Tài liệu Bài giảng bài sơ lược tia laze vật lý 12 (2)

Ta thƣờng nghe nói laze dùng để mổ xẻ, khoan cắt kim loại, đọc đĩa CD, truyền tín hiệu, đo đạc, trang trí,… Vậy laze là gì? Ta sẽ tìm hiểu qua bài học sau đây : Bài 34: SƠ LƢỢC VỀ LAZE NỘI DUNG: I.CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA LAZE. 1. Laze là gì? 2. Sự phát xạ cảm ứng. 3. Cấu tạo và hoạt độngcủa laze.  Tính chất của laze. II. ỨNG DỤNG CỦA LAZE. CÁC NHÀ BÁC HỌC NGHIÊN CỨU VỀ LAZE ĐẦU TIÊN Từ trái qua phải: Charles Hard Townes ( 1915- ) - Mỹ Aleksandr Mikhailovich Prokhorov ( 1916-2002 ) - Nga Nikolay Gennadiyevich Basov ( 1922-2001 ) – Nga Cùng nhận giải Nobel Vật lý năm 1964. I. CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA LAZE: 1. Laze là gì ? Laze là cách đọc từ LASER của tiếng Anh là tên viết tắt của cụm từ Light Amplifier by Stimulated Emission of Radiation ( Máy khuếch đại ánh sáng bằng sự phát xạ cảm ứng ). Chùm bức xạ do máy này phát ra cũng được gọi là chùm tia laze. I. CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA LAZE: 2. Sự phát xạ cảm ứng ( Nguyên tắc hoạt động quan trọng nhất của laze. Ngoài ra ở trang 172 SGKcòn liệt kê các nguyên tắc hoạt động khác ). Theo Anh-xtanh ( Albert Einstein ): ngoài hiện tƣợng phát xạ tự phát,còncó hiện tƣợng phát xạ cảm ứng: Nếu một nguyên tử đang ở trong trạng thái kích thích, sẳn sàng phát ra một phôtôn có năng lƣợng ε = hf, bắt gặp một phôtôn có năng lƣợng ’ đúng bằng hf, bay lƣớt qua nó, thì lập tức nguyên tử nầy cũng phát ra phôtôn ε. Phôtôn ε có cùng năng lƣợng và bay cùng phƣơng với phôtôn ’. Ngoài ra, sóng điện từ ứng với photon  hoàn toàn cùng pha và dao động trong một mặt phẳng song song với mặt phẳng dao động của sóng điện từ ứng với photon ’. I. CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA LAZE: Câu hỏi: Hãy mô tả cụ thể quá trình nhân phôtôn vẽ trên hình 34.3 ( trang 171 SGK ) Khi 1 phôtôn thích hợp bay qua một nguyên tử ở trạng thái kích thích thì do hiện tƣợng phát xạ cảm ứng sẽ xuất hiện hai phôtôn nhƣ nhau bay cùng phƣơng. Hai phôtôn này bay qua 2 nguyên tử trong trạng thái kích thích sẽ xuất hiện 4 phôtôn giống nhau bay cùng phƣơng… Do đó số phôtôn tăng theo cấp số nhân. I. CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA LAZE: 3. Cấu tạo và hoạt động của laze: Tùy thuộc vào vật liệu phát xạ, người ta đã tạo ra laze khí, laze rắn, và laze bán dẫn. Ta xét laze rắn. a. Laze Rubi: Rubi (hồng ngọc) là Al2O3 có pha Cr2O3. Ánh sáng đỏ của hồng ngọc do ion Crôm phát ra khi chuyển từ trạng thái kích thích về trạng thái cơ bản. Đó cũng là màu của tia laze b. Cấu tạo: Laze Rubi gồm: I. CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA LAZE: Một thanh Rubi hình trụ (A). Hai mặt được mài nhẵn, vuông góc với trục của thanh. Mặt (1) được mạ bạc trở thành một mặt gương phẳng (G1) có mặt phản xạ quay vào phía trong. Mặt (2) là mặt bán mạ ( mạ một lớp mỏng để khoảng 50% cường độ chùm sáng chiếu tới bị phản xạ, khoảng 50% truyền qua ) Mặt này trở thành một gương phẳng (G2) có mặt phản xạ quay về phía G1. Hai gương G1 và G2 song song với nhau. I. CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA LAZE: c. Hoạt động: Dùng một đèn phóng điện xenon để chiếu sáng rất mạnh thanh Rubi và đưa một số lớn ion Crôm lên trạng thái kích thích. Nếu có một ion Crôm bức xạ theo phương vuông góc với 2 gương thì ánh sáng sẽ phản xạ đi lại nhiều lần giữa 2 gương. Ánh sáng sẽ được khuếch đại lên nhiều lần. Chùm tia laze được lấy ra từ gương bán mạ G2. Nếu có một ion crôm bức xạ theo phương vuông góc với hai gương thì ánh sáng sẽ phản xạ đi lại nhiều lần giữa hai gương và sẽ làm cho một loạt ion crôm phát xạ cảm ứng.  TÍNH CHẤT CỦA LAZE 1. Tính đơn sắc cao. 2. Tính định hướng cao. 3. Tính kết hợp cao. 4. Cường độ của chùm sáng rất lớn. Laze khí He-Ne II. ỨNG DỤNG CỦA LAZE: 1. Trong y học: Do có thể tập trung năng lượng của chùm tia laze vào một vùng rất nhỏ, người ta đã dùng tia laze như một dao mổ trong các phẩu thuật tinh vi như mắt, mạch máu,…Tác dụng nhiệt của tia laze được dùng chữa một số bệnh như các bệnh ngoài da, xóa vết xăm, … II.Một số ứng dụng của laser 1.Trong y học Dao mổ laser II. ỨNG DỤNG CỦA LAZE: 2. Trong thông tin liên lạc: Do tính định hướng và tần số cao nên tia laze có ưu thế đặc biệt trong liên lạc vô tuyến như vô tuyến định vị, liên lạc vệ tinh, điều khiển tàu vũ trụ, tên lửa, …Do tính kết hợp và cường độ cao nên tia laze còn được dùng trong truyền tin bằng cáp quang. II. ỨNG DỤNG CỦA LAZE: 3. Trong công nghiệp: Do tính định hướng cao và cường độ lớn nên laze được dùng khoan, cắt nhiều chất liệu hay tôi kim loại II. ỨNG DỤNG CỦA LAZE: 4. Trong trắc địa: Laze còn được dùng để đo đạc khoảng cách, ngắm đường thẳng, … II. ỨNG DỤNG CỦA LAZE: 5. Các ứng dụng khác : Laze còn được dùng trong các đầu đọc đĩa CD, ổ cứng, trong bút chỉ bảng ( Laze bán dẫn ), trong chuột máy tính,trang trí, quãng cáo, biểu diễn, … MỘT SỐ ĐOẠN PHIM Mổ mắt bằng laze Xóa vết xăm bằng laze