Laser là gì? Nguyên lý tạo ra laser

Laser là một trong những phát minh quan trọng của nhân loại, được mệnh danh là “ánh sáng rực rỡ nhất”. Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta thường thấy nhiều ứng dụng của laser, chẳng hạn như làm đẹp bằng laser, hàn laser, diệt muỗi bằng laser, v.v. Hôm nay, chúng ta hãy cùng tìm hiểu chi tiết về laser và các nguyên lý tạo ra chúng.

Laser là gì?

Laser là một nguồn sáng sử dụng tia laser để tạo ra một chùm ánh sáng đặc biệt. Laser tạo ra ánh sáng laser bằng cách đưa năng lượng từ một nguồn sáng hoặc nguồn điện bên ngoài vào vật liệu thông qua quá trình bức xạ kích thích.

Laser là một thiết bị quang học bao gồm một môi trường hoạt tính (như khí, chất rắn hoặc chất lỏng) có khả năng khuếch đại ánh sáng và một gương phản xạ quang học. Môi trường hoạt tính trong laser thường là một vật liệu được lựa chọn và xử lý, và các đặc tính của nó quyết định bước sóng đầu ra của laser.

Ánh sáng do tia laser tạo ra có một số đặc điểm độc đáo:

Thứ nhất, laser là ánh sáng đơn sắc với tần số và bước sóng rất chính xác, có thể đáp ứng một số nhu cầu quang học đặc biệt.

Thứ hai, laser là ánh sáng kết hợp, và pha của sóng ánh sáng rất nhất quán, có thể duy trì cường độ ánh sáng tương đối ổn định trên khoảng cách xa.

Thứ ba, laser là loại ánh sáng có tính định hướng cao với chùm tia rất hẹp và khả năng hội tụ tuyệt vời, có thể được sử dụng để đạt được độ phân giải không gian cao.

Laser là một nguồn sáng.

Nguyên lý tạo ra tia laser

Việc tạo ra tia laser bao gồm ba quá trình vật lý cơ bản: bức xạ kích thích, phát xạ tự phát và hấp thụ kích thích.

Sbức xạ kích thích

Bức xạ kích thích là chìa khóa để tạo ra tia laser. Khi một electron ở mức năng lượng cao bị kích thích bởi một photon khác, nó sẽ phát ra một photon có cùng năng lượng, tần số, pha, trạng thái phân cực và hướng truyền theo hướng của photon đó. Quá trình này được gọi là bức xạ kích thích. Nói cách khác, một photon có thể "nhân bản" một photon giống hệt thông qua quá trình bức xạ kích thích, từ đó đạt được sự khuếch đại ánh sáng.

Sxuất tinh tự phát

Khi electron của nguyên tử, ion hoặc phân tử chuyển từ mức năng lượng cao xuống mức năng lượng thấp, nó sẽ giải phóng các photon có một lượng năng lượng nhất định, được gọi là phát xạ tự phát. Sự phát xạ các photon này là ngẫu nhiên, và không có sự liên kết giữa các photon phát ra, có nghĩa là pha, trạng thái phân cực và hướng lan truyền của chúng đều ngẫu nhiên.

Ssự hấp thụ kích thích

Khi một electron ở mức năng lượng thấp hấp thụ một photon có hiệu số mức năng lượng bằng với chính nó, nó có thể bị kích thích lên mức năng lượng cao. Quá trình này được gọi là hấp thụ kích thích.

Trong laser, một khoang cộng hưởng gồm hai gương song song thường được sử dụng để tăng cường quá trình bức xạ kích thích. Một gương là gương phản xạ toàn phần, và gương còn lại là gương phản xạ một phần, cho phép một phần tia laser đi qua.

Các photon trong môi trường laser phản xạ qua lại giữa hai gương, và mỗi lần phản xạ tạo ra thêm photon thông qua quá trình bức xạ kích thích, nhờ đó đạt được sự khuếch đại ánh sáng. Khi cường độ ánh sáng tăng đến một mức nhất định, tia laser được tạo ra thông qua một gương bán phản xạ.