Laser và các tính chất của laser, ứng dụng mới nhất của tia laser

- Laser và các tính chất của laser, ứng dụng mới nhất của tia laser.
- Vậy những tính chất và ứng dụng đó như thế nào? để làm rõ điều đó tôi chọn đề tài nghiên cứu:“ TÝnh chÊt, øng dông vµ c¸c øng dông míi nhÊt cña tia laser.
- CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHÙM TIA LASER Mặc dầu laser có bản chất là sóng điện từ nhưng do nguồn phát ra laser khác hẳn so với các nguồn phát ánh sáng thông thường khác nên nó có những tính chất đặc biệt khác với ánh sáng thông thường..
- 1.1 Cường độ tia laser lớn gấp bội lần cường độ tia sáng nhiệt.
- Nếu sử dụng khái niệm về độ sạch phổ:.
- Ta có thể đánh giá đòi hỏi náy theo tỉ số:.
- 1.4 Tính chất không gian của tia laser 1.4.1 Sự ổn định của các mode ngang.
- W(z) bán kính của vòng tròn ở đó cường độ giảm một thừa số e2 s0 với I0 Khi BCH là ổn định thì tính chất không gian còn biểu hiện ở chỗ chùm tia laser ló ra sẽ giữ nguyên tính chất phân bố Gauss khi trong BCH chúng là chùm phân bố Gauss..
- Với chùm tia laser nó có thể tập trung hội tụ ở một điểm có diện tích cỡ λ2..
- Tính chất thời gian của tia Laser Tính chất này được thể hiện trong chế độ làm việc liên tục hay là xung của laser..
- Hầu hết các laser đều có thể phát liên tục trừ laser Ruby hay laser thuỷ tinh iôn hiếm.
- CÁC ỨNG DỤNG CỦA TIA LASER.
- Ứng dụng của laser trong nghiên cứu khoa học:.
- E là cường độ điện trường Khi cường độ sóng lớn như cỡ bức xạ laser thì ta có thể biểu diễn lại độ phân cực như sau: P = Khi E càng lớn thì số hạng bậc cao của E càng trở nên có tác dụng lớn và chúng dẫn đến những hiệu ứng mới trước đây không quan sát được, đó là các hiệu ứng quang phi tuyến.
- Chỉ từ khi có laser, người ta đã sử dụng nguồn sáng này để thu được ảnh khối của vật và nghiên cứu về holography được phát triển rất nhanh và trở thành một ngành khoa học riêng trong vật lí và quang học kĩ thuật.
- Đây là một đặc tính quan trọng của Holography để có thể có được nhiều bản sao chép của vật , dễ bảo quản và nhân lên.
- Do holography có hình khối nên nó có thể ghi lại tín hiệu từ các vật khác nhau trên các vùng khác nhau, nghĩa là có thể cùng một lúc giữ lại nhiều thông tin.
- Nếu người ta ghi lại một lượng thông tin lớn ở một yếu tố thể tích của holography thì nó có thể trở thành bộ nhớ tốt nhất cho máy tính.
- Khi sử dụng các loại ánh sáng khác nhau để ghi lại Holoraphy thì khi phục hồi bằng ánh sáng trắng ta có thể thấy được hình ảnh màu của vật.
- Vì holography cho ta hình ảnh khối vật nên người ta có thể sả dụng mẫu để kiểm tra sản phẩm như lốp ô tô khi so sánh với một lốp chuẩn xem có sai hỏng gì không.
- Nhờ phương pháp này người ta dễ dàng ghi lại hình ảnh khối của các sinh vật nhỏ khi chúng đang chuyển động hoặc ngay cả tên lửa, máy bay khi chúng đang chuyển động để có thể nghiên cứu sự thay đổi theo thời gian của các vât trên theo những mục đích nghiên cứu khác nhau..
- Do tia laser có tính chất là công suất cao, ở chế độ phát xung có thể đạt được công suất cỡ W nên khi bắn tia laser vào vật chất có thể tạo ra được plasma ở nhiệt độ cao.
- Tuy nhiên, do các đồng vị có năng lượng liên kết hóa học sai khác nhau ít nên chỉ có nhờ tia laser có độ đơn sắc cao mới dễ dàng phá hủy liên kết nào đó khi có sự tương tác cộng hưởng.
- Cũng chính nhờ có laser mà các nhà khoa học còn có thể nghiên cứu được phản ứng ở trạng thái kích thích.
