THUYẾT LƢỢNG TỬ ÁNH SÁNG
Bài 34: SƠ LƢỢC VỀ LAZE
I. CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA LAZE
1. Định nghĩa: Laze là một nguồn sáng phát ra một chùm sáng có cường độ lớn dựa trên việc ứng dụng hiện tượng phát xạ cảm ứng
2. Đặc điểm: Có tính đơn sắc cao, tính định hướng cao, tính kết hợp rất cao, và cường độ lớn 3. Sự phát xạ cảm ứng:
- Khi một nguyên tử đang ở trạng thái kích thích, sẳn sàn phát ra một photon có năng lượng = hf nếu gặp một phôtôn có năng lượng cũng bằng'= hf bay lướt qua nó thì lập tức nguyên tử này cũng phát ra một phôtôn có cùng năng lượng (tính đơn sắc cao )và bay cùng phương(tính định hướng cao ) với phôtôn'
- Sóng điện từ ứng với phôtôncùng pha và dao động trong một mặt phẳng song song với mặt phẳng dao động của sóng điện từ ứng với phôtôn ' ( tính kết hợp cao, cường độ sáng cao )
4. Cấu tạo của laze: Tùy vào vật liệu phát xạ, người ta tạo ra laze khí, rắn, và laze bán dẫn - Laze rắn: Laze Rubi (hồng ngọc) (là Al2O3 có pha Cr2O3)
Gồm một thanh rubi hình trụ hai mặt được mài nhẵn, ở mặt 1 được mạ bạc trở thành gương G1 có mặt phản xạ quay vào trong, mặt 2 là mặt bán mạ (tức mạ một lớp mỏng để cho50% phản xạ, 50%
truyền qua ) là gương G2 có mặt phản xạ quay về G1 và song song với G1
- Hoạt động:
+ Dùng một đèn xenon chiếu sáng thanh rubi để dưa ion crôm lên trạng thái kích thích
+ Ion crom bức xạ vuông góc với hai gương và bị phản xạ qua lại nhiều lần tạo ra các ion crôm phát xạ cảm ứng
+ Ánh sáng được khuếch đại nhiều lần. Chùm tia laze được lấy ra từ gương G2
II. MỘT VÀI ỨNG DỤNG CỦA LAZE
- Trong y học: dùng như dao mổ, chữa một số bệnh ngoài da
- Trong thông tin liên lạc:dùng trong vô tuyến định vị, liên lạc vệ tinh, điều khiển con tàu vũ trụ ….
- Trong công nghiệp: dùng trong việc khoan cắt, tôi, hàn với những vật liệu như kim loại, compôzit…
- Trong trắc địa: dùng để đo khoảng cách, tam giác đạc, ngắm đường thẳng - Laze còn được dùng trong các đầu đọc đĩa CD, bút chỉ bản đồ, …. .
B. BÀI TẬP
I. Tự luận
1. Để đo khoảng cách từ Trái Đất đến Mặt Trăng người ta dùng một lazer phát ra những xung ánh sáng cú bước súng = 0, 52àm, chiếu về phớa Mặt Trăng và đo khoảng thời gian giữa thời điểm xung được phỏt ra và thời điểm một máy thu đặt ở Trái Đất nhận được xung phản xạ. Cho biết thời gian kéo dài của một
xung là τ = 100ns và khoảng thời gian giữa thời điểm phát và nhận xung là 2, 667s. Lấy c = 3. 108m/s; h = 6, 625. 10-34J. s
a. Tính khoảng cách giữa Trái Đất và Mặt Trăng vào thời điểm đo.
b. Tính công suất của chùm lazer.
c. Tính số phôtôn chứa trong mỗi xung.
d. Tính độ dài của mỗi xung ánh sáng.
