1 Tổng quan về Laser
1.6An toàn laser
Với sự phát phát triển của công nghệ, laser đã trở thành phương tiện sử dụng trong nhiều lĩnh vực: phòng thí nghiệm, công nghiệp, quân sự, dân dụng, giải trí. . . Chính điều đó, hàng loạt tai nạn liên quan laser cũng không ngừng tăng lên. Trong phần lớn tai nạn, thì mắt là bộ phận hay bị thương vong nhất. Nguyên nhân tai nạn chủ yếu bắt nguồn từ sự thiếu ý thức về an toàn lao động, sự thiếu hiểu biết về mức độ nguy hại của laser và chủ đích xấu trong việc sử dụng. Vì vậy, trước khi dùng nguồn sáng laser thì cần nắm rõ mức độ nguy hiểm của nó được xếp vào hạng nào.
Có năm loại xếp hạng được định nghĩa như sau:
Hạng 1 Laser có công suất rất nhỏ không nguy hại cho mắt trong bất kì điều kiện quan sát nào.
Hạng 2 Laser phát ánh sáng trong vùng khả kiến có công suất dưới 1 mW. Laser này chưa thật sự nguy hiểm cho mắt nếu ánh sáng của nó quét vào mắt dưới 250 ms (là thời gian mà mắt đủ phản ứng nhắm lại).
Hạng 3A Nhóm này tập trung các loại laser, có công suất dưới 5 mW, chưa nguy hiểm cho mắt trần nhưng có khả năng nguy hại cho mắt nếu nhìn trực tiếp hoặc quan sát qua một hệ phóng đại quang học.
Hạng 3B Laser có công suất dưới 500 mW. Luôn nguy hiểm cho mắt nếu nhìn trực tiếp bằng mắt trần (và nguy hiểm hơn khi quan sát ánh sáng của laser này qua hệ phóng đại quang học), nhưng sự phản xạ của thành phần tán xạ thì chưa đủ gây nguy hiểm cho mắt.
Hạng 4 Laser liên tục có công suất lớn hơn 500 mW và tất cả các laser xung. Ngay cả thành phần tán xạ cũng đã rất nguy hiểm cho mắt trần. Tia laser này có thể gây cháy, bỏng da. Tuyệt đối phải sử dụng kính bảo hộ trước khi laser vận hành.
Người sử dụng laser cần luôn chú ý vấn đề an toàn cho mắt, vì ngay cả laser hạng 1 cũng trở nên nguy hiểm nếu thao tác cẩu thả. Khi làm việc với laser thì tránh làm việc trong bóng tối, nhằm hạn chế thương vong cho mắt nếu xảy ra tai nạn, vì đồng tử của mắt dãn tối đa nên khả năng gom ánh sáng để hội tụ trên võng mạc là lớn nhất.
Thông tin trên được tổng hợp từ tạp chí Société Fran¸caise d’Optique (SFO-Avril 1998) và các tài liệu hướng dẫn về an toàn laser.
Chương 2
Tạo xung ánh sáng trắng femto giây bằng sợi quang tinh thể
Sự dãn rộng phổ hay sinh ra tần số mới là đề tài đã được nghiên cứu rất nhiều trong lãnh vực quang phi tuyến, và đặc biệt là sau khi ra đời máy phát laser vào năm 1960 [23]. Hiện tượng này được quan sát trong quá trình tạo xung ánh sáng trắng, sinh ra khi xung laser phổ hẹp chịu một sự dãn phổ rất lớn do tương tác với môi trường phi tuyến. Trong vấn đề nghiên cứu về xung ánh sáng trắng (supercontinuum:SC), chúng tôi quan tâm đặc biệt đến sợi PCF với lõi chiết xuất cao. Nhờ vào tính chất phi tuyến cao do diện tích lõi nhỏ và sự chênh lệch lớn về chiết suất, giữa lõi và mạng lưới lỗ trống, mà loại PCF này có khả năng tạo ra xung SC ngay cả với những nguồn laser năng lượng thấp. Đặc điểm của xung SC là có độ rộng phổ lớn (có thể lên trên 1000 nm) và thời gian xung ngắn (có thể rút xuống cỡ dưới một trăm femto giây). Chính điều này, mà SC đóng vai trò quan trọng trong vấn đề khảo sát các hiện tượng cực nhanh và nó được phát triển để làm nguồn sáng cho kĩ thuật đo phổ quang học phân giải theo thời gian. Do đối tượng nghiên cứu của các hiện tượng cực nhanh hiện nay tập trung nhiều vào các phân tử sinh học, có phổ hấp thụ trong vùng tử ngoại, nên việc phát triển PCF để tạo ra SC có phổ lệch về phía bước
sóng ngắn đang là hướng được quan tâm nhiều [9, 10, 11, 12]. Bên cạnh đó, quá trình hình thành SC chứa đựng rất nhiều yếu tố quang phi tuyến đang xen lẫn nhau, nên việc kiểm soát các tính chất của SC là rất phức tạp. Chính điều này mà sự hình thành SC đang là vấn đề được nghiên cứu rất mạnh hiện nay về cả mặt thực nghiệm lẫn lí thuyết [11, 16, 5]. Nếu tạo ra SC bằng những phương pháp cổ truyền (sử dụng môi trường chất rắn tinh thể, chất lỏng hay khí) thì cần phải kích thích bằng những xung laser có năng lượng cao (>1µJ). Để cung ứng đủ mức năng lượng trên thì cần phải sử dụng tới những hệ laser khuyếch đại. Nhược điểm của việc sử dụng nguồn laser năng lượng cao là chí phí giá thành lớn, và phải sử dụng kết hợp với các phương tiện hỗ trợ thoát nhiệt để ổn định SC, ví dụ như trường hợp tạo SC bằng tinh thể CaF2. Lợi ích của việc thay thế các phương tiện cổ truyền bằng PCF là việc tạo SC chỉ cần những xung laser có năng lượng nhỏ (1 nJ). Điều đó cho phép đơn giản hóa khi xây dựng thí nghiệm và hạ giá thành của dự án [12]. Tuy nhiên, để có thể sử dụng PCF như một nguồn phát xung ánh sáng trắng cho các ứng dụng thì các thông số của SC ở đầu ra phải thỏa mãn các yêu cầu khắc khe về mặt kĩ thuật. Trong hầu hết các ứng dụng thì SC được yêu cầu phải có độ thăng giáng thấp, phổ rộng và cường độ phân bố đều. Với một số ứng dụng đặc biệt, như quang phổ phân giải theo thời gian, thì ngoài các yêu cầu trên SC phải đơn xung (nghĩa là không có sự vỡ xung SC cơ bản thành một đoàn xung kéo dài) [7, 12]. Hay những ứng dụng vào các phép đo liên quan đến sự bất đẳng hướng thì phải cần tới SC phân cực [18, 5]. Việc tạo ra SC là một quá trình phức hợp, tập trung nhiều hiệu ứng phi tuyến khác nhau, các yếu tố tán sắc, sự lưỡng chiết của môi trường và các mode lan truyền [19, 20]..., nên các đối tượng nghiên cứu trong lãnh vực này là rất rộng lớn. Tuy nhiên, phạm vi của nghiên cứu của đề tài chỉ
dừng lại ở việc tạo xung SC femto giây bằng sợi PCF và phân tích, một cách định tính, vai trò của các hiện tượng quang học phi tuyến trong quá trình mở rộng phổ.