Laser là gì ? 

“Laser”  là từ viết tắt của “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” có nghĩa là “Khuếch đại ánh sáng bằng sự phát xạ kích thích”, được đặt ra vào năm 1957 bởi nhà tiên phong Gordon Gould. Mặc dù ý nghĩa ban đầu này biểu thị một nguyên lý hoạt động (khai thác sự phát xạ kích thích từ các nguyên tử hoặc ion bị kích thích), thuật ngữ này hiện nay chủ yếu được sử dụng cho các thiết bị tạo ra ánh sáng dựa trên nguyên lý laser.

Nguyên lý phát xạ của Laser ?

Laser phát xạ dựa trên nguyên lý “Khuếch đại ánh sáng bằng sự phát xạ kích thích” gồm có 3 quá trình chính là quá trình hấp thụ, quá trình phát xạ tự phát và quá trình phát xạ kích thích

Quá trình hấp thụ: Bình thường các electron tồn tại ở mức năng lượng cơ bản và khi có thích thích từ nguồn bơm, môi trường hoạt chất sẽ hấp thụ năng lượng và các electeon nhận được năng lượng kích thích này sẽ nhảy từ mức năng lượng cơ bản lên các mức năng lượng cao hơn

Quá trình phát xạ tự phát: là quá trình các nguyên tử đang ở mức năng lượng cao hơn tự nhảy xuống mức năng lượng thấp hơn mà không cần kích thích từ bên ngoài.  Các electron kích thích có một thời gian phát xạ đặc trưng, đó là thời gian trung bình mà chúng tồn tại ở trạng thái năng lượng cao trước khi rơi xuống mức năng lượng thấp hơn và phát ra photon. Thường sau một khoảng thờ gian ngắn (cỡ micro giây) các electron ở trạng thái kích thích sẽ tự quay về trạng thái năng lượng thấp hơn (trạng thái cơ bản hay trạng thái kích thích nào đó ở mức năng lượng thấp hơn).

Quá trình phát xạ kích thích: khi một photon thích hợp bay qua một electron ở trạng thái kích thích thì do hiện tượng phát xạ cảm ứng sẽ tạo ra hai photon như nhau bay cùng phương. Hai photon này bay qua hai electron đang ở trong trạng thái kích thích khác sẽ xuất hiện bốn photon giống nhau bay cùng phương… Do đó số photon tăng theo cấp số nhân . Như vậy bức xạ cưỡng bức làm tăng số photon, tức là có khả năng khuếch đại ánh sáng môi trường. Đó cũng chính là nguyên lí của hiện tượng phát Laser. 

Cấu tạo của Laser

Đối với một hệ laser cơ bản sẽ có cấu tạo gồm 3 phần: nguồn bơm, buồng cộng hưởng và môi trường vật chất.

Nguồn bơm :

 Nguồn bơm là bộ phận cung cấp năng lượng để tạo sự đảo lộn mật độ (trạng thái số electron ở mức năng lượng kích thích cao hơn mức năng lượng cơ bản ) trong hai mức nào đó của hoạt chất và duy trì sự hoạt động của Laser. Tùy theo môi trường hoạt chất của Laser mà người ta chọn phương pháp kích thích khác nhau:  

• Kích thích bằng ánh sáng, bơm quang học, đây là loại kích thích ánh sáng phổ biến. Hoạt chất thu năng lượng bơm qua quá trình hấp thụ. Có thể kích thích bằng nguồn sáng kết hợp hoặc không kết hợp. Ví dụ: Laser Nd:YAG, laser Ruby,… 
• Kích thích bằng dòng điện, bằng va chạm điện tử: dùng điện trường cao để kích thích hạt truyền năng lượng cho tâm hoạt chất nhờ quá trình va chạm. Phương pháp này chủ yếu dùng cho Laser khí và bán dẫn.

Buồng cộng hưởng:

Buồng cộng hưởng có vai trò là làm cho bức xạ do hoạt chất phát ra có thể đi lại nhiều lần qua hoạt chất để được khuếch đại lên. Thành phần chủ yếu của buồng cộng hưởng là hai gương phản xạ. Một gương có hệ số phản xạ rất cao, cỡ 99,99%, và một gương có hệ số phản xạ thấp hơn để tia Laser có thể thoát ra ngoài.  

Một trong các gương có thể được thay bằng lăng kính hoặc cách tử tùy theo yêu cầu. Hai gương phản xạ có thể để xa hoạt chất hoặc gắn chặt với hoạt chất.  

Môi trường hoạt chất:

Môi trường hoạt chất là môi trường vật chất (rắn, lỏng, khí, bán dẫn,…) có khả năng khuếch đại photon.

Phân loại Laser

Ứng dụng của Laser

Laser có nhiều ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau, bao gồm:

Y Học:

Phẫu thuật: Được sử dụng trong các ca phẫu thuật như dao mổ laser để cắt và hàn mô một cách chính xác và ít gây tổn thương.

Chẩn đoán: Trong y học hình ảnh, các thiết bị như máy MRI và CT có thể sử dụng laser để tạo ra hình ảnh chính xác và rõ nét của cơ thể.

Điều Trị: Được sử dụng để điều trị các bệnh về da, giảm đau, tái tạo mô, và nhiều ứng dụng khác trong liệu pháp y học.

Công Nghiệp:

Công Nghệ Chế Tạo: Được sử dụng trong quá trình cắt, hàn và gia công kim loại và phi kim loại.

In Ấn và Gia Công Vật Liệu: Được sử dụng để khắc, đánh dấu, cắt và điểm chấm trên các vật liệu như gỗ, nhựa, và kim loại.

Đo Lường và Kiểm Tra Chất Lượng: Được sử dụng trong các thiết bị đo lường chính xác và kiểm tra chất lượng sản phẩm.

Khoa Học:

Nghiên Cứu Khoa Học: Trong các lĩnh vực như vật lý, hóa học, sinh học, và y học, laser được sử dụng trong nhiều ứng dụng nghiên cứu và thí nghiệm.

Đo Lường và Kiểm Tra: Trong khoa học, laser được sử dụng để đo lường các thông số chính xác và kiểm tra tính chất của các vật liệu.

Viễn Thông:

Truyền Dẫn Tín Hiệu: Laser được sử dụng trong mạng truyền thông cáp quang để truyền dẫn tín hiệu với tốc độ cao và khoảng cách xa hơn so với các phương tiện truyền thông khác.

Quân Sự:

Định Vị Mục Tiêu: Trong ứng dụng quân sự, laser được sử dụng để định vị mục tiêu và dẫn đường cho vũ khí, đo xa.

Laser được sử dụng trong các ứng dụng quân sự như tăng cường khả năng nhìn ban đêm và phá hủy vũ khí và thiết bị quân sự.

Một Vài khí tài quân sự dùng Laser đo xa của Tecotec OES: https://tecotecoes.com.vn/giai-phap-thiet-bi/khi-tai