ĐS: a. L 4. 108m; b. P = 1011W; c. N 2, 62. 1022 phôtôn ; d. l = 30m
2. Người ta dùng một lazer CO2 cócông suất P = 10W để làm dao mổ. Tia Laze chiếu vào chỗ nào sẽ làm cho nước của phần mô ở chỗ đó bốc hơi và mô bị cắt. Chùm lazer có bán kính r = 0, 1mm và di chuyển với tốc độ v = 0, 5cm/s trên bề mặt của một mô mềm. Cho nhiệt dung riêng của nước là c = 4, 18J/kg. độ, nhiệt hóa hơi riêng của nước là L = 2260kJ/kg và khối lượng riêng của nước D = 1000kg/m3. Ước tính chiều sâu cực đại của vết cắt. (lưu ý: Nước trong phần mô có nhiệt độ 370C, nước bốc hơi ở 1000C)
ĐS: h 4mm
3. Người ta dùng một lazer hoạt động dưới chế độ liên tục để khoan một tấm thép. Công suất của chùm tia lazer là P = 10W, Đường kính của chùm sáng là d = 1mm. Bề dày của tấm thép là e = 2mm. Nhiệt độ ban đầu của tấm thép là 300C. Khối lượng riêng của thép D = 7800kg/m3. Nhiệt dung riêng của thép c = 448J/kg.
độ. Nhiệt nóng chảy riêng của thép = 270 kJ/kg. Điểm nóng chảy của thép Tc= 15350C a. Tính thời gian khoang thép.
b. Tại sao thời gian theo kết quả trên chỉ là gần đúng?
Đs: t 1, 16s II. Trắc nghiệm
Câu 1: Khi dùng bút laze để chỉ bản đồ người thuyết minh không cần dùng đến tính chất nào của laze?
A. Tính chất đơn sắc B. Tính định hướng cao C. Tính kết hợp cao D. Cường độ mạnh
Câu 2: Đặc điểm nào sau đây của tia laze là không đúng?
A. có tính định hướng cao
B. Không bị khúc xạ khi đi qua lăng kính C. có cường độ mạnh
D. Có tính đơn sắc cao
Câu 3: Hiệu suất của một laze:
A. . Nhỏ hơn 1 B. Bằng 1 C. Lớn hơn 1 D. Rất lớn so với 1
Câu 4: Sự phát xạ cảm ứng là gì ?
A. đó là sự phát ra photon bởi một nguyên tử
B. đó là sự phát xạ của một nguyên tử ở trạng thái kích thích dưới tác dụng của một điên từ trường có cùng tần số
C. đó là sự phát xạ đồng thời của hai nguyên tử có tương tác lẫn nhau
D. đó là sự phát xạ của một nguyên tử ở trạng thái kích thích, nếu hấp thụ thêm một photon có cùng tần số
Câu 5: Khi một photon bay đến gặp một nguyên tử thì có thể gây ra những hiện tượng nào dưới đây?
Chỉ ra câu sai
A. không có tương tác gì
B. hiện tượng phát xạ tự phát của nguyên tử
C. hiện tượng phát xạ cảm ứng, nếu nguyên tử ở trạng thái kích thích và photon có tần số phù hợp D. hiện tượng hấp thụ ánh sáng, nếu nguyên tử ở trạng thái cơ bản và photon có tần số phù hợp
Câu 6: Một nguyên tử hydro đang ở mức kích thích N (hình vẽ). Một photon có năng lượng ε bay qua. Photon nào dưới đây sẽ không gây ra sự phát xạ cảm ứng nguyên tử?
A. ε=EN-EM B. ε=EN-EL C. ε=EN-EK
D. ε=EL-EK
Câu 7: Một photon có năng lượng 1, 79 eV bay qua hai nguyên tử có mức kích thích 1, 79 eV, nằm trên cùng phương của photon tới. các nguyên tử này có thể ở trạng thái cơ bản hoặc trạng thái kích thích.
Gọi x là số photon có thể thu được sau đó, theo phương của photon tới. Hãy chỉ ra đáp số sai:
A. x = 0 B. x = 1 C. x = 2 D. x = 3
Câu 8: Màu đỏ của rubi do ion nào phát ra?
A. ion nhôm B. ion oxy C. ion crom D. các ion khác