Laser là gì? Nguyên lý tạo ra tia laser

Laser là một trong những phát minh quan trọng của nhân loại, được mệnh danh là “ánh sáng sáng nhất”. Trong cuộc sống hàng ngày, chúng ta thường có thể thấy nhiều ứng dụng khác nhau 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 tia laser và các nguyên lý đằng sau thế hệ của chúng.

Laser là gì?

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

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

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

Thứ nhất, laser là ánh sáng đơn sắc có tần số và bước sóng rất khắt khe, 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 trong khoảng cách xa.

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

Laser là 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 định thời

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. Nghĩa là, một photon có thể “nhân bản” một photon giống hệt nhau thông qua quá trình bức xạ kích thích, nhờ đó đạt được sự khuếch đại ánh sáng.

Ssự phát xạ tự phát

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

Ssự hấp thụ theo thời gian

Khi một electron ở mức năng lượng thấp hấp thụ một photon có mức năng lượng chênh lệch bằng với mức năng lượng của nó, nó có thể bị kích thích lên mức năng lượng cao. Quá trình này được gọi là sự 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 bán phản xạ, có thể cho phép một phần tia laser đi qua.

Các photon trong môi trường laser phản xạ qua lại giữa hai gương và mỗi phản xạ tạo ra nhiều photon hơn thông qua quá trình bức xạ kích thích, từ 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 gương bán phản xạ.