§§3. SỰ KHUYẾCH ĐẠI ÁNH SÁNG ĐI QUA MỘT MÔI TRƯỜNG.
Bây giờ ta thử giả thuyết có một trường hợp: Trong một môi trường số hạt ở trạng thái
kích thích lớn hơn số hạt ở trạng thái căn bản : n2 > n1. Trong trường hợp này, photon kích
động sẽ gặp các hạt ở trạng thái kích thích nhiều hơn ở trạng thái căn bản. Khi đó hiện
tượng bức xạ sẽ mạnh hơn hiện tượng hấp thụ và kết quả ng
ược với trường hợp trên, khi
truyền qua môi trường, ánh sáng mạnh hơn lên. Thực vậy, khi một photon kích động gặp
một hạt ở trạng thái kích thích và gây ra sự phát xạ thì một photon thành hai. Cứ như thế số
photon tăng lên rất nhanh, Và khi truyền qua môi trường, ta được một chùm tia sáng có
cường độ mạnh.
Như vậy, vấn đề là: Muốn có một chùm tia sáng cực mạnh bằng cách được khuyếch đại
lên như trên, ta phải làm cách nào có n2 > n1. Đ
ó là sự “đảo ngược dân số“. Môi trường khi
bị đảo ngược dân số như vậy được gọi là môi trường hoạt tính.
Để số hạt có năng lượng cao nhiều hơn hạt số hạt có năng lượng thấp, người ta phải cung
cấp năng lượng cho môi trường, phải “bơm” năng lượng cho nó. Một trong các cách làm
nghịch đảo dân số là phương pháp “bơm” quang học. Kỹ thuật này đưa đế
n giải Nobel về
vật lý cho nhà bác học Pháp Kastler năm 1966 (công trình này của Kastler được thực hiện từ
năm 1950). Kastler dùng một chùm tia sáng có cường độ mạnh làm bơm để bơm năng
lượng cho môi trường khiến nó trở thành hoạt tính. Phương pháp bơm quang học thường
được dùng với các chất rắn và chất lỏng. Với laser khí, người ta thường nghịch đảo dân số
bằng cách phóng điện trong khí kém.

§§4. BỘ CỘNG HƯỞNG.
Với điều kiện n2 > n1, môi trường cho khả năng có thể thực hiện sự khuyếch đại cường
độ ánh sáng, nhưng muốn có được một chùm tia Laser có đặc tính định hướng cao độ thì chỉ
có môi trường hoạt tính thì chưa đủ, mà còn cần một bộ phận gọi là bộ cộng hưởng. Bộ
phận này vừa có tác dụng tăng cường cường độ ánh sáng, vừa có tác dụng định hướng chùm
tia laser khi nó phóng ra khỏ
i máy. Trong trường hợp đơn giản nhất, bộ phận cộng hưởng

C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o

r
a
c
k
.
c
o
m

dn/dt là số photon phát ra do sự phát xạ kích động trong một đơn vị thời gian. Vậy P = (n2 – n1)B ( h(
* Mất năng lượng do phản chiếu :
Trên thực tế, năng suất phản xạ ( của các gương bao giờ cũng nhỏ hơn 1. Do đó một
phần ánh sáng bị mất đi do sự phản xạ trên các gương. Cường độ ánh sáng mất đi trong một
đơn vị thời gian do sự phản xạ là :

với

L = chiều dài giữa hai gương M1 và M2
C = vận tốc truyền sáng.
* Mất năng lượng do nhiễu xạ :
Một phần ánh sáng cũng bị mất đi do hiện tượng nhiễu xạ khi ánh sáng tới các gương

−
−
=
1
T
I
dt
dt
px
−
=

)1(
1
α
−
=
C
L
T

2nx
dI I
dt T
−
=

λ
C
D

p
nn
'
12
>−

TBh
nn
T
P
ν
ζ
1
12
'
>−⇒=
M
1
H. 2

L

D

M
2
Click to buy NOW!
P
D
F

c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u

đều đồng pha nên ánh sáng laser là một chùm ánh
sáng điều hợp. Chính vì vậy, chùm tia laser có thể gây ra những tác dụng rất mạnh (tổng
hợp các chấn động đồng pha).
3. Tính song song.
Chùm tia laser phát ra song song với trục, với một góc loe rất nhỏ.
Năm 1962, một chùm tia laser được chiếu lên mặt trăng có góc loe là 3 x 10-5 rad.

§§7. CHẾ TẠO LASER.
1. Laser hồng ngọc (Ngọc hồng tảo).

Hồng ngọc (Rubis) là tính thể oxid nhôm Al2O3 có lẫn một lượng nho ion Cr +++,
chính các ion Cr +++ này đóng vai trò hạt hoạt tính. Loại máy này gồm một thanh hồng
ngọc hình trụ dài vài cm, đường kính vài mm (gần đây người ta dùng thanh hồng ngọc tới
20cm) để làm đảo ngược dân số.

M
1
H
. 4

M
2
λ (A
o)

a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!

c
k
.
c
o
m
Khi máy tụ điện phóng điện vào đèn Xênon, đèn phát ra xung ánh sáng có cường độ rất
mạnh rọi vào thanh hồng ngọc trong một thời gian ngắn. Các xung phát ra liên tiếp này đã
bơm năng lượng để biến môi trường thành hoạt tính. Các photon do đèn phát ra tới thẳng
góc với thanh hồng ngọc. Các ion Cr +++ hấp thụ ánh sáng trong vùng vàng lục của đèn
chiếu tới, nhảy từ mức năng lượng cơ bản E1 lên mức nă
ng lượng E3. Đời sống ở mức này
rất ngắn nên gần như tức thời các hạt Cr +++ rơi xuống mức năng lượng E2 có đời sống khá
dài (( 5.10-3s), chính vì vậy hạt ở mức E2 mới có thể lớn hơn số hạt ở mức E1.
Khi bị kích thích, các ion Cr +++ từ E2 rơi trở về mức căn bản E1 và phát ánh sáng đỏ
có độ dài sóng 6.943Ao. các photon này di chuyển song song với trục của thanh hồng ngọc,
b
ị dội đi dội lại giữa hai gương M1 và M2 khiến số photon tăng lên nhanh và gấp bội, khi đã
vượt qua thềm phát xạ kích thích, tia laser bắn ra ngoài.

Như vậy ta thấy laser hồng ngọc tảo đỏ hoạt động theo chế độ phát xung. Tia laser bắn
ra cách nhau chừng vài phút, tác động mỗi lần trong một thời gian rất ngắn (( 10-6s) và phát
ra một năng lượng ( 0,1 joule, nghĩa là có công suất 105 watt (trong thời gian đó tiêu thụ tớ
i

H
.5
E
3
E
2
6943A
E
1
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g
e

V
i
e
w
e
r
w
w

i
e
w
e
r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m


bức xạ truyền qua.

(
)
(
)
,,Pt Et
γ
λγ
=
rr
rr
H
. 7
E
1
E
4
He

He
*
E
1
E
3
E
4
6328A
o

r
w
w
w
.
d
o
c
u
-
t
r
a
c
k
.
c
o
m
Click to buy NOW!
P
D
F
-
X
C
h
a
n
g