SƠ LƯỢC VỀ TIA LASER ĐỊNH NGHĨA Laser tên viết tắt cụm từ Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation tiếng Anh, có nghĩa "khuếch đại ánh sáng phát xạ kích thích" Electron tồn mức lượng riêng biệt nguyên tử Các mức lượng hiểu tương ứng với quỹ đạo riêng biệt electron xung quanh hạt nhân Electron bên có mức lượng cao electron phía Khi có tác động vật lý hay hóa học từ bên ngoài, hạt electron nhảy từ mức lượng thấp lên mức lượng cao hay ngược lại Các trình sinh hay hấp thụ tia sáng (photon) theo giả thuyết Albert Einstein Bước sóng (do màu sắc) tia sáng phụ thuộc vào chênh lệch lượng mức Có nhiều loại laser khác nhau, dạng hỗn hợp khí, ví dụ He-Ne, hay dạng chất lỏng, song có độ xạ lớn tia laser tạo thành phần từ trạng thái chất rắn 2.Cấu tạo Cấu tạo chế hoạt động laser 1) Buồng cộng hưởng (vùng bị kích thích) 2) Nguồn nuôi (năng lượng bơm vào vùng bị kích thích) 3) gương phản xạ toàn phần 4) gương bán mạ 5) tia laser • Nguyên lý cấu tạo chung máy laser gồm có: buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, nguồn nuôi hệ thống dẫn quang Trong buồng cộng hưởng với hoạt chất laser phận chủ yếu • Buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, chất đặc biệt có khả khuyếch đại ánh sáng phát xạ cưỡng để tạo laser Khi photon tới va chạm vào hoạt chất kéo theo photon khác bật bay theo hướng với photon tới mặt khác buồng công hưởng có mặt chắn hai đầu, mặt phản xạ toàn phần photon bay tới, mặt cho phần photon qua phần phản xạ lại làm cho hạt photon va chạm liên tục vào hoạt chất laser nhiều lần tạo mật độ photon lớn Vì cường độ chùm laser khuếc đại lên nhiều lần Tính chất laser phụ thuộc vào hoạt chất đó, người ta vào hoạt chất để phân loại laser 3.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 nhờ có gương bán mạ đầu vật liệu Tia sáng tia laser 4.Phân loại [sửa] Laser chất rắn Có khoảng 200 chất rắn có khả dùng làm môi 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 [sửa] Laser chất khí • He-Ne: hoạt chất khí Heli Neon, có bước sóng 632,8nm thuộc phổ ánh sáng đỏ vùng nhìn thấy, công 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, công suất phát xạ tới megawatt (MW) Trong y học ứng dụng làm dao mổ [sửa] LASER chất lỏng Môi trường hoạt chất chất lỏng, thông dụng laser màu 5.Tính chất • Độ định hướng cao: tia laser phát chùm song song khả chiếu xa hàng nghìn km mà không bị phân tán • Tính đơn sắc cao: chùm sáng có màu (hay bước sóng) Do chùm laser không bị tán xạ qua mặt phân cách hai môi trường có chiết suất khác Đây tính chất đặc biệt mà không nguồn sáng có • Tính đồng photon chùm tia laser • Có khả phát xung cực ngắn: cỡ mili giây (ms), nano giây, pico giây, cho phép tập trung lượng tia laser cực lớn thời gian cực ngắn 6.Các chế độ hoạt động Laser cấu tạo để hoạt động trạng thái xạ sóng liên tục (hay CW continuous wave) hay xạ xung (pulsed operation) Điều dẫn đến khác biệt xây dựng hệ laser cho ứng dụng khác [sửa] Chế độ phát liên tục Trong chế độ phát liên tục, công suất laser tương đối không đổi so với thời gian Sự đảo nghịch mật độ (electron) cần thiết cho hoạt động laser trì liên tục nguồn bơm lượng đặn [sửa] Chế độ phát xung Trong chế độ phát xung, công suất laser thay đổi so với thời gian, với đặc trưng giai đoạn “đóng” “ngắt” cho phép tập trung lượng cao thời gian ngắn Các dao laser ví dụ, với lượng đủ để cung cấp nhiệt lượng cần thiết, chúng làm bốc lượng nhỏ vật chất bề mặt mẫu vật thời gian ngắn Tuy nhiên, lượng tiếp xúc với mẫu vật thời gian dài nhiệt lượng có thời gian để xuyên sâu vào mẫu vật phần vật chất bị bốc Có nhiều phương pháp để đạt điều này, như: • Phương pháp chuyển mạch Q (Q-switching) • Phương pháp kiểu khoá (modelocking) • Phương pháp bơm xung (pulsed pumping) • 