Laser đề cập đến quá trình và công cụ tạo ra các chùm ánh sáng chuẩn trực, đơn sắc, kết hợp thông qua khuếch đại bức xạ kích thích và phản hồi cần thiết.Về cơ bản, việc tạo ra tia laser cần có ba yếu tố: “bộ cộng hưởng”, “môi trường khuếch đại” và “nguồn bơm”.
A. Nguyên tắc
Trạng thái chuyển động của nguyên tử có thể được chia thành các mức năng lượng khác nhau và khi nguyên tử chuyển từ mức năng lượng cao sang mức năng lượng thấp, nó sẽ giải phóng các photon có năng lượng tương ứng (gọi là bức xạ tự phát).Tương tự, khi một photon tới một hệ mức năng lượng và bị nó hấp thụ, nó sẽ làm cho nguyên tử chuyển từ mức năng lượng thấp sang mức năng lượng cao (gọi là sự hấp thụ kích thích);Sau đó, một số nguyên tử chuyển sang mức năng lượng cao hơn sẽ chuyển sang mức năng lượng thấp hơn và phát ra photon (còn gọi là bức xạ kích thích).Những chuyển động này không xảy ra riêng lẻ mà thường diễn ra song song.Khi chúng ta tạo điều kiện như sử dụng môi trường thích hợp, bộ cộng hưởng, điện trường ngoài đủ thì bức xạ kích thích được khuếch đại sao cho lớn hơn mức hấp thụ kích thích thì nhìn chung sẽ có photon phát ra, tạo ra ánh sáng laser.
B. Phân loại
Theo phương tiện tạo ra tia laser, tia laser có thể được chia thành laser lỏng, laser khí và laser rắn.Hiện nay laser bán dẫn phổ biến nhất là một loại laser trạng thái rắn.
C. Thành phần
Hầu hết các laser đều bao gồm ba phần: hệ thống kích thích, vật liệu laser và bộ cộng hưởng quang học.Hệ thống kích thích là thiết bị tạo ra năng lượng ánh sáng, điện hoặc hóa học.Hiện nay, các phương tiện khuyến khích chính được sử dụng là ánh sáng, điện hoặc phản ứng hóa học.Chất laser là những chất có thể tạo ra ánh sáng laser, như hồng ngọc, thủy tinh berili, khí neon, chất bán dẫn, thuốc nhuộm hữu cơ, v.v. Vai trò của điều khiển cộng hưởng quang học là tăng cường độ sáng của tia laser đầu ra, điều chỉnh và chọn bước sóng và hướng của tia laser.
D. Ứng dụng
Laser được sử dụng rộng rãi, chủ yếu là truyền thông sợi quang, laser khác nhau, cắt laser, vũ khí laser, đĩa laser, v.v.
E. Lịch sử
Năm 1958, các nhà khoa học Mỹ Xiaoluo và Townes đã phát hiện ra một hiện tượng kỳ diệu: khi họ đặt ánh sáng phát ra từ bóng đèn bên trong lên một tinh thể đất hiếm, các phân tử của tinh thể đó sẽ phát ra ánh sáng rực rỡ, luôn cùng nhau phát ra ánh sáng mạnh.Theo hiện tượng này, họ đề xuất “nguyên lý laser”, tức là khi vật chất bị kích thích bởi năng lượng có cùng mức năng lượng với tần số dao động tự nhiên của các phân tử của nó, nó sẽ tạo ra loại ánh sáng mạnh không phân kỳ – laser.Họ đã tìm thấy những giấy tờ quan trọng cho việc này.
Sau khi công bố kết quả nghiên cứu của Sciolo và Townes, các nhà khoa học từ nhiều quốc gia đã đề xuất nhiều phương án thử nghiệm khác nhau nhưng đều không thành công.Vào ngày 15 tháng 5 năm 1960, Mayman, một nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Hughes ở California, tuyên bố rằng ông đã thu được một tia laser có bước sóng 0,6943 micron, đây là tia laser đầu tiên mà con người từng thu được, và Mayman do đó trở thành nhà khoa học đầu tiên trên thế giới để đưa tia laser vào lĩnh vực thực tế.
