Chương 8. LASER VÀ ỨNG DỤNG CỦA LASER
Mục tiêu học tập:
- Trình bày được ng.tắc tạo laser.
- Nêu đc các t/c cơ bản của chùm tia laser.
- Nêu được một số ứ.dụng của tia laser trong y- dược
Laser là viết tắt của Light Amplification by Stimulated Emission
of Radiation dịch là Khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ cảm ứng.
§8.1.NGUYÊN TẮC TẠO LASER
1. Bức xạ tự phát
- Khi hệ v.chất tồn tại ở t.thái c.bằng n.động, k0chịu t.động của k.thích
từ bên ngoài, hệ ở mức n.lượng thấp nhất, gọi là mức NL cơ bản.
- Khi hệ v.chất chịu t.động của k.thích từ bên ngoài (b.xạ trường đ.từ,
AS, t0,…) hệ chuyển lên các mức n.lượng cao hơn, gọi là các mức
k.thích.
- Theo A. Einstein có 3 loại d/chuyển giữa các mức n.lượng tương ứng
với 3 q.trình:
+ Hấp thụ.+ Bức xạ tự phát.
+ Bức xạ cưỡng bức (cảm ứng).
hmn= Em–En
2. Bức xạ cảm ứng
Là b.xạ t.ứng với d.chuyển nhờ t.động của trường điện từ bên ngoài.
B.xạ cưỡng bức có tần số đúng bằng tần số kích thích.
Khi k.thích hệv.chất thì một số ng.tử chuyển từ n.lượng thấp lên cao,
sau một khoảng t.gian rất ngắn một số chuyển xuống mức thấp hơn
một cách tự nhiên (B.xạ tự phát ), một số khác bị va chạm với photon
k.thích quay về t.thái có n.lượng thấp hơn đ.thời phát ra một
photon có cùng tần số với photon k.thích (b.xạ cưỡng bức).
Nếu k.đại chùm b.xạ cưỡng bức (b.xạ cảm ứng) thì ta sẽ thu đc chùm
b.xạ có c.độ mạnh, độ đơn sắc cao và độ định hướng cao đó là ng.lý
tạo ra laser.
B.xạ tự phát B.xạ c.ứng
Ở đk thường Ni> Nkm.trường này h.thụ chiếm ưu thế.
Nếu Nk> Ni, thì m.trường này p.xạ c.bức chiếm ưu thế, m.trường có
khả năng k.đại AS thì mật độ ng.tử ở mức n.lượng cao phải nhiều hơn
mật độ ng.tử ở mức n.lượng thấp, ta nói có sự đảo lộn mật độ trên
các mức (nghịch đảo độ tích lũy).
* Các PP tạo đảo lộn mật độ trên các mức
- PP bơm q.học: dùng AS để k.thích các ng.tử của m.trường
- PP va chạm giữa đ.tử và ng.tử để k.thích ng.tử lên mức cần thiết
- PP va chạm ng.tử kích thích và ng.tử trung hòa
- PP phân rã p.tử, khi p.tử bị p.rã các ng.tử sẽ bị k.thích.
*PP bơm q.học
Hệ ng.tử làm việc với 2 mức n.lượng
- Khi k0có t/động bên ngoài thì N1>N2.
- Khi k.thích bằng q.học, các ng.tử và chuyển mức n.lượng
lên cao, N1giảm dần còn N2tăng dần.
-Tuy nhiên, khi N2= N1thì hệ k0thể tạo đc sự đảo lộn mật
độ trên các mức.
Hệ ng.tử làm việc với 3mức n.lượng
Dùng bơm q.học để k.thích các ng.tử chuyển
từ mức 1 lên mức 3. T.thái 3 có t.gian sống
ngắn nên ng.tử nhanh chóng chuyển sang mức
2 là mức siêu bền. Do t.gian sống ở mức siêu
bền tương đối lâu nên tạo được ng.đảo mật độ
giữa hai mức 2 và 1.
Hệ ng.tử làm việc với 4mức n.lượng
Dùng bơm q.học k.thích các ng.tử từ mức 1
lên mức 4. T.thái 4 có t.gian sống ngắn nên
ng.tử mức 3 là mức siêu bền. Do t.gian
sống ở mức 3 siêu bền tương đối lâu nên tạo
được nghịch đảo mật độ giữa hai mức 3 và 2.
Do mức 2 gần với mức 1và có liên kết quang
với mức 4 nên ng.tử không có d.chuyển từ
mức 4 xuống 2 mà chuyển ngay xuống 1.