LASER VÀ ỨNG DỤNG
TS. Nguyễn Thanh Phương
Bộ môn Quang học và Quang điện tử

Mở đầu
06/11/2013 3
Out line
45 lý thuyết + bài tập:
Chương I: photon và nguyên tử
Chương II: khuếch đại laser
Chương III: phát xạ laser
Chương IV: các loại laser và ứng dụng
Giáo trình: B. E.A. Saleh and M. C. Teich, Fundamentals of Photonics,
John Wiley & Sons, Inc. 2007.

Chương 13, 14, 15

06/11/2013 4
Laser là gì?
femto-second TiSa laser Femtosource-200, by Femtosource
standing-wave fs-oscillator
06/11/2013 5
Laser là gì?
amplifier: Titan-
Saphire crystal
multilayer dielectric
mirror on piezo-
electric transducer
multilayer dielectric
chirped mirror
single-axis


MASER
laser
Complex laser system:
octave-spanning optical frequency comb
Grating Enhanced
External Cavity Diode Laser
A.Wicht et al.,
Appl. Phys. B 78 (2004) 137
Laser là gì?
folded feedback cavity
with confocal geometry
volume holographic
transmission phase grating
laser diode mount
with TEC-cooler
l/4-waveplate for frequency-stabilization
06/11/2013 9
Tại sao phải nghiên cứu lasers?
Lasers are used for medical applications
06/11/2013 10
Tại sao phải nghiên cứu lasers?
Lasers may be the key part for future power plants (fusion reactors)
tubes contain the laser beams
1 ns pulse duration, 45 kJ/pulse,
100 TW peak power
Lawrence-Livermore Laboratory, USA,
National Ingnition Facilty, NOVA laser system
06/11/2013 11
Tại sao phải nghiên cứu lasers?

Laser là gì?
LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) consists of
two units:
(i) Khuếch đại quang: Biến đổi năng lượng bơm thành “bức xạ kết hợp"
(ii) Buồng cộng hưởng: cung cấp hồi tiếp quang học để duy trì dao dộng
Buồng cộng hưởng
Chùm tia
laser
Môi trường khuếch đại
Chương I: photon và nguyên tử
I.1. Nguyên tử, phân tử và chất rắn
I.1.1. Mức năng lượng
06/11/2013 19
a) Phương trình Schrödinger
I.1.1 Mức năng lượng
Trong đó: : hàm sóng của hạt ħ: hằng số Planck rút gọn ~ 1,054×10
−34
Js
V: thế năng của hạt m: khối lượng của hạt

r: tọa độ của hạt t: thời gian j: đơn vị ảo
t
tr
jtrtrVtr
m 


),(
),(),(),(
2

dxdydz

(1.4)
06/11/2013 20
b) Mức năng lượng nguyên tử
- nguyên tử Hydro và các ion tương tự:
hạt nhân có điện tích +Ze, 1 điện tử có điện
tích - e: V(r ) = - Ze
2
/r, từ PT (1.3):
I.1.1 Mức năng lượng
M
r
: khối lượng nguyên tử rút gọn; Z: số thứ tự
nguyên tố trong bảng hệ thống tuần hoàn
n: số lượng tử chính xác định các giá trị năng
lượng có thể của điện tử trong nguyên tử
3,2,1,
1
2)4(
222
42
 n
n
eZM
E
o
r
n


Với giá trị l cho trước, số lượng tử từ m có thể nhận các giá trị m = 0,

1,

2

l: xác định độ lớn hình chiếu của mômen động lượng quỹ đạo lên
hướng của trường ngoài l
H
= mħ. Như vậy:
)1(  lll 

(1.6)
l = 0,1,2 n-1: số lượng tử quỹ đạo xác định độ lớn mômen động lượng quỹ
đạo của điện tử
06/11/2013 22
I.1.1 Mức năng lượng
Mômen toàn phần của điện tử:
Số lượng tử spin s mô tả trạng thái chuyển động của điện tử trong nguyên
tử, s = 1/2, xác định độ lớn hình chiếu của mômen động lượng spin lên
hướng của trường ngoài S
H
= sħ.
S

)1(  SSS 

(1.8)
SlJ


(1.11)
(1.12)

 

Z
i
Z
j
ji
Z
i
i
r
e
r
Ze
rV
1 1
,
2
1
2
)(
r
j
là khoảng cách từ điện tử i tới hật nhân, r
i,j
là khoảng cách giữa các điện tử i và j
Trạng thái của mỗi được mô tả bởi n, l, m và s. Tuy nhiên năng lượng của

22
42


(1.13)
 = e
2
/ħc là hằng số cấu trúc tinh vi, m
e
là khối lượng nguyên tử
06/11/2013 24
I.1.1 Mức năng lượng
Nguyên lý Pauli: Ở mỗi trạng thái lượng tử được đặc trưng bằng bốn số
lượng tử n, l, m, s chỉ có thể có tối đa một điện tử
Số điện tử có chung n, l, m là 2
Số điện tử có chung n, l là 2(2l +1)
Số điện tử có chung n là 2n
2

Số lượng tử
chính (n)
1 2 3 4
Số lượng tử
quỹ đạo (l)
0
Ký hiệu phân
lớp
1s
Số điện tử tối
đa trong 1