- Ứng dụng của laser trong khoa học kĩ thuật: Có thể nói đây là lĩnh vực rộng rãi của sự áp dụng laser và đang có nhiều kết quả lí thú.
- Vì laser có tính chất là độ đơn sắc cao và tính kết hợp cao nên laser được sử dụng rộng rãi và nhanh nhất trong ngành thông tin liên lạc.
- Sử dụng tia laser có những ưu điểm sau: So với sóng vô tuyến dải sóng truyền tin của tia laser lớn gấp bội ví dụ với sóng vô tuyến tần số sử dụng là Hz nên dải sóng truyền tăng lên đến 5.104 lần.
- và với mỗi kênh truyền tin là 6,5 MHz thì sử dụng laser ta có thể có gần 80.105 kênh truyền cùng một lúc và gấp 105 lần kênh truyền khi sử dụng sóng cực ngắn.
- Ngoài ra, do tia laser có tính chất là mang năng lượng lớn nên nó có thể đi xa hơn các sóng vô tuyến.
- Do nếu sử dụng tia laser thì giảm được hang tỷ lần năng lượng cần dung.
- Vì vậy, tia laser được sử dụng trong truyền tin trong vũ trụ..
- Và nếu sử dụng các bước sóng thích hợp có thể truyền tin ở các môi trường khác nhau như trong sương mù, ở dưới biển….
- Trong nghiên cứu vũ trụ:.
- Tia laser được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu vũ trụ, ví dụ như.
- Tia laser được sử dụng để xác định vị trí các vật thể trong vũ trụ.
- Dựa vào tính chất tia laser có cường độ lớn nên có thể khoan, hàn, cắt, gọt kim loại.
- Tia laser có đường kính nhỏ nên có thể thu được các lỗ khoan có đường kính cỡ bước sóng khoan được những kim loại cứng như bạch kim, hồng ngọc…Với các laser xung công suất lớn việc gia công kim loại đợc tiến hành nhanh và hiệu suất cao nên ngày nay nó được sử dụng rộng rãi trong các công đoạn khác nhau.
- Tia laser có độ ổn định về tần số đã trở thành thước đo chiều dài chuẩn.
- Tia laser cũng được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực y học.
- Hiện nay, CO2 được sử dụng như con dao mổ với các đặc điểm là vết mổ được hàn ngay sau khi mổ, đây là một việc rất tốt cho các bệnh nhân bị bệnh máu chậm đông.
- Với các laser phát xung như ruby… người ta cũng sử dụng để đục giác mạc, hàn giác mạc, dán vết bong giác mạc…để chữa mắt.
- Ngoài ra, với các laser xung hay laser liên tục ở các bước sóng khác nhau như laser bán dẫn được dùng để thay các kim châm cứu, là những kim không gây đau và các hậu quả khác cho người sử dụng..
- Dùng tia laser có thể đo được nồng độ các hạt hơi nước trong các đám mây để dự đoán thời tiết.
- CÁC ỨNG DỤNG MỚI NHẤT CỦA TIA LASER.
- Những hiệu ứng sinh học này là cơ sở để sử dụng laser trong y học phục vụ con người.
- Khi sử dụng laser để điều trị thì yếu tố quyết định hiệu quả là liều chiếu, bao gồm các tham số:.
- Công suất.
- Có nhiều thiết bị chuẩn đoán sử dụng laser như.
- Người ta sử dụng các laser nhiệt để phẫu thuật như một dao mổ bằng tia sáng laser.
- Do tác dụng của nhiệt, hai bên đường cắt sẽ sẽ hình thành cột hàng rào sinh học bảo vệ vết mổ nên vết mổ rất vô trùng và không bị chảy máu.Vì chùm tia laser CO2 không nhìn thấy nên trong máy phát laser phải gắn thêm laser He –Ne công suất 1-2 mw phát tia màu đỏ dẫn đường.
- Đặc biệt, dao mổ laser được sử dụng để phẩu thuật những bộ phận ở sâu trong cơ thể mà không làm tổn thương những phần cơ thể nó đi qua.
- Có rất nhiều loại laser công suất thấp được sử dụng để khai thác khả năng kích thích các quá trình sinh học..
- Vũ khí laser khi được bắn ra, tuy không có đạn như súng pháo thường nhưng lại phát ra chùm tia laser năng lượng cao với tốc độ 300.000 km/giây.
