BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI
TIỂU LUÂN
LAZER- NGUYÊN LÝ VÀ ỨNG DỤNG
Họ và tên: Lương Thị Hà
Khoa: Vật lí
Lớp : Ak59
MSSV : 595103019
Hà Nội 2011
I.Lịch sử
Laser được phỏng theo maser, một thiết bị có cơ chế tương tự nhưng tạo ra tia vi sóng hơn
là các bức xạ ánh sáng. Maser đầu tiên được tạo ra bởi Charles H. Townes và sinh viên tốt
nghiệp J.P. Gordon và H.J. Zeiger vào năm 1953. Maser đầu tiên đó không tạo ra tia sóng
một cách liên tục. Nikolay Gennadiyevich Basov và Aleksandr Mikhailovich Prokhorov
của Liên bang Xô viết đã làm việc độc lập trên lĩnh vực lượng tử dao động và tạo ra hệ
thống phóng tia liên tục bằng cách dùng nhiều hơn 2 mức năng lượng. 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. Năm 1964, Charles Townes, Nikolai Basov và Aleksandr Prokhorov cùng
nhận giải thưởng Nobel vật lý về nền tảng cho lĩnh vực điện tử lượng tử, dẫn đến việc tạo
ra máy dao động và phóng đại dựa trên thuyết maser-laser.
Laser hồng ngọc, một laser chất rắn, được tạo ra lần đầu tiên vào năm 1960, bởi nhà vật lý
Theodore Maiman tại phòng thí nghiệm Hughes Laboratory ở Malibu, California. Hồng
ngọc là ôxít nhôm pha lẫn crôm. Crôm hấp thụ tia sáng màu xanh lá cây và xanh lục, để lại
duy nhất tia sáng màu hồng phát ra.
Robert N. Hall phát triển laser bán dẫn đầu tiên, hay laser diod, năm 1962. Thiết bị của
Hall xây dựng trên hệ thống vật liệu gali-aseni và tạo ra tia có bước sóng 850 nanômét, gần
vùng quang phổ tia hồng ngoại. 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.
II. Khái niệm về lazer

chất giống nhau ta sẽ thu được chùm sáng laser. 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. Khi đó, bằng
các thiết bị đặc biệt, nguồn sáng bức xạ này sẽ được chọn lọc và khuyếnh đại để phát ra
một chùm ánh sáng đơn sắc, gồm những tia sáng có cùng hướng, có bước sóng gần tương
đương và có độ tập trung cao. Đó chính là laser.
2. Cấu tạo máy phát laser, bao gồm các bộ phận chính:
- Hoạt chất laser: Là môi trường chứa các hoạt chất có khả năng phát ra bức xạ laser khi
được kích hoạt bằng một nguồn năng lượng.
- Nguồn nuôi: Là nguồn năng lượng để duy trì hoạt động của môi trường hoạt chất laser,
giữ cho hoạt chất luôn luôn ở trạng thái có số phần tử ởø mức B nhiều hơn ở mức A.
- Buồng cộng hưởng: Bao gồm 1 gương phản xạ toàn phần và 1 gương bán mờ
(độ phản xạ từ 70% đến 99%)
Buồng cộng hưởng cho phép nguồn sáng kích thích chất nhiều lần và chùm tia sáng bức xạ
sẽ được khuyếch đại và chọn lọc qua gương phản xạ toàn phần và gương mờ cho đến khi
ổn định để phát ra chùm sáng laser.
Cấu tạo cơ bản và cơ chế hoạt động của laser.
1) Buồng cộng hưởng (vùng bị kích thích)
2) Nguồn nuôi (năng lượng bơm vào vùng bị kích thích)
3) gương phản xạ toàn phần
4) gương bán mạ
5) tia laser
III. Cơ chế
Một ví dụ về cơ chế hoạt động của laser có thể được miêu tả cho laser thạch anh.
• Dưới sự tác động của hiệu điện thế cao, các electron của thạch anh di chuyển từ
mức năng lượng thấp lên mức năng lương cao tạo nên trạng thái đảo nghịch mật độ
của electron.
• Ở mức năng lượng cao, một số electron sẽ rơi ngẫu nhiên xuống mức năng lượng
thấp, giải phóng hạt ánh sáng được gọi là photon.

