


I.Khái Niệm và Các Tia Laser Đầu Tiên
II.Nguên Lý Gia Công
III.Thiết Bị và Dụng Cụ
IV.Thông Số kỹ Thuật và Khả Năng Công Nghệ.
V.Đặc Điểm và Dụng Cụ.
 
!
 !"#!$"%& '(
)*+,)**-'./+!+0
10+,2340 565+,,+!7.0+
0!&89!5:()*039;609
< :+/=30>9+&?+#(@
90 5 ')?+5A>3"23.9&
B>+>C"0! ,0 ,#&D-'#
E5F65 ',*0+,?+5 GH0AI&IJ
++300AG+,19K> ,30"L+M
656+A>3"23.9&/> 'NO63C
0PPQRSTP+U0Q+)R+00US)0V3
G)W39+>'(&
"#$ 
 1; '+30X-+JYZI"[B+&D50!
\NTCV&DL0! ] '+>\N^
+ 1;"[_H9+`BTJJ-+JYZIV6H8+a
Page J

D0 1;"[_H9+30-+JYZJ6")b 1;"[
S0"8[_H9+R-+JYZc6Hdc3D)efP
1;"[_H9+-+JYZg65-+JYZX6H+0!-+

;X&J5:/>+,Nn&0>[
HHATg3XV3<p+G0!HJT>
V6<>;(0+G>"WHH"[ q2c[!
r W6<00 '53F30*NE&
00>3!+3*500600>2
3Ls3LF&t>)u0 00
>: ,)N0*N3L1A#!00>5 E-
' :G=H2X61_!"WA#![!3*
K00&v ]#>;HA[ 1
+,?+2&?+>w +,/H,* :.
-'!+, :+6 M3.1!; :+>9 ,*
",! 55:; xIII
I
0J+&
 ./01234,5/26,3758.9:,59;.<=>3?@8<A208B,-+,-e
a8X&cy>;@O;+>vanBe
Page n

Hình 5.2
D>;@?+&
cV\A#!
nViq#
gV\N
XVA#!01
ZVA#!XIo
zV/H,*
xV
Page g

YV


|=3.93 •>p=3?& 0!>%3F
>L9+"L+M)*> r0)*E
?+&
|{.9,)1?+)*#0
CDEFG
!A93?@8.HIJ
5L :K0!6GK0!
03.9/!0;+0!HEp&5:"0!
HeC6=3H&
K.HIJJL,
5:51N/E3F+\N&S G
\N0!'/&DG39!0E>'/
+,)u)3mL6;0!>>++,3WHN
0L343%)*. Laser thủy tinh hợp chất nêodim có công
Page Z
+,-(*C"

suất bức xạ lớn và tần số lặp lại cao. Công suất trung bình của chùm ánh sáng có thể
đạt đến hàng trăm KW trong một tương lai không xa.
Nhược điểm của loại laser rắn là hiệu suất thấp, chỉ cỡ 5 ÷ 7%. Tuy nhiên, loại laser
rắn có kích thước tương đối gọn nhẹ nên được ứng dụng trong rất nhiều lónh vực khác
nhau như trong thông tin liên lạc, vô tuyến truyền hình, trong công nghiệp, y tế, quân
sự, …
Trong các loại laser rắn, người ta chú ý nhiều nhất đến laser bán dẫn. Môi trường
hoạt tính của chúng là các bán dẫn loại N hay loại P (gecmani, silic, axenit gali …).
Loại laser bán dẫn có hiệu suất cao hơn hẳn bất kỳ loại laser nào khác. Về lý thuyết,
hiệu suất của các loại laser bán dẫn có thể đạt tới 100%. Tuy nhiên, trên thực tế hiệu
suất của loại laser này chỉ đạt đến 70%. Việc chế tạo loại laser bán dẫn cũng còn gặp
một số khó khăn kỹ thuật, do đó hiệu suất của chúng chưa đạt được cao lắm. Tất

