1 Nguyên lý cấu tạo chung máy laser gồm có : buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser, nguồn ni 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 khuếch 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 cộng 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 khuếch đại lên nhiều lần Tính chất laser phụ thuộc vào hoạt chất đó, người ta vào hoạt chất để phân loại Nguyên lý hoạt động Dưới tác động hiệu điện lớn, electron thạch anh di chuyển từ mức lượng thấp lên mức lương cao tạo nên trạng thái nghịch đảo mật độ tích lũy 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 khuếch 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 3.Phân loại 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% neodymi, có bước sóng 1060 nm 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 crom, có bước sóng 694,3 nm thuộc vùng đỏ ánh sáng trắng Bán dẫn: loại thơng dụng diot Gallium Arsen có bước sóng 890 nm thuộc phổ hồng ngoại gần Laser chất khí He-Ne: hoạt chất khí heli neon, có bước sóng 632,8 nm thuộc phổ ánh sáng đỏ vùng nhìn thấy, cơng suất nhỏ, từ đến vài chục mW Trong y học sử dụng làm laser nội mạch, kích thích mạch máu Argon: hoạt chất khí argon, bước sóng 488 514,5 nm CO2: bước sóng 10.600 nm 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 Tính chất Độ định hướng cao: tia laser phát chùm song song có khả chiếu xa hàng nghìn km mà khơng 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 mơi trường có chiết suất khác Đây tính chất đặc biệt mà khơng 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 Ứng dụng Ích lợi laser ứng dụng khoa học, công nghiệp, kinh doanh nằm tính đồng pha, đồng màu cao, khả đạt cường độ sáng cao, hay hợp yếu tố Ví dụ, đồng pha tia laser cho phép hội tụ điểm có kích thước nhỏ cho phép giới hạn nhiễu xạ, rộng vài nanơmét laser dùng ánh sáng Tính chất cho phép laser lưu trữ vài gigabyte thông tin rãnh DVD Cũng điều kiện cho phép laser với cơng suất nhỏ tập trung cường độ sáng cao dùng để cắt, đốt làm bốc vật liệu kỹ thuật cắt laser hay dao laser Ví dụ, laser Nd:YAG, sau q trình nhân đơi tần số, phóng tia sáng xanh bước sóng 523 nm với cơng suất 10 W có khả năng, lý thuyết, đạt đến cường độ sáng hàng triệu W cm vng Trong thực tế, tập trung hoàn toàn tia laser giới hạn nhiễu xạ khó (Xem thêm Ứng dụng laser) Tia sáng laser với cường độ cao cắt thép kim loại khác Tia từ laser thường có độ phân kì nhỏ (độ chuẩn trực cao) Độ chuẩn trực tuyệt đối tạo ra, giới hạn nhiễu xạ Tuy nhiên, tia laser có độ phân kỳ nhỏ so với nguồn sáng khác Một tia laser tạo từ laser He-Ne, chiếu từ Trái Đất lên Mặt Trăng, tạo nên hình trịn đường kính khoảng dặm (1,6 kilômét) Một vài laser, đặc biệt với laser bán dẫn, có với kích thước nhỏ dẫn đến hiệu ứng nhiễu xạ mạnh với độ phân kỳ cao Tuy nhiên, tia phân kỳ chuyển đổi tia chuẩn trục thấu kính hội tụ Trái lại, ánh sáng từ laser làm cho chuẩn trực dễ dàng thiết bị quang học, chiều dài đồng pha ngắn nhiều so với tia laser Định luật nhiễu xạ không áp dụng laser truyền thiết bị dẫn sóng sợi thủy tinh Laser cường độ cao tạo nên hiệu ứng thú vị quang học phi tuyến tính Máy đo khoảng cách laser quân loại thiết bị quan trọng Có nhiều loại khác nhau: máy đo cự ly hàng không, máy đo cự ly xe tăng, máy đo cự ly xách tay Máy đo cự ly hàng không đo xác cự ly từ máy bay đến mục tiêu mặt đất, nâng cao độ trúng đích ném bom Nguyên lý hoạt động: đo khoảng thời gian chênh lệch xung laser phát xung phản hồi nhân với tốc độ ánh sáng (≈ 3.108 m/s), lấy kết chia 2, cự ly cần đo Rada laser có độ xác cao rada thơng thường, hướng dẫn hai tàu vũ trụ ghép nối xác khơng gian Máy bay chiến đấu bay tầm siêu thấp, trang bị rada laser né xác tất chướng ngại vật, kể đường dây điện Tuy nhiên, thiết bị laser chịu ảnh hưởng thời tiết, trời mù mưa khoảng cách đo bị giảm nhiều Bom có lắp thiết bị dẫn đường laser có lắp hệ thống lái điều khiển tự động tìm kiếm đánh trúng mục tiêu La bàn laser thay la bàn phổ thông, để đo phương vị máy bay, dùng máy bay phản lực cỡ lớn máy bay chiến đấu tính cao Tia laser đo khoảng cách từ vệ tinh Mặt Trăng đến Trái Đất, đo đạc tồn cầu Ngồi ra, chùm tia laser cịn làm náo nhiệt khơng khí lễ hội Tia laser cịn dùng làm vũ khí, chưa phổ biến Được chia làm hai loại: Vũ khí laser cơng suất thấp làm loá mắt đối phương, dùng tác chiến gần, khoảng cách vài km, trời mưa mù khoảng cách cịn ngắn hơn, xách tay, lắp xe tăng, máy bay trực thăng Vũ khí laser lượng cao dùng chùm tia laser cực mạnh chiếu đến điểm mục tiêu, dừng lại thời gian ngắn để vật liệu chảy khí hố Chùm tia laser mạnh phá huỷ đường điện, gây cháy thùng nguyên liệu máy bay, gây nổ đạn đạo Lắp đặt mặt đất, tàu, máy bay, vệ tinh, có tốc độ nhanh, xác cao, khơng cần thuốc mồi, khơng sinh lực đẩy phía sau, khơng tạo nhiễm nên loại vũ khí "sạch sẽ" Vũ khí laser lắp đặt vệ tinh bắn hạ tên lửa đạn đạo vệ tinh đối phương ... 10 W có khả năng, lý thuyết, đạt đến cường độ sáng hàng triệu W cm vng Trong thực tế, tập trung hồn toàn tia laser giới hạn nhiễu xạ khó (Xem thêm Ứng dụng laser) Tia sáng laser với cường độ... rãnh DVD Cũng điều kiện cho phép laser với cơng suất nhỏ tập trung cường độ sáng cao dùng để cắt, đốt làm bốc vật liệu kỹ thuật cắt laser hay dao laser Ví dụ, laser Nd:YAG, sau q trình nhân đơi... từ laser thường có độ phân kì nhỏ (độ chuẩn trực cao) Độ chuẩn trực tuyệt đối tạo ra, giới hạn nhiễu xạ Tuy nhiên, tia laser có độ phân kỳ nhỏ so với nguồn sáng khác Một tia laser tạo từ laser