- Độ đơn sắc cao
Laser là chùm ánh sáng mà các tia sáng của nó có mức chênh lệch bước sóng nhỏ nhất, so
với các chùm sáng đơn sắc khác. Sự chênh lệch bước sóng này còn gọi là phổ ánh sáng của
chùm ánh sáng.
Và dĩ nhiên là phổ càng hẹp thì độ đơn sắc của chùm sáng càng cao. 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.
Tính chất này rất quan trọng vì hiệu quả tác dụng của laser khi tương tác với vật chất, với
các tổ chức sinh học phụ thuộc vào độ đơn sắc này.
- Độ định hướng cao
Khác với các nguồn sáng khác, các tia sáng Laser được chọn lọc chỉ phát ra những tia
vuông góc với gương, nên hầu như song song với nhau (hay nói theo ngôn ngữ vật lý là
góc mở giữa các tia là rất nhỏ). 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.

- Mật độ phổ (độ chói) rất cao
Độ chói của nguồn sáng được tính bằng cách chia công suất của chùm sáng cho độ rộng
của phổ.
Vì độ rộng của phổ Laser rất nhỏ nên laser có độ tập trung các tia sáng rất cao, hay nói
cách khác là độ chói rất cao so với các nguồi sáng khác.
Ví dụ: laser có công suất thấp là laser He-Ne cũng có độ chói gấp hàng vạn lần độ chói của
ánh sáng mặt trời. Những laser có công suất lớn có độ chói cao gấp hàng triệu lần mặt trời.
- Công suất của laser
Tùy loại laser mà có nguồi sáng công suất khác nhau. Có những loại laser công suất mạnh
tương đương công suất 1 vạn nhà máy điện 1 triệu KW. 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.

3
3
2
21
EEE
χχχ
++
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.
Ngày nay người ta đã nghiên cứu kĩ lưỡng cả trên phương diện lí thuyết lẫn thực nghiệm
về các hiệu ứng quang phi tuyến, mở ra một ngành khoa học mới là ngành Quang học phi
tuyến với nhiều hướng nghiên cứu khác nhau và ứng dụng khác nhau ở lĩnh vực này.
b. Holography:
Holography là tên thường gọi của chụp ảnh khối. Nguyên lí của holography được đề
xuất năm 1948 nhưng do nguồn sáng để chụp không đủ mạnh nên không thu được kết quả.
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.
+ Holography là một phương pháp ghi hình như phương pháp chụp ảnh nhờ máy ảnh. Tuy
nhiên nó có những ưu điểm nổi bật hơn phương pháp chụp ảnh thông thường.
- Phương pháp này chụp ảnh không cần thấu kính.
- Nó cho hình ảnh khối của vật, nghĩa là cho hình ảnh 3 chiều.
- Holography ghi lại các sóng tán xạ từ vật bao gồm cả biên độ và pha của sóng và ở
bất cứ điểm nào của Holography cũng có các tín hiệu từ toàn vật chụp . Do vậy, nếu
như ta bẻ gãy Holography tanh nhiều phần thì mỗi mảnh nhỏ đó cũng vẫn có đủ những
thông tin của sóng tán xạ từ vật và cho ta hình ảnh cả vật khi phục hồi. 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.

Trong các phản ứng hóa học khi có dự tham gia của nhiều đồng vị hóa học thường gặp
khó khăn khi ta muốn loại trừ ảnh hưởng của đồng vị nào đó trong liên kết. Tuy nhiên, do
các đồng vị có năng lượng liên kết hóa học sai khác nhau ít nên chỉ có nhờ tia laser có độ
đơn sắc cao mới dễ dàng phá hủy liên kết nào đó khi có sự tương tác cộng hưởng. Năng
lượng bức xạ laser hf sẽ phá hủy chỉ liên kết nào tương ứng với năng lượng này mà không
ảnh hưởng đến các loại dao động với tần số f
1
, f
2
, f
3
,…khác rất ít f. Người ta nói rằng đay
chính là sự phá hủy hay kích thích chọn lọc phản ứng hóa học. Chính điều này mở ra khả
năng nghiên cứu các sản phẩm trung gian của hóa học, nghiên cứu quá trình diễn biến theo
thời gian của phản ứng, đây là điều mà khoa học đã mơ ước từ bấy lâu nay. Cũng chính
nhờ có laser mà các nhà khoa học còn có thể nghiên cứu được phản ứng ở trạng thái kích
thích.
2. 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.
a. Trong thông tin liên lạc:
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 10
4
– 3.10
11
Hz nên dải sóng truyền tăng lên đến 5.10
4