*Laser lỏng:
Một trong những phương hướng mới của laser là laser có môi trường hoạt tính chất
lỏng. Có hai loại chất lỏng thường dùng là các hỗn hợp hữu cơ kim loại và chất màu.
Loại hỗn hợp hữu cơ kim loại chứa một số nguyên tố hiếm như êropi. Môi trường hữu
cơ đóng vai trò trung gian, nhận năng lượng cho nguồn ánh sáng kích thích, truyền lại
cho các nguyên tử êropi. Các nguyên tử êropi bò kích thích và bức xạ ánh sáng với
bước sóng 0,61 µm (màu đỏ).
Nhược điểm của các loại laser hữu cơ lỏng là môi trường hoạt tính không bền vững,
chất hữu cơ bò phân hủy dưới tác động của ánh sáng kích thích. Gần đây người ta thay
chất hữu cơ bằng chất vô cơ để tránh sự phân hủy nói trên. Loại laser chất lỏng vô cơ
có công suất bức xạ và hiệu suất khá cao, có thể sánh vai cùng các loại laser rắn với
hợp chất nêodim. Hiện nay loại laser vô cơ lỏng có thể cho công suất trung bình gần
500 W ở chế độ xung, và ở chế độ xung đơn với năng lượng hàng trăm Jun.
Page x

Tuy nhiên, chất lỏng oxít clorua selen là một loại chất độc, có hại cho cơ thể con
người, do đóù khi làm việc với nó phải tuân theo nhiều biện pháp an toàn phức tạp.
Nói chung, cũng như các loại laser khác, laser chất lỏng cũng có những ưu điểm riêng
của nó. Điều dễ dàng nhìn thấy nhất là việc làm nguội môi trường hoạt tính rất đơn
giản, bằng phương pháp lưu thông dòng chất lỏng trong laser .
Các loại laser như đã nói ở trên đều cần nguồn cung cấp điện để tạo ra môi trường
hoạt tính. Nguồn điện năng được sử dụng có thể dưới dạng dòng điện cao tầng để ion
hóa hỗn hợp khí trong laser khí, hoặc dòng điện một chiều chạy qua lớp tiếp xúc P-N
trong laser bán dẫn, hoặc dưới dạng ánh sáng đèn chiếu sáng như trong các laser rắn
… Các phương pháp kích thích môi trường hoạt tính này đều có hiệu suất khá cao và
cho công suất bức xạ của laser lớn. Tuy nhiên, trong thực tế không phải nơi nào cũng
có nguồn điện năng. Như vậy, sự ra đời của laser khí động học và laser hóa học là
một giải pháp thực tế nhất.
*Laser Gama:
Trong những năm gần đây, ngành điện tử lượng tử đã phát triển rất mạnh. Sự phát

mà nói rằng đó là phương pháp cuối cùng của kỹ thuật laser.
Sự ra đời và phát triển rất mạnh của kỹ thuật laser đã góp phần rất lớn vào việc giải
quyết nhiều vấn đề kỹ thuật và nghiên cứu khoa học.
III.2.Cấu tạo máy laser:
Những nguyên tử, cũng tương tự như phân tử, cũng có cấu trúc năng lượng, các mức
đó mang tính chất lượng tử, khoảng cách các mức cũng cố đònh với từng loại phân tử.
Nhờ đó mà các phân tử đều có thể bức xạ điện tử nếu chúng bò kích thích. Muốn cho
các nguyên tử phát ra ánh sáng (sóng điện từ nói chung) chúng phải được kích thích,
Page JI

tức là electron phải được đẩy lên mức năng lượng cao hơn. Có thể dùng: đốt nóng,
dùng ánh sáng mạnh chiếu vào, dòng điện đi qua. Khi nhận năng lượng này electron
nhảy lên mức năng lượng cao hơn, chúng sống tạm một thời gian ở mức năng lượng
mới và sẽ trở về mức năng lượng cũ và phát ra ánh sáng. Do đặc điểm bức xạ tự phát
nên trong một thời điểm electron chuyển mức năng lượng bức xạ ra proton khác tạo
nên một quá trình vô cùng nhanh. Khi các electron chuyển mức năng lượng thì quá
trình bức xạ sẽ dừng lại, do đó chúng ta phải có nguồn kích thích năng lượng từ bên
ngoài để tiếp tục đẩy các electron lên mức cao hơn.
Tóm lại tia laser truyền đi đơn sắc, song song với độ phân kỳ lớn, độ sáng cao, tiêu
biểu cho sự khuyếch đại ánh sáng bởi sự bức xạ được kích hoạt. Máy laser là một bộ
phận tạo ra bức xạ ánh sáng với các mức năng lượng lớn và có thể điều khiển được.
Khi chiếu vào một vật liệu mức năng lượng này đủ lớn để gây ra hiệu ứng cục bộ.
Sức nóng của tia laser được điều khiển để ra kết quả mong muốn ở vùng cụ thể và
đảm bảo biến dạng là nhỏ. Dưới đây là nguyên lý máy laser:
Page JJ
Nguồn sáng
Nguồn sáng
Bàn
Hệ thống
làm mát

