- Ví dụ, sự đồng pha của tia laser cho phép nó hội tụ tại một điểm có kích thước nhỏ nhất cho phép bởi giới hạn nhiễu xạ, chỉ rộng vài nanômét đối với laser dùng ánh sáng. - Tính chất này cho phép laser có thể lưu trữ vài gigabyte thông tin trên các rãnh của DVD. - Cũng là điều kiện cho phép laser với công suất nhỏ vẫn có thể tập trung cường độ sáng cao và dùng để cắt, đốt và có thể làm bốc hơi vật liệu trong kỹ thuật cắt bằng laser. - Trong thực tế, thì sự tập trung hoàn toàn của tia laser trong giới hạn nhiễu xạ là rất khó. - Hệ thống đó có thể phóng ra tia liên tục mà không cho các hạt xuống mức năng lượng bình thường, vì thế vẫn giữ tần suất. - Laser bán dẫn đầu tiên với tia phát ra có thể thấy được được trưng bày đầu tiên cùng năm đó. - Ánh sáng laser: Năm 1960 Laser ( Light Amplification by Simulated Emission of Radiation-khuếch đại ánh sáng bởi bức xạ cảm ứng) ra đời đã mở đường vào lĩnh vực tương tác giữa các photon với các khối vật chất – thường gọi là photonics.Nhờ những tính chất đặc biệt mà tia laser có những ứng dụng đặc biệt quan trọng.. - Các đặc điểm của tia laser:. - Độ định hướng cao: tia laser phát ra hầu như là chùm song song do đó khả năng chiếu xa hàng nghìn km mà không bị phân tán. - Tính đồng bộ của các photon trong chùm tia laser: Có khả năng phát xung cực ngắn: cỡ mili giây (ms), nano giây, pico giây, cho phép tập trung năng lượng tia laser cực lớn trong thời gian cực ngắn.. - Hấp thụ, bức xạ, tự phát xạ và bức xạ cảm ứng Xét một nguyên tử có thể tồn tại chỉ một trong hai trạng thái với năng lượng tương ứng là E1 và E2 (E1 <. - E2) Lúc đâu hệ tồn tại ở mức thấp nhất E1.ta có thể kích thích hệ bằng cách chiếu vào một phổ liên tục .Photon có năng lượng E2 tới tương tác với nguyên tử đó.Photon sẽ biến mất sau khi nhường năng lượng của nó cho nguyên tử để nguyên tử chuyển lên trạng thái có năng lượng cao hơn E2 .Quá trình này gọi là sự hấp thụ photon của nguyên tử. - Trạng thái phân bố nghịch đảo –Bơm quang học Năm 1939 nhà vật lý người Liên xô chỉ ra rằng có thể nhận được một môi trường mà trong đó cường độ ánh sáng sẽ được tăng cường nhờ vào bức xạ cảm ứng. - Xét một hệ đơn giản gồm 2 mức mỗi mức có năng lượng tuân theo phân bố Boltzmam. - năng lượng lớn hơn sẽ có số hạt ít hơn E2 >. - E1 ứng Sơ đồ các mức năng lượng-cơ sở hoạt động của laser rubi. - Bước 1:chuyển về trạng thais trung gian E2 không kèm theo bức xạ.Các ion ở mức E3,E4 truyền một phần năng lượng của mình cho dao động mạng (photon) và chuyển vào trạng thái trung gian là mức E2.Điều đặc biệt ở đây là trạng thái trung gian E2 là trạng thái giả bền,có thời gian sống trung bình cỡ 10-2 s,lớn chừng 105 lần thời gian sống ở trạng thái kích thích thông thường,cho nên mật độ hạt ở mức này có thể đạt được rất lớn,lớn hơn hẳn mức E1,để ta có phân bố nghịch đảo là điều kiện cần cho bức xạ cảm ứng.. - Chú ý ở đây ta đang có điều kiện phân bố nghịch đảo cho hai mức E1 E2 khi có sự chuyển mức tự phát trạng thái trung gian E2 về