3/- Laser dùng quân : Từ laze đời, hệ vũ khí xuất hiện, chúng nguy hiểm cho loài người, với biết nói lên điều đó: * Thời chiến tranh lạnh, người Nga có sở nghiên cứu vũ khí laze sớm Smoliachkov (gần St Petersburg), họ nêu lên nhiều ý tưởng vũ khí laze đại Nhưng từ 1990 trở lại đây, khả tài không cho phép, người Nga thực hiên phần tham vọng Mặt khác họ kín đáo lĩnh vực laze quốc phòng Người có công lớn lĩnh vực Viện sĩ Fedo Bunkin Ông nhà nước trao giải thưởng ứng dụng quan trọng * Còn người Mỹ, người Pháp thành lập nhà máy laze siêu mạnh, để phục vụ cho công nghiệp, kỹ nghệ vũ trụ Viện Nghiên cứu Lawrence Livermore National Laboratory California (Mỹ) lắp đặt máy laze thuộc loại lớn giới, siêu mạnh siêu đại diện tích rộng sân bóng đá, với giá 1,8 tỷ USD Nhưng giới thạo tin cho rằng: để tạo thành nguồn điện dòng điện xuất trinh phản ứng nhiệt hạch mặt trời để từ quan sát trình phản ứng hạt nhân hydro phục vụ việc chế tạo hoàn thiện bom kinh phí có sức phá huỷ khủng khiếp Cũng phải nói thêm rằng: Máy laze dù lớn hay bé, có chung nguyên lý tạo thành giống nhau, khác kích cỡ, công suất lượng cho đầu vào phải giải khâu làm lạnh cho tất hệ thống, để làm lạnh, thường phải nhờ vào nitơ lỏng Còn máy laze người Pháp đặt Bordeaux, chủ yếu ngầm, đầu tư 1,5 tỷ USD Theo họ, để kích thích trình gây nổ việc thử bom khinh khí Công việc hoàn thành vào năm 2005 Kể từ năm 1999, hãng Boeing Mỹ sản xuất thử nghiệm bước đầu loại máy bay có trang bị vũ khí laze Trên có buồng chứa máy laze hoá học hệ thống ống tele đường kính 1,8m để hội tụ hướng tia laze vào mục tiêu Máy laze coi thứ súng, tính súng phụ thuộc vào khí Được biết, súng tầm cao 11 ngàn km (tức nơi không khí nữa) tầm hiệu dụng súng 300 km Nếu vượt tầm tia laze không đủ sức làm nóng chảy kim loại, nghĩa không sát thương mục tiêu * Súng Laser dùng cho binh thường hướng vào: làm vô hiệu hoá chiến binh đối phương, cản trở triển khai vũ khí phương tiện chiến tranh đối phương Ví dụ, ta biết rằng, hệ tiêu hoá có tần số tự nhiên khoảng 10 hertz Do vào năm sau 1960, người Mỹ chế tạo “súng âm trầm” có tần số tương ứng Khi súng hướng vào bụng, dầy đối phương tạo cộng hưởng với biên độ tăng dần, làm cho đối phương buồn nôn kèm theo chóng mặt, hoa mắt mà không cưỡng lại Người trúng loại “đạn âm thanh” tức khắc bị loại khỏi chiến Cũng vậy, người ta dùng sóng radio xấp xỉ với sóng não người để gây rối loạn đầu óc đối phương Những loại súng thường gọn nhẹ (chỉ bút chì) Có dùng tia laze làm mù mắt đối phương Người ta dùng laze để chế tạo súng phun nhựa (lanceglu) phun vào đối phương, tức khắc người bị dính nhựa không cựa quây (giống mạng nhện bao bọc lấy ruồi), đến mức sử dụng súng để chống trả nữa, chờ cứu, chờ bị bắt Vẫn biết rằng, không thiếu dung môi hoà tan nhựa, hoà tan nhựa hoà tan tế bào da, nên lại bị bỏng nặng Hoặc có bơm vào đối phương “những bọt dầu nhớt” bọt xà phòng làm đối phương không nghe thấy v.v * Ngoài ra, laze dùng để đo khoảng cách mục tiêu quân , biết thời gian tia sáng ta dễ dàng tính khoảng cách Bằng cách này, nhà khoa học dùng laze để đo khoảng cách từ trái đất tới mặt trăng cách xác Như chiến Irắc vừa qua, người Mỹ dùng laze để điều khiển tên lửa kích cho nổ đến mục tiêu v.v Qua ta thấy, laze dùng quân nguy hiểm Nếu nghiên cứu nước giầu nêu thành công trở thành mối lo ngại cho loài người Cũng phải nói thêm rằng, kể từ năm 1997, Bộ quốc phòng Mỹ ngang nhiên xem xét đạo luật “coi khoảng không gian gần trái đất vùng quyền lợi nước Mỹ” (!) Một mặt, họ đẩy nhanh việc phóng vệ tinh lên dự kiến đến 2010 có 1.700 vệ tinh người Mỹ Mặt khác, họ tăng cường vũ khí laze vùng để bảo vệ “quyền lợi” họ Vậy mà vũ khí laze tổ chức nào, chế cộng đồng quốc tế để kiểm soát chúng Phải tai hoạ khủng khiếp che đậy?./