, CO
2
+ Chất rắn: Tinh thể và thủy tinh hợp chất (hồng ngọc, thạch anh …)
+ Chất lỏng: các dung dòch sơn, chất hữu cơ, vô cơ.
Môi trường hoạt tính của chất khí thường được sử dụng trong laser có công suất lớn,
phương pháp kích thích đơn giản.
Đối với laser rắn dạng tròn, môi trường hoạt tính là chất rắn dạng tròn, chữ nhật,
dạng tâm … Người ta thường dùng nguồn ánh sáng kích thích từ bên ngoài.
* Môi trường hoạt tính khí:
Loại laser khí được sử dụng tương đối phổ biến vì việc kích thích phóng điện và
điều khiển tương đối dễ dàng. Ta có thể chia làm 3 loại laser khí: nguyên tử trung
hòa, loại ion hóa, loại phân tử.
Phần cơ bản của máy laser là ống kính làm bằng thủy tinh hay sứ chứa môi trường
khí, hai đáy của ống hình trụ làm bằng muối đá hay axê magali cho ánh sáng đi qua
với bước sóng 0,16 µm để làm giảm sự mất mát do sự phản xạ trở lại từ bề mặt các
cửa sổ. Các cửa sổ này nếu đặt nghiêng với trục của ống 1 góc Bruster thì không bò
Page Jc

phản xạ lại. Để kích thích sự phóng điện bằng dòng điện một chiều hay xoay chiều
tần số thấp, đưa hai cực vào ống và nối chúng với nguồn điện áp. Với dòng điện xoay
chiều tần số cao, chỉ cần kích thích sự phóng điện bằng cách đưa điện áp đến hai vành
kim loại áp vào thành ngoài ống. Để tạo sự phản hồi dương ở hai đầu ống khí, đặt hai
gương quang học tạo thành hệ cộng hưởng mở mang tên Phabripero. Hai gương này
phải song song và vuông góc trục ống. Nhờ hệ thống như gương này Proton sinh ra do
bức xạ sẽ di chuyển qua môi trường hoạt tính nhiều lần. Một trong hai gương sẽ là
gương trong suốt.
Hình 5.5. Sơ đồ nguyên lý laser khí.
*Môi trường hoạt tính rắn:
Page Jn
Máy phát

nh sáng phản
xạ lại từ gương
Môi trường
hoạt tính
Mặt gương

Hình 5.6. Sơ đồ nguyên lý hoạt động laser bán dẫn.
III.2.2. Nguồn kích thích:
Muốn cho môi trường hoạt tính làm việc ta phải tạo nên vùng đảo hạt ở mức năng
lượng cao. Để làm được việc đó chúng ta phải cung cấp cho môi trường hoạt tính một
năng lượng. Có nhiều phương pháp để kích thích môi trường hoạt tính.
Hình 5.7. Các loại nguồn kích thích.
Nguồn sáng đèn: phương pháp này thường được sử dụng với các laser rắn, nguồn ánh
sáng gồm một hay nhiều đèn xenon. Để tập trung ánh sáng từ các đèn lên môi trường
hoạt tính người ta dùng hệ thống gương phản chiếu. Đối với thanh hoạt tính hình trụ
hệ thống gương hình ellipe. Ngoài ra người ta còn dùng các loại đèn chiếu hình xoắn.
Page JX
Gương phản chiếu
Thanh hoạt tính
P


‚

Hình 5.8. Nguồn sáng đèn với laser và hệ thống quang học HL 54 P.
Nguồn kích thích dòng điện: đối với môi trường hoạt tính khí người ta thường dùng
dòng điện cao tầng để tạo nên môi trường phóng điện ion hóa. Đối với dòng điện một
chiều hay tần số thấp người ta phải đưa điện cực trực tiếp vào môi trường khí.
Bộ cộng hưởng quang học: sau khi tạo được lớp đảo, môi trường hoạt tính trở
thành môi trường khuyếch đại ánh sáng. Để có thể nhận được ánh sáng phải tạo nên

c
{
J
Môi trường hoạtH
Lăng H
Gương phản
#ƒ

rất cao, và do đó nhiệt độ tại đó cũng lên rất cao. Tùy theo mục đích và yêu cầu kỹ
thuật mà nhiệt độ sẽ được đều chỉnh cho phù hợp.
Hình 5.11. Sơ đồ máy laser khí.
III.2.3.Các bộ phận máy Laser gồm:
+ Máy phát tia laser: Có thể làm việc ở chế độ hoạt động theo xung hay liên tục.
Tuỳ theo nhiệt độ ở điểm tập trung mà ta chọn máy laser có công suất lớn hay nhỏ,
và chế độ hoạt động liên tục hay gián đoạn (xung), tần số của xung.
Page Jx
Nguồn điện và
mạch đònh thì
Lăng kính hoặc
gương phản xạ
Hệ thống làm mát
Đèn ống
Gương phản xạ
bán phần
Laser rắn
hoặc khí
Tia laser đi ra
Bao kín với bề mặt bên
trong phản xạ được
Hình 5.12. Máy tạo laser năng lượng cao HL 4006 D.