trạng thái ban đầu E1 , một phô ton (bước sóng 694,3nm) được phát ra.Do sự phân bố nghịch đảo ,photon này có thể gây ra bức xạ cảm ứng làm xuất hiện thêm photon mới giống hệt photon ban đầu .Photon mới này tạo ra bức xạ cảm ứng mới và quá trình này cứ tiếp diễn ...Kết quả là số photon được nhận thêm .Cần nhớ là mới có hướng truyền ,tần số,pha,và phân cực hoàn toàn với photon đã tạo ra chúng.Do vậy các photon có hướng trùng với trục của hình trụ rubi sẽ được phản xạ nhiều lần qua hai đầu hình trụ ,trên đường đi gặp các ion Cr+3 ,làm photon mới được nhận thêm ,nên chùm sáng theo hướng trục sẽ mạnh lên rất nhiều lần .Các photon theo hướng khác cuối cùng cũng sẽ đi ra khỏi tinh thể qua mặt bên của hình trụ. - Tia laser rubi mang tính chất đặc biệt:. - Điều làm cho laser khí có hiệu suất cao là do môi trường khí bao giờ cũng có nhiều chuyển dời có khả năng phát ra tia laser mà mức cuối là mức kích thích chứ không phải mức của trạng thía cơ bản.các nguyên tử ở mức cuối ấy có thể khỏi đó nhanh và trở về trạng thái cơ bản một cách tức thời,để sẵn sàng tái lập mật độ phân bố nghịch đảo ở muwca kích thích.. - Ánh sáng laser phát ra trong trường hợp này là do bức xạ cảm ứng giữa các mức quay thuộc hai đám phổ dao động cùng với một cấu hình điện tử,vì vậy thường ở trong vùng hồng ngoại .Do các mức dao động này rất bền nên chúng có khả năng tích trữ năng lượng cao,kết hợp với bộ phận điều khiển bức xạ,các laser phân tuer khí có thể tạo ra những xung nano giây nhọ mà năng lượng tập trung ,cho công suất lớn lên nghìn lần.. - 5) tia laser. - Laser có thể được cấu tạo để hoạt động ở trạng thái bức xạ sóng liên tục (hay CW - continuous wave) hay bức xạ xung (pulsed operation). - Sự đảo nghịch mật độ (electron) cần thiết cho hoạt động laser được duy trì liên tục bởi nguồn bơm năng lượng đều đặn.. - Trong chế độ phát xung, công suất laser luôn thay đổi so với thời gian, với đặc trưng là các giai đoạn “đóng” và “ngắt” cho phép tập trung năng lượng cao nhất có thể trong một thời gian ngắn nhất có thể. - Các dao laser là một ví dụ, với năng lượng đủ để cung cấp một nhiệt lượng cần thiết, chúng có thể làm bốc hơi một lượng nhỏ vật chất trên bề mặt mẫu vật trong thời gian rất ngắn. - Nó có thể vạch ra các đường cắt nhỏ, chính xác, vừa cắt vừa đốt,có thể làm ngưng chảy máu trong một thể tích rất nhỏ, có thể làm tan biến mảng co thắt trong mạch máu trong cơn trụy tim của người bệnh. - Có thể đưa chum laser vào trong than người nhờ sợi quang, dung nó để chữa các khối u, cắt mổ, tránh được nhiễm trùng và chảy máu. - Phẫu thuật nội soi + Phẫu thuật tế bào: Với chùm tia laser cực mạnh, kéo dài trong một phần triệu của một phần tỷ giây, các nhà nghiên cứu Anh đã cho bốc hơi các cấu trúc nhỏ bé bên trong tế bào mà không làm phương hại đến chính tế bào đó. - Tương lai, kỹ thuật này có thể được dùng để thực hiện các cuộc vi phẫu thuật siêu chính xác. - Trong tương lai, các dao mổ laser có thể cắt sâu vào bên trong các mô mà không mở