Ngày 7 tháng 7 năm 1960, Mayman công bố sự ra đời của tia laser đầu tiên trên thế giới, kế hoạch của Mayman là sử dụng một ống đèn flash cường độ cao để kích thích các nguyên tử crom trong tinh thể ruby, từ đó tạo ra cột ánh sáng đỏ mỏng rất đậm đặc khi được bắn ra. tại một thời điểm nhất định, nó có thể đạt tới nhiệt độ cao hơn bề mặt mặt trời.
Nhà khoa học Liên Xô H.Γ Basov đã phát minh ra laser bán dẫn vào năm 1960. Cấu trúc của laser bán dẫn thường bao gồm lớp P, lớp N và lớp hoạt động tạo thành tiếp xúc dị thể kép.Đặc điểm của nó là: kích thước nhỏ, hiệu suất ghép cao, tốc độ phản hồi nhanh, bước sóng và kích thước phù hợp với kích thước sợi quang, có thể điều chế trực tiếp, kết hợp tốt.
Thứ sáu, một số hướng ứng dụng chính của laser
F. Giao tiếp bằng laser
Việc sử dụng ánh sáng để truyền tải thông tin ngày nay rất phổ biến.Ví dụ, tàu sử dụng đèn để liên lạc và đèn giao thông sử dụng màu đỏ, vàng và xanh lục.Nhưng tất cả những cách truyền thông tin bằng ánh sáng thông thường này chỉ có thể bị giới hạn ở khoảng cách ngắn.Nếu muốn truyền tải thông tin trực tiếp đến những nơi xa xôi thông qua ánh sáng, bạn không thể sử dụng ánh sáng thông thường mà chỉ có thể sử dụng tia laser.
Vậy làm thế nào để bạn cung cấp tia laser?Chúng ta biết rằng dòng điện có thể truyền qua dây đồng nhưng ánh sáng không thể truyền qua dây kim loại thông thường.Để đạt được mục đích này, các nhà khoa học đã phát triển một loại dây tóc có thể truyền ánh sáng, được gọi là sợi quang, hay còn gọi là sợi quang.Sợi quang được làm bằng vật liệu thủy tinh đặc biệt, đường kính mỏng hơn sợi tóc người, thường từ 50 đến 150 micron và rất mềm.
Trên thực tế, lõi bên trong của sợi là thủy tinh quang học trong suốt có chiết suất cao, và lớp phủ bên ngoài được làm bằng thủy tinh hoặc nhựa có chiết suất thấp.Cấu trúc như vậy một mặt có thể làm cho ánh sáng khúc xạ dọc theo lõi bên trong, giống như nước chảy về phía trước trong ống nước, dòng điện truyền về phía trước trong dây dẫn, cho dù có hàng nghìn vòng xoắn cũng không có tác dụng.Mặt khác, lớp phủ có chỉ số khúc xạ thấp có thể ngăn ánh sáng lọt ra ngoài, giống như ống nước không bị thấm và lớp cách điện của dây không dẫn điện.
Sự xuất hiện của sợi quang giải quyết được cách truyền ánh sáng nhưng không có nghĩa là với nó, bất kỳ ánh sáng nào cũng có thể truyền đi rất xa.Chỉ có độ sáng cao, màu sắc thuần khiết, tia laser định hướng tốt, là nguồn sáng lý tưởng nhất để truyền thông tin, nó là đầu vào từ một đầu của sợi quang, hầu như không bị suy hao và đầu ra từ đầu kia.Vì vậy, truyền thông quang học thực chất là truyền thông laser, có ưu điểm là công suất lớn, chất lượng cao, nguồn vật liệu rộng, tính bảo mật cao, độ bền cao... được các nhà khoa học ca ngợi là một cuộc cách mạng trong lĩnh vực truyền thông và là một trong những trong những thành tựu rực rỡ nhất của cuộc cách mạng công nghệ.
Thời gian đăng: 29/06/2023