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
Sự ra đời cùa Laser bắt nguồn từ Thuyết Lượng tử do nhà bác học A. Einstein phát minh
ra năm 1916. Đến năm 1954, các nhà bác học Anh, Mỹ đã đồng thời sáng chế ra máy
phát tia laser ứng dụng vào thực tế. Các thử nghiệm laser trên người bắt đầu từ những
năm 1960. Từ năm1964, đã bắt đầu ứng dụng laser trong các trị liệu về Da (chuyên khoa
da liễu).
1. Nguyên lý phát sinh LASER:
Theo những khái niệm cơ bản của vật lý lượng tử, khi ta chiếu một chùm ánh sáng vào
một môi trường vật chất (thuật ngữ vật lý học gọi là hệ vật lý tượng tử) thì chùm ánh sáng
sẽ yếu dần đi do bị hấp thu bởi môi trường vật chất. Bản chất quá trình bị hấp thu ấy là
các hạt ánh sáng (photon) đã truyền năng lượng kích hoạt các phân tử vật chất “nhảy” từ
trạng thái ổn định A lên một trạng thái B với mức năng lượng cao hơn. Vì B là một trạng
thái không ổn định, nên sau một thời gian nhất định, các phân tử đang ở mức B lại “nhảy”
về mức A và trong lúc “nhảy về” đó nó cũng phát ra một photon mang năng lượng bằng
năng lượng nó đã hấp thu, theo kiểu “vay gì trả nấy”. Đó là hiện tượng bức xạ. Tuy nhiên
các hạt photon bức xạ này không nhiều, vì nó tỉ lệ với số phân tử có ở mức B, mà số phân
tử ở trang thái B bao giờ cũng ít hơn số phân tử ở trạng thái ổn định A. Các photon bức
xạ này phát ra theo mọi hướng một cách tự do nên còn gọi nó là bức xạ tự do.

Khi ta làm cho các photon tương tác bởi các phân tử ở mức cao B, bắt nó trở về A sớm
hơn và phát sinh ra photon, các photon có đồng mức năng lượng và đúng bằng mức năng
lượng các photon của nguồn chiếu đã truyền cho nó thì đó là bức xạ kích hoạt.

Khi tạo ra bức xạ kích hoạt ở mức độ cao cho các photon bức xạ phát ra liên tục ở mức
cao nhất, rồi được chọn lọc và khuyếch đại để chúng phát về cùng một hướng với những
tính 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

thêm các photon cùng tần số, cùng pha và cùng hướng bay, tạo nên một phản ứng
dây chuyền khuyếch đại dòng ánh sáng.
 Các hạt photon bị phản xạ qua lại nhiều lần trong vật liệu, nhờ các gương để tăng
hiệu suất khuếch đại ánh sáng.
 Một số photon ra ngoài nhờ có gương bán mạ tại một đầu của vật liệu. Tia sáng đi
ra chính là tia laser.

IV. Phân loại laser:

Tùy theo loại hoạt chất laser ta sẽ thu được các tia laser với tên gọi khác nhau:
Laser chất rắn
Có khoảng 200 chất rắn có khả năng dùng làm môi trường hoạt chất laser. Một số loại
laser chất rắn thông dụng:
 YAG-Neodym: hoạt chất là Yttrium Aluminium Garnet (YAG) cộng thêm 2-5%
Neodym, có bước sóng 1060nm thuộc phổ hồng ngoại gần. Có thể phát liên tục
tới 100W hoặc phát xung với tần số 1000-10000Hz.
 Hồng ngọc (Rubi): hoạt chất là tinh thể Alluminium có gắn những ion chrom, có
bước sóng 694,3nm thuộc vùng đỏ của ánh sáng trắng.
 Bán dẫn: loại thông dụng nhất là diot Gallium Arsen có bước sóng 890nm thuộc
phổ hồng ngoại gần.
Laser chất khí
 He-Ne: hoạt chất là khí Heli và Neon, có bước sóng 632,8nm thuộc phổ ánh sáng
đỏ trong vùng nhìn thấy, công suất nhỏ từ một đến vài chục mW.
 Argon: hoạt chất là khí argon, bước sóng 488 và 514,5nm.
 CO2: bước sóng 10.600nm thuộc phổ hồng ngoại xa, công suất phát xạ có thể tới
megawatt (MW). Trong y học ứng dụng làm dao mổ.
LASER chất lỏng
Môi trường hoạt chất là chất lỏng, thông dụng nhất là laser màu.
V. Các tính chất của tia Laser :


công suất chỉ khoảng từ 2MW đến 10MW.
5. Những công dụng của laser:

Ngày nay, người ta đã chế tạo ra được gần 500 loại laser khác nhau, ứng dụng trong rất
nhiều lĩnh vực:
- Đo đạc những khoảng cách cực lớn, như trong nghành thiên văn (đo khoảng cach từ trái
đất đến các hành tinh và khoảng cách giữa các hành tinh trong vũ trụ).
- Thiết lập dẫn đường như các loại bom, tên lửa được dẫn đường bằng laser.
- Thông tin liên lạc
- Công nghiệp nặng: hàn cắt kim loại
- Công nghiệp chế tạo vũ khí.
- Cải tạo giống
- Trong y học (chuẩn đoán và điều trị bệnh, săn sóc thẩm mỹ)
VI : Các ứng dụng của tia lazer

1. Ứng dụng của laser trong nghiên cứu khoa học:

a. Nghiên cứu về Quang học phi tuyến:

Như chúng ta đã biết trong quang học cổ điển các nguồn sáng phát sóng là những
nguồn không kết hợp và có cường độ nhỏ. Khi tương tác của ánh sáng với các môi trường
vật chất, độ phân cực của môi trường chỉ là hàm tuyến tính của cường độ điện trường của
sóng tới.
P = E


ở đây, P là độ phân cực của môi trường.

là độ cảm điện của môi trường.
E là cường độ điện trường

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.
+ Với những ưu điểm như vừa nêu trên thì hiện tại người ta đang và sẽ mở ra nhiều
ứng dụng thú vị và quan trọng như sau:
- 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. Vì nó được ghi lại và phục
hồi bằng ánh sáng nên dẫn tới việc xây dựng các máy tính điện tử quang học. Đối
với loại máy tính này thì tốc độ xử lý thông tin nhanh gấp nhiều lần máy tính hiện
có do trong máy tính quang học tốc độ lan truyền tín hiệu là vận tốc ánh sáng
trong môi trường.
- 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. Đay chính là
nguyên tắc chụp ảnh màu và video màu. Và trong tương lai thì kỹ thuật chụp ảnh,
truyền hình nổi và màu rất có triển vọng.
- 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.

c. Nghiên cứu plasma nóng và các phản ứng nhiệt hạch:

Do tia laser có tính chất là công suất cao, ở chế độ phát xung có thể đạt được công
suất cỡ 10
12


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
lần. Do đó, các
bức xạ laser nằm trong khoảng 0,4 – 0,8 m

và với mỗi kênh truyền tin là 6,5 MHz thì
sử dụng laser ta có thể có gần 80.10
5
kênh truyền cùng một lúc và gấp 10
5
lần kênh
truyền khi sử dụng sóng cực ngắn.