rộng vết thương của bệnh nhân, hoặc có thể dùng tiêu diệt các khối u ngay khi chúng còn ở giai đoạn trứng nước - tức chỉ có vài tế bào. - Ngoài ra, kỹ thuật này có thể có ích trong việc nghiên cứu các quá trình bên trong tế bào, như sự phân chia của nó. - 1.2: Điều trị tế bào ung thư Mới đây, các nhà khoa học Trường đại học Washington cho biết, họ vừa phát triển thành công một chùm tia laser có thể làm tan các khối u trong não. - Đây là một phát minh có thể cứu sống những người mắc phải các khối u trong não mà cho đến tận bây giờ các bác sĩ vẫn chưa tìm ra cách phẫu thuật. - Ông nói: "Ưu điểm của công nghệ này là bạn có thể bẻ cong tia sáng và sử dụng nó để tiếp cận các khu vực mà bình thường không thể".. - Để có thể vừa nhìn xa vừa nhìn gần, người bệnh phải đeo kính hai tròng hay kính đa tiêu cự. - Có thể phẫu thuật hai mắt cùng ngày. - Bệnh nhân có thể về nhà một giờ sau mổ. - 1.5: Dùng laser đưa các gene lạ vào tế bào Hai nhà nghiên cứu Đức đã thành công trong một kỹ thuật mới đưa ADN vào tế bào, bằng cách dùng tia laser khoét một lỗ hổng trên lớp màng, cho phép ADN dễ dàng lọt vào trong. - Kỹ thuật này có thể sẽ thúc đẩy sự phát triển của các liệu pháp gene. - Uday Tirlapur và Karsten Konig của Đại học Friedrich Schiller ở Jena đã sử dụng một tia laser hồng ngoại để tạo ra lỗ thủng trên màng tế bào của động vật có vú, sau đó đưa ADN vào trong. - ADN này mã hóa cho một protein phát ra ánh sáng xanh lục, vì thế nhóm nghiên cứu có thể xác nhận sự tồn tại của nó nhờ vào hiện tượng phát sáng của tế bào.. - Những hình ảnh này được tạo ra nhờ chiếu tia laser vào một màn hình nước với sự điều khiển từ máy tính. - Khi hai tia sáng laser từ hai hệ thống gương nói trên gặp nhau tại một điểm trên màn hình nước, điểm đó sẽ phát sáng và mắt thường có thể nhìn thấy được. - Mặt khác, những hình ảnh này là hình phẳng, nên chỉ có thể nhìn thấy từ một phía, cụ thể trong lễ khai mạc là từ khán đài A.. - 3.5 Đồng hồ đa năng không kim sundial Với ý tưởng của một nhóm thiết kế Hàn Quốc, đồng hồ không đơn thuẩn chỉ để xem giờ mà còn có thể thực hiện nhiều việc khác nữa.. - Ngoài việc xem giờ Sundial còn có thể truy xuất nhiều loại thông tin khác. - Sundial được kết nối đồng bộ với một máy tính qua đường truyền vô tuyến như sóng Blu-tooth hoặc Wi-Fi và hiển thị thông tin bằng tia laser.. - Vòng tròn lớn cuối cùng có chức năng phát ra các tia laser sau khi đã được xử lý để có thể hiển thị dưới dạng ngôn ngữ lựa chọn. - Trong quân sự 4.1: Súng laser 4.2: Tổng quan về YAL-1 YAL-1 là loại vũ khí laser năng lượng cao hay còn được gọi là hệ thống vũ khí laser đường không (Airborne Laser-ABL).. - Máy phóng ra tia laser được gắn trên một tháp pháo ở đầu máy bay, các thiết bị hồng ngoại và thiết bị laser hỗ trợ bắn được gắn trên lưng của máy bay. - Mặc dù các nhà khoa học Mỹ đã giấu kín nguyên tắc chi tiết quá trình này, nhưng vẫn có thể hiểu được rằng, những hạt electron tồn tại ở các mức năng lượng riêng biệt trong một nguyên tử. - Các mức năng lượng có thể hiểu là tương ứng với các quỹ đạo riêng biệt của electron xung quanh hạt nhân. - Electron ở bên ngoài sẽ có mức năng lượng cao hơn những electron ở phía trong. - Khi có sự tác động vật lý hay hóa học từ bên ngoài, các hạt electron này cũng có thể nhảy từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao hay ngược lại. - Các quá trình này có thể sinh ra hay hấp thụ các tia sáng (photon) theo giả thuyết của Albert Einstein. - Bước sóng (do đó màu sắc) của tia sáng phụ thuộc vào sự chênh lệch năng lượng giữa các mức. - Quy trình khuyếch đại tia laser (Ảnh Airforce-technology) Khi 1 photon tới va chạm vào hoạt chất laser thì kéo theo đó là 1 photon khác bật ra bay theo cùng hướng với photon tới. - Đối với YAL-1, tia laser được tạo ra từ buồng cộng hưởng chứa hoạt chất laser và lần lượt được khuếch đại qua 06 buồng cộng hưởng (gồm 06 modules thông liên tục với nhau) trong một tim của hệ thống“Coil”. - Khi các sensor phát hiện dấu hiệu mục tiêu tên lửa, một hệ thống chùm tia laser năng lượng yếu được phát ra để theo dõi hành trình của tên lửa, đo các số liệu về tên lửa, tốc độ di chuyển và tình trạng chuyển động của không khí. - Máy phóng tia laser gắn ở đầu chiếc Boeing 747 (Ảnh Airforce-technology) Sau khi thu được các số liệu về mục tiêu, hệ thống máy tính của YAL-1 sẽ có chức năng xử lý và ra chỉ thị cho thiết bị bắn chuẩn bị các số liệu chuẩn để phát ra một chùm tia laser hướng tới mục tiêu, quá trình bắn tia laser năng lượng cao được kéo dài trong khoảng 5 giây. - YAL-1 sử dụng nhiên liệu hóa học để tạo ra tia laser năng lượng cao. - Mỗi máy bay Boeing 747-400F có thể mang đủ nhiên liệu phục vụ cho 20 phát bắn năng lượng cao hoặc 40 phát bắn năng lượng thấp chống lại các tên lửa đạn đạo chiến thuật với lớp vỏ mỏng và yếu hơn. - Bắn tia laser xa hàng trăm km (Ảnh Airforce-technology) 4.3 Công nghệ laser dùng trong việc liên lạc với tàu ngầm. - Gần đây, các nhà nghiên cứu của hải quân Mỹ đang hoàn thiện một phát minh mới, cho phép dùng tia laser trong việc liên lạc với tàu ngầm. - Người lính ngồi trong khoang lái có thể dùng một cần điều khiển để chọn điểm phóng của chùm laser. - Với công suất từ 500 đến 2.000 Watt, chùm laser có thể xuyên thủng vỏ thép của mìn, đạn, pháo, khiến chúng bùng nổ. - Theo các nhà khoa học, Zeus có thể phát hiện những quả đạn thối, mìn điếc với vỏ nhựa hoặc kim loại ở khoảng cách từ 25 đến 250 mét. - Nó sẽ đánh thẳng vào mục tiêu nào do tia laser chỉ đến. - Tia sáng cực mạnh này có thể do một chiếc máy bay khác hoặc lính bộ binh chiếu từ khoảng cách 16 km.. - Nhờ đó nó có thể tiếp nhận tín hiệu hướng dẫn của vệ tinh và đủ khả năng tác chiến trong điều kiện mây và khói dày đặc. - Ánh sáng laser có thể được bắt và hội tụ tới mật độ cực cao vào một điểm rất nhỏ, cỡ vài micromet, do đó laser được ứng dụng trong vi điện tử học, tạo các vi mạch tinh xảo, hàn kết nối các kim loại nặng với cấu trúc rất nhỏ. - Nhờ có tính định hướng tốt và cường độ cao, tia laser có thể có tiết diện không đổi , cỡ 1mm, trên một khoảng cách rất lớn, trải qua cả dãy núi, Người ta dùng laser để phục vụ các phép đo trên các địa hình phức tạp và rộng lớn. - Thí nghiệm này có thể kiểm chứng lý thuyết của Einstein về trường hấp dẫn.. - Nhóm khoa học tin rằng, với việc đo đạc này, họ có thể khám phá nhiều khía cạnh của lực hấp dẫn. - Trong đó, điều đầu tiên có thể được kiểm nghiệm là nguyên lý đồng nhất của Einstein. - Điều đáng nói là, việc bắn chùm tia laser chính xác lên gương này không hề đơn giản. - trong miền khả kiến, từ 4.1014 Hz đến 7.1014Hz, sự truyền tin có thể mang dung lượng lớn hơn gấp hang trục lần. - Ngoài ra, laser khí và bán dẫn cho hồng ngoại khi truyền đi sẽ ít bị tổn thương hao trên trái đất và có thể ra được ngoài không gian vũ trụ. - 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. - 8.1: Phóng tàu vũ trụ bằng tia laser. - Ý tưởng sử dụng một chùm tia laser từ mặt đất cung cấp năng lượng cho tàu vũ trụ hoạt động Nhưng không lâu nữa, các con tàu vũ trụ sẽ lướt vào không gian trên một chùm tia laser, cần rất ít hoặc không cần chất nổ đẩy và không hề gây ô nhiễm.. - 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.. - 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.. - 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. - Laser với cường độ thấp, chỉ là vài miliwatt, cũng có thể nguy hiểm với mắt người. - Tại bước sóng mà giác mạc mắt và thủy tinh thể có thể tập trung tốt, nhờ tính đồng nhất và sự định hướng cao của laser, một công suất năng lượng lớn có thể tập trung vào một điểm cực nhỏ trên võng mắt. - Kết quả là một vết cháy tập trung phá hủy các tế bào mắt vĩnh viễn trong vài giây, thậm chí có thể nhanh hơn. - Với độ I, tia laser tương đối an toàn. - Với độ IV, thậm chí chùm tia phân kỳ có thể làm hỏng mắt hay bỏng da. - Ví dụ, trái với những gì xuất hiện trên phim như Star Wars, tia laser không bao giờ nhìn thấy trong chân không, do chân không không cótán xạ ánh sáng. - Trong không khí, tia laser có thể va chạm với bụi hay vật cản trên đường và bị tán xạ, tạo ra các tia lóe sáng. - Kĩ xảo này ứng dụng cho tia laser có thể nhìn thấy, như trong mục đích chụp ảnh, bằng cách tăng số lượng các hạt trong không khí, như là dùng bình xịt thơm.. - Tia laser với cường độ cao có thể nhìn thấy trong không khí nhờ vào tán xạ Rayleigh hay tán xạ Raman. - Với các tia có cường độ cao hơn, tập trung tại một điểm nhỏ, không khí có thể bị nung lên đến trạng thái plasma, do đó laser có thể được thấy nhờ bức xạ từ plasma này. - Tuy nhiên sự tăng áp suất đột ngột khi không khí bị nóng nhanh có thể tạo ra tiếng nổ lớn, và tạo ra sự phản hồi của tia laser làm hư thiết bị (tùy vào thiết kế của laser).. - Một vài cảnh phim miêu tả hệ thống an toàn sử dụng laser đỏ, có thể được vô hiệu hóa bởi các nhân vật bằng việc là sử dụng gương, khi người này nhìn thấy tia laser bằng cách rải các bụi trắng vào không khí. - Thực tế thì hệ thống an toàn có thể dùng