- 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. - Năm 1970, Zhores Ivanovich Alferov của Liên Xô và Hayashi và Panish của Phòng thí nghiệm Bell đã độc lập phát triển laser diode hoạt động liên tục ở nhiệt độ trong phòng, sử dụng cấu trúc đa kết nối. - Laser là ánh sáng có nhiều tính chất đặc biệt hơn hẳn ánh sáng tự nhiên hay nhân tạo khác và có những công dụng rất hữu ích có thể áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật và đời sống, tạo nên cả một cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật sau khi nó ra đời. - Đến năm 1954, các nhà bác học Anh, Mỹ đã đồng thời sáng chế ra máy phát tia laser ứng dụng vào thực tế. - Như vậy nguyên lý của máy phát laser chính là làm sao cho nguồn sáng chiếu vào môi trường hoạt chất laser không bị yếu đi để có thể kích hoạt liên tục các phần tử vật chất cho số phân tử ở mức B luôn nhiều hơn ở mức A, như vậy số photon bức xạ sẽ được phát sinh nhiều đến mức tối đa. - 5) tia laser III. - Một ví dụ về cơ chế hoạt động của laser có thể được miêu tả cho laser thạch anh. - Tia sáng đi ra chính là tia laser. - Tùy theo loại hoạt chất laser ta sẽ thu được các tia laser với tên gọi khác nhau:. - Có thể phát liên tục tới 100W hoặc phát xung với tần số 1000-10000Hz. - CO2: bước sóng 10.600nm thuộc phổ hồng ngoại xa, công suất phát xạ có thể tới megawatt (MW). - Các tính chất của tia Laser. - Sự chênh lệch bước sóng này còn gọi là phổ ánh sáng của chùm ánh sáng. - Trước khi có laser các nhà vật lý đã tạo được các chùm ánh sáng đơn sắc có chênh lệch bước sóng từ 1Ao đến 10nm, nhưng để sử dụng trong nghiên cứu khoa học. - Trong khi đó mức chênh lệch bước sóng của chùm ánh sáng laser có thể tới 0,1 Ao. - Nhờ vậy, laser có độ định hướng lý tưởng, có thể chiếu đi rất xa, đến mức người ta có thể dùng laser để đo những khoảng cách trong vũ trụ.. - Nhựng nguồn laser công suất mạnh có thể sử dụng trong công nghiệp nạêng như khoan cắt vật liệu, hay chế tạo các loại vũ khí, khí tài quân sự. - Các loại laser sử dụng trong y học là những laser có công suất thấp như laser He – Ne công suất chỉ khoảng từ 2MW đến 10MW. - 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. - 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… b. - 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. - Dùng tia laser có thể đo được nồng độ các hạt hơi nước trong các đám mây để dự đoán thời tiết. - 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. - Trong chuẩn đoán, 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. - 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. - Do mỗi loại laser có độ hội tụ khác nhau và mỗi loại tổ chứa mô cơ thể có khả năng hấp thu khác nhau nên người ta dựa vào đó để tính toán liều chiếu và cách chiếu sao cho laser chỉ tác dụng chọn lọc tại một nơi theo ý đồ sử dụng.. - Kể cả tổn thương bên ngoài cơ thể như u máu, việc sử dụng laser để phá hủy khối u là phương pháp điều trị tối ưu. - Có rất nhiều loại laser công suất thấp được sử dụng để khai thác khả năng kích thích các quá trình sinh học.. - Trong thẩm mỹ sử dụng laser theo 2 hướng: Giải phẫu thẩm mỹ và săn sóc thẩm mỹ (Nội khoa thẩm mỹ). - Được sử dụng phổ biến và hiệu quả cao như LASER CO2, ND- YAG, Erbium,Q-Nd, Fraxel, V-beam, Ruby, laser kết hợp CO2 – erbium/YAG, vv… 1. - Trong giải phẩu thẩm mỹ: thường sử dụng laser nhiệt như một con dao mổ, phổ biến nhất là laser CO2, laser Argon và laser YAG.. - Laser sử dụng trong săn sóc thẩm mỹ chủ yếu là laser lạnh, công suất thấp.. - Đặc biệt, laser được sử dụng ngày càng phổ biến trong các kỹ thuật chăm sóc da trong quá trình trẻ hóa da (Rejuvenation).. - Tất nhiên như đã nói ở trên, việc sử dụng laser đòi hỏi phải nắm vững kỹ thuật và thành thạo để có chỉ định chính xác về liều chiếu, nơi chiếu và phương pháp chiếu, nhằm đạt hiệu quả cao nhất với sự an toàn tuyệt đối.. - vì vậy , mỗi loại laser sử dụng cho những phần da khác nhau (tác dụng chọn lọc) với liều chiếu khác nhau. - Hồi phục và duy trì vóc dáng trẻ trung của cơ thể Cần lưu ý: Laser có nhiều ứng dụng hiệu qua trong y học nói chung và thẩm mỹ nói riêng, nhưng việc sử dụng laser trong thực tế đòi hỏi sự hiểu biết đầy đủ và tuân thủ nghiêm ngặt các qui định về chế độ an toàn cho cả bac sĩ và bệnh nhân.. - Ngày nay, ở các nước tiên tiến người ta đã chế tạo ra nhiều máy phát nhiều loại laser khác nhau dùng trong thẩm mỹ.Các máy laser hiện đại đều được chương trình (computerized) nên rất tiện lợi cho việc sử dụng.. - Ở Việt Nam, từ hàng chục năm qua, laser đã được ứng dụng trong y học nói chung và trong giải phẫu thẩm mỹ cũng như săn sóc thẩm mỹ nói riêng, những người hành nghề trong lĩnh vực thẩm mỹ cũng đã luôn cập nhật những tiến bộ của thế giới và tiếp thu nhanh chóng công nghệ mới để sử dụng có hiệu quả trong thực tế. - 4.Ứng dụng mới của laser. - 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. - Tiêu điểm này có thể làm cháy giấy. - Do đó, người ta đã sử dụng vũ khí tia laser để bắn máy bay, tên lửa của đối phương. - b.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. - 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.. - 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. - 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. - Chiếc nam châm dẻo, chạy bằng ánh sáng (laser) là loại đầu tiên được làm từ các phân tử hữu cơ (carbon). - 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. - 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.