- Chùm tia laser gây tác dụng lan chảy càng lớn hơn đối với cơ thể sống, thậm chí gây tử vong.
- Cho nên tia laser từng được mệnh danh là tia chết chóc..
- Tiêu điểm này có thể làm cháy giấy.
- Vậy mà độ sáng của tia laser còn cao gấp vài trăm triệu, thậm chí vài tỷ lần so với ánh nắng Mặt trời.
- Năng lượng của nó dĩ nhiên là rất lớn.
- Do đó, người ta đã sử dụng vũ khí tia laser để bắn máy bay, tên lửa của đối phương.
- Ngoài ra, khi bắn vào mục tiêu dạng kim loại, tia laser còn sinh ra tác dụng phá hoại phụ.
- Đó là dạng ion hình thành dưới nhiệt độ cao của tia laser khi phát ra khỏi bề mặt kim loại, lực phản tác dụng sẽ gây phụ tải xung kích trên bề mặt kim loại, làm biến dạng, phá huỷ nhanh chóng vật thể.
- Một điều cần phải nói thêm là, chùm tia laser còn làm cho người ta bị mù mắt hoặc tạm thời không nhìn thấy gì.
- 3.3 Tia laser phóng tàu vũ trụ Khi rung động, tia laser đốt nóng không khí cho đến khi cháy.
- Để thoát khỏi sức hút trái đất, lâu nay, loài người vẫn sử dụng tàu con thoi, loại tàu phải mang theo hàng tấn nhiên liệu và hai tên lửa đẩy lớn.
- Ý tưởng cơ bản đằng sau kỹ thuật đẩy bằng ánh sáng là sử dụng các tia laser từ mặt đất để đốt nóng không khí đến mức làm không khí nổ tung, đẩy con tàu tiến lên phía trước.
- Nếu thành công, kỹ thuật đẩy bằng ánh sáng sẽ làm con tàu nhẹ hơn hàng nghìn lần, hiệu quả hơn so với các động cơ tên lửa sử dụng chất hoá học và không gây ô nhiễm..
- Chúng ta sẽ xem xét hai kiểu hệ thống đẩy tiên tiến: một kiểu có thể đưa chúng ta từ trái đất lên mặt trăng chỉ trong vòng 5 giờ rưỡi và kiểu kia có thể đưa chúng ta du lịch hệ mặt trời trên các “xa lộ ánh sáng”..
- Nguyên lý rất đơn giản: con tàu sử dụng các tấm gương để thu nhận và hội tụ chùm laser chiếu vào, rồi đốt nóng không khí đến độ không khí nổ tung, đẩy con tàu đi..
- Tia laser carbon dioxit: Tia laser xung 10 kW đang được sử dụng để thử nghiệm con tàu nhẹ này là một trong số những tia mạnh nhất thế giới.
- Vật truyền thứ hai, nằm trên mặt đất, là một gương giống như kính viễn vọng được dùng để hướng chùm tia laser lên con tàu..
- Hydro trên tàu: Một lượng nhỏ chất nổ đẩy hydro được sử dụng để đẩy tên lửa khi khí quyển quá loãng không thể cung cấp đủ không khí..
- Khi nó đang lượn xoáy với một tốc độ tối ưu, tia laser sẽ được bật lên, thổi con tàu lên không trung.
- Tia laser 10 kW này rung động ở mức từ 25-28 lần/giây.
- Ngoài ra, người ta cũng sẽ đặt các gương bên trong con tàu để chiếu một số chùm năng lượng về phía trước.
- Thông qua động cơ gắn kèm, các tia laser giúp nhận biết quang cảnh xung quanh người điều khiển, dự đoán hướng di chuyển của họ để kịp thời bẻ lái bánh xe trước đồng thời kẹp chặt bánh xe sau.
- 3.5 Chiếc đồng hồ chính xác nhất thế giới: Sử dụng công nghệ laser phức tạp và một đơn nguyên tử thuỷ ngân, các nhà khoa học Mỹ đã tạo ra chiếc máy đo thời gian chính xác gần như tuyệt đối, với sai số 1 giây trong cả cuộc đời của vũ trụ - khoảng 15 tỷ năm.
- Các nhà khoa học tại Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ quốc gia ở Boulder, Colorado, đã phát triển một loại đồng hồ nguyên tử mới có thể “tíc tắc” một triệu tỷ lần trong mỗi giây, chính xác gấp 100-1.000 lần so với các đồng hồ vi sóng – xezi hiện nay.
