CÁC LOẠI LASER KHÁC NHAU

Nhóm 4:

1. Đào Văn Ho tạ 2. Phan Văn Hóa 3. Phan Tu n Hùng

ấ

Ạ

ạ ấ ữ ự ế ậ ử ổ ừ

CÁC LO I LASER KHÁC NHAU ề ạ ồ

ớ ọ ể ạ vùng h ng ngo i xa đ n vùng t ạ ế ố

ả ầ ố ổ ứ ạ ấ ấ ấ ượ

ng b c, hi u ng Brillouin). ắ ệ ứ ả ưỡ là bao trùm ả ngo i. Các nhà v t lý quang h c quang ạ phi tuy n ph i h p v i các laser đ m nh đ t o ra ủ ạ ố ợ ế c các b c x nhân t n s (có t n s g p đôi hay g p 3…) hay t o b c x phát thông ạ ứ ạ ầ ố ấ ủ ng k t h p không gian c a ể ế ợ i ta cũng còn có kh năng làm d ch chuy n t n s v phía sóng dài ể ầ ố ề ị ệ ứ ứ

ử ứ ạ ả ầ ng c a nguyên t ủ ứ ị Ne trung hòa. Ngoài khí Ne, môi tr ườ ử ả ợ ữ ấ ủ ượ ứ ấ ỗ ộ ầ ủ ấ ả ề ằ ộ ấ ệ ứ ề ờ ng ch m ch m th ể ệ ọ ườ ờ ự ườ ng nét th hi n các chuy n d i quang h c, đ ố ấ ề

ể ệ ớ ạ He sang Ne. ừ ng c a nguyên t ng ng v i các c u hình đi n t Ne t nh t đ nh. ấ ị ệ ử ươ ủ ử ứ ấ ớ Hