ tinh quan LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com trắc SPOT trái đất kéo dài tiếng đồng hồ, thơng tin phải qua nhiều trạm: Trước hết, vệ tinh cần lưu giữ thông tin chuyển động quỹ đạo Sau đó, gửi liệu xuống trạm mặt đất Ở trạm này, thông tin lại xếp lại lần trước gửi qua sóng radio tới trung tâm xử lý Nay, sử dụng cầu nối laser, nhà khoa học rút ngắn thời gian truyền tin từ vệ tinh quỹ đạo thấp xuống mặt đất Đồng thời, đường truyền laser tỏ ổn định nhiều g Nam châm hoạt động ánh sáng: Chiếc nam châm dẻo (plastic magnet) nhạy cảm với ánh sáng mở hướng ứng dụng cho việc lưu giữ đọc thông tin: Bộ chứa quang trường (magneto – optic) dùng tia laser có ưu điểm dung dượng lớn, rẻ nhanh Chiếc nam châm dẻo, chạy ánh sáng (laser) loại làm từ phân tử hữu (carbon) Tác giả, ông Arthur Epstein, Đại học Quốc gia Ohio Columbus, ông Joel Miller thuộc ĐH Utah Salt Lake (Mỹ), cho rằng, sử dụng phương pháp hóa học để vi chỉnh đặc tính vật liệu Việc tăng nhiệt độ hoạt động Hiện nay, vật liệu hoạt động nhiệt độ cực lạnh (-198 độ C) Vật liệu gồm nguyên tử mangan, đan xen với phân tử hữu nhỏ xíu Khi hấp thụ ánh sáng laser, phân tử hữu bị kích thích, tạo từ trường Qua đó, hệ thống quang từ (magneto – optic) xác lập, làm tảng cho ổ chứa từ tính Bình thường, ổ chứa điện từ, chiều từ trường phụ thuộc vào dòng điện, hệ thống quang từ, chiều từ trường phụ thuộc vào ánh sáng Với ổ cứng tương lai, thơng tin đọc, ghi xóa nhờ tia laser, thơng qua hiệu ứng quang từ Tuy nhiên, Epstein thừa nhận việc sử dụng hiệu ứng hạn chế h Dùng laser di chuyển xung sáng khí lạnh Người ta điều khiển đường xung sáng tần số chùm laser, nguyên tử khí lạnh Kĩ thuật ứng dụng việc chế tạo mạch quang điện nhớ máy tính lượng tử Người ta gắn thiết bị phóng laser mơi trường khí nitơ cực lạnh Máy laser thứ (còn gọi máy phát tín hiệu) phóng xung sáng vào mơi trường khí nitơ Sau đó, thiết bị khác, gọi thiết bị giữ laser, phóng tia, hãm xung sáng lại khí lạnh Tiếp theo, thiết bị phóng laser thứ đẩy xung sáng tới vị trí cách vị trí ban đầu milimét Như vậy, xung sáng giữ "vận chuyển" mơi trường ngun tử khí lạnh Các nhà khoa học cho biết, thí nghiệm này, họ thay đổi tần số xung sáng cách thay đổi tần số thiết bị giữ laser Đây lần người ta giữ xung sáng, điều chỉnh tần số di chuyển LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com nguyên tử khí lạnh Về nguyên tắc, nhà khoa học mã hóa thơng tin xung sáng để lưu giữ sử dụng Vì thế, thí nghiệm lần bước tiến đường tìm kiếm Đây lần người ta giữ xung sáng, điều chỉnh tần số di chuyển ngun tử khí lạnh Về nguyên tắc, nhà khoa học mã hóa thông tin xung sáng để lưu giữ sử dụng Vì thế, thí nghiệm lần bước tiến đường tìm kiếm nhớ lý tưởng cho máy tính lượng tử i Động lượng tử biến khí thải thành laser Luồng khí thải nóng hổi từ ống xả khơng đồ thừa vơ dụng Người ta lợi dụng ngun lý học lượng tử để chuyển chúng thành lượng có lợi dạng xạ laser Nhà vật lý Marlan Scully, Đại học Texas A&M (Mỹ), thông báo Scully nói rằng, để sử dụng khí thải từ ống xả động bốn kỳ, người ta cần động lượng tử phụ (quantum afterburner) Động phụ hoạt động theo nguyên lý học lượng tử, tái sử dụng nhiệt lượng thừa khí thải để chuyển thành lượng hữu ích dạng xạ laser, nhằm nâng cao hiệu suất toàn hệ thống Động lượng tử phụ Scully gồm hai thiết bị: để tạo laser tạo maser (tia maser loại tia laser với bước sóng siêu ngắn, ngắn bước sóng ánh sáng thường) Bình thường, khí thải nóng, số lượng hạt tỷ lệ nghịch với mức lượng chúng Nghĩa là, hạt có mức lượng cao mật độ chúng nhỏ Tuy nhiên, vào thiết bị laser, hạt khí thải bị kích thích, làm số lượng hạt cấp lượng cao tăng vọt Động lượng tử sử dụng hạt khí thải ba trạng thái khác (3 cấp lượng) Thiết bị maser đẩy hạt bị kích thích cấp lượng thứ hai lên cấp cao Quá trình làm tăng mật độ hạt lượng cao bậc hai bậc Chính hạt tạo xạ laser Tóm lại, với việc gắn thêm động lượng tử phụ, nhiệt lượng khí thải chuyển thành xạ laser, góp phần nâng cao hiệu suất tồn hệ thống Ngược lại, động bốn kỳ bình thường, nhiệt lượng khí thải khơng dùng Scully cộng thử lắp đặt động lượng tử thực để kiểm nghiệm ý tưởng k Trạng thái thứ tư vật chất: Vật chất, ba trạng thái thường gặp thể rắn, lỏng, khí, cịn tồn dạng đặc biệt khác, gọi "trạng thái plasma", thể khí ion hố Hãy lấy nước làm ví dụ: Đun nóng cục băng đến mức độ định, (ở thể rắn) biến thành nước (thể lỏng), nhiệt độ tăng lên nước bốc (thể khí) Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ nước lên cao nữa, kết gì? LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Khi nhiệt độ chất khí cao vài ngàn độ, electron mang điện âm bắt đầu bứt khỏi nguyên tử chuyển động tự do, nguyên tử trở thành ion mang điện dương Nhiệt độ cao số electron bứt khỏi nguyên tử chất khí nhiều, tượng gọi ion hố chất khí Các nhà khoa học gọi thể khí ion hóa “trạng thái plasma” Ngồi nhiệt độ cao, người ta dùng tia tử ngoại, tia X, tia bêta cực mạnh chiếu vào chất khí làm cho biến thành plasma Khơng phải xa lạ Có thể bạn cảm thấy trạng thái plasma gặp Nhưng thực trạng thái phổ biến vũ trụ Trong lịng phần lớn phát sáng có nhiệt độ áp suất cực cao, vật chất ở trạng thái plasma Chỉ có số hành tinh tối vật chất phân tán thiên hà tìm thấy chất rắn, chất lỏng chất khí Ngay xung quanh thường gặp vật chất trạng thái plasma Như ống đèn huỳnh quang, đèn neon hay hồ quang điện sáng chói Hơn nữa, tầng ion xung quanh trái đất, tượng cực quang, khí phóng điện sáng chói khí chổi thấy trạng thái kỳ diệu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... tia laser ứng dụng vào thực tế Các thử nghiệm laser người năm 1960 Từ năm1964, bắt đầu ứng dụng laser trị liệu Da (chuyên khoa da liễu) Nguyên lý phát sinh LASER: Theo khái niệm vật lý lượng tử,... lâu tốn d .Ứng dụng lazer y học Khi chiếu tia sáng laser vào hệ sinh vật thể người, có hiệu ứng sinh học xảy thể Những hiệu ứng sinh học sở để sử dụng laser y học phục vụ người Khi sử dụng laser... lượng máu đến vùng chiếu e Ứng dụng lazer thẩm mỹ Cũng sở hiệu ứng sinh học laser ứng dụng laser y học, nhấn mạnh thêm ứng dụng laser thẩm mỹ Trong thẩm mỹ sử dụng laser theo hướng: Giải phẫu thẩm