- Nguyên lý làm việc tương tự như các loại đồng hồ nguyên tử ra đời từ thập kỷ 50, nhưng thay vì vi sóng, nó sử dụng ánh sáng quang học có tần số cao hơn, cung cấp thời gian chính xác hơn.
- Mặt khác, với cường độ siêu mạnh, máy có thể giúp khử xạ chất thải nguy hiểm.
- Trong thử nghiệm lần này, cầu nối laser (laser link, là một chùm laser có đường kính vài mét) đã có thể truyền các dữ liệu và hình ảnh với tốc độ 5 megabits trong một giây.
- Các nhà khoa học đã sử dụng hệ thống laser có tên là SILEX (do Cơ quan Vũ trụ châu Âu ESA và Cơ quan Vũ trụ Pháp CNES triển khai) để nối vệ tinh Artemis với vệ tinh thiên văn SPOT 4.
- Nay, sử dụng cầu nối laser, các nhà khoa học đã có thể rút ngắn thời gian truyền tin từ các vệ tinh ở quỹ đạo thấp xuống mặt đất.
- 3.8 Nam châm hoạt động bằng ánh sáng:.
- Chiếc nam châm dẻo (plastic magnet) nhạy cảm với ánh sáng này có thể sẽ mở ra hướng ứng dụng mới cho việc lưu giữ và đọc thông tin: Bộ chứa quang trường (magneto – optic) dùng tia laser sẽ có những ưu điểm như dung dượng lớn, rẻ và nhanh.
- Tác giả, ông Arthur Epstein, Đại học Quốc gia Ohio ở Columbus, và ông Joel Miller thuộc ĐH Utah ở Salt Lake (Mỹ), cho rằng, có thể sử dụng phương pháp hóa học để vi chỉnh những đặc tính của vật liệu.
- Với ổ cứng tương lai, thông tin có thể được đọc, ghi hoặc xóa nhờ các tia laser, thông qua hiệu ứng quang từ.
- Tuy nhiên, Epstein thừa nhận rằng việc sử dụng hiệu ứng này hiện còn rất hạn chế.
- 3.9 Dùng laser di chuyển xung sáng trong khí lạnh Người ta có thể điều khiển đường đi của xung sáng cũng như tần số của nó bằng 3 chùm laser, giữa các nguyên tử khí lạnh.
- Đây là lần đầu tiên người ta có thể giữ một xung sáng, điều chỉnh tần số và di chuyển nó giữa các nguyên tử khí lạnh.
- Về nguyên tắc, các nhà khoa học có thể mã hóa thông tin trong xung sáng để lưu giữ và sử dụng.
- Vì thế, thí nghiệm lần này là một bước tiến mới trên đường tìm kiếm Đây là lần đầu tiên người ta có thể giữ một xung sáng, điều chỉnh tần số và di chuyển nó giữa các nguyên tử khí lạnh.
- Người ta có thể lợi dụng nguyên lý cơ học lượng tử để chuyển chúng thành năng lượng có lợi dưới dạng bức xạ laser.
- Scully nói rằng, để sử dụng khí thải từ ống xả của động cơ bốn kỳ, người ta cần một động cơ lượng tử phụ (quantum afterburner).
- Động cơ phụ này hoạt động theo nguyên lý cơ học lượng tử, tái sử dụng nhiệt lượng thừa của khí thải để chuyển thành năng lượng hữu ích dưới dạng bức xạ laser, nhằm nâng cao hiệu suất của toàn bộ hệ thống.
- Động cơ lượng tử sử dụng các hạt khí thải ở ba trạng thái khác nhau (3 cấp năng lượng).
- Ngoài nhiệt độ cao, người ta có thể dùng các tia tử ngoại, tia X, tia bêta cực mạnh chiếu vào chất khí cũng làm cho nó biến thành plasma.
- Không phải là xa lạ Có thể bạn cảm thấy trạng thái plasma rất hiếm gặp.
- Chỉ có ở một số hành tinh tối và vật chất phân tán trong thiên hà mới có thể tìm thấy chất rắn, chất lỏng và chất khí.
- Hơn nữa, trong tầng ion xung quanh trái đất, trong hiện tượng cực quang, trong khí phóng điện sáng chói ở khí quyển và trong đuôi của các sao chổi đều có thể thấy trạng thái kỳ diệu này.
- 3.12 Làm tia laser đứng yên trong tinh thể ν0