Page cI
X
JI
g
Z
z
x
Y
c
n
J
Bộ cung cấp và điều khiển
điện.
Buồng phản xạ ánh sáng.
Đèn phát xung.
Thanh hồng ngọc.
Gương phản xạ toàn phần.
Gương phản xạ bán phần.
Thấu kính hội tụ.
Chi tiết.
Bàn gá.
Tế bào quang điện.

Hình 5.14. Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy K-3M.
Trên hình 5.15 giới thiệu 1 máy có kết cấu khác.
Thanh hồng ngọc 8 có ∅ = 6,3 mm và dài 63 (mm) đặt trong 1 pha phản xạ có đặt
1 đèn xung dùng khí trơ xênon 7 dạng bút chì dài 76 (mm), được cấp 1 dòng điện xung
từ phía ngoài gồm tụ điện 4 với điện dung 400 µF và cuộc cảm 3 được nối với biến
thế 6 tạo xung với điện thế 14 (kV). Khi đóng mạch điện bằng bộ cầu dao 1 vào bộ tụ
phóng.

n
c
J
X
Z
Máy phát quang lượng tử.
Màng ngăn.
ng ngắm.
Vật kính của kính hiển vi.
Tấm kính bảo vệ.
Chi tiết gia công.
Bộ nguồn

Hình 5.16. Sơ đồ máy phát laser kiểm MLC-1.
b. Các phương pháp tập trung chùm laser.
Để tạo nên mật độ năng lượng cao tại vò trí gia công tùy thuộc vào mục đích
công nghệ, có thể dùng nhiều biện pháp khác nhau. Hiện nay thường dùng các biện
pháp sau:
* Dùng thấu kính hội tụ.
Khi dùng thấu kính cầu (hình 5.17a) thì tia laser tập trung trên bề mặt gia công là
hình tròn nên có thể dùng để gia công lỗ, hàn điểm. Nếu cung cấp cho chi tiết gia
công một chuyển động tương đối phù hợp với hình dạng yêu cầu thì có thể gia công
được các lỗ, rãnh hoặc hàn những mối hàn có hình dáng phức tạp.
Khi dùng thấu kính hình trụ (hình 5.17b) vết tập trung sẽ có dạng dài, hẹp để gia
công các rãnh hẹp, …
Phương pháp này có ưu điểm là tập trung toàn bộ năng lượng chùm tia vào vò trí
gia công, nhưng mật độ năng lượng phân bố không đều, càng xa tâm trục quang mật
độ càng thấp dẫn đến lỗ, rãnh sẽ bò côn hoặc hẹp dần theo chiều sâu.
Page cn
J

B
‚
‚
0
‚
J
c
n
g
X
J

Kích thước gia công phụ thuộc vào tính chất vật liệu gia công, mật độ năng lượng
chùm tia, tính chất của hệ thống tập trung năng lượng, thời gian tác dụng chùm tia vào
vật gia công hoặc số lượng xung, …
Sau khi tập trung, mật độ năng lượng của chùm tia phân bố không đều trên vết tập
trung của nó. Theo kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả thì mật độ năng lượng của
chùm tia sau khi tập trung phân bố theo quy luật chuẩn (Gauss) như hình 5.39.
Hình 5.19. Sự phân bố mật độ năng lượng của chùm tia tại vò trí tác dụng.
Hiện nay, gia công lỗ nhỏ bằng chùm tia laser rất có hiệu quả. Đường kính lỗ nhỏ
nhất có thể đạt đến d = 4 µm. Nhờ laser không những có thể gia công được kim loại,
mà còn gia công được lỗ nhỏ d = 0.025÷0,25 mm trên những thạch anh, sứ, thủy tinh …
IV.Các thông số và khả năng công nghệ.
Do laser có tính đònh hướng và khả năng hội tụ cao nên có thể dùng để gia công các
vật liệu rắn như thép không rỉ, titan và hợp kim titan, vonfram, thủy tinh, sứ …
Page cX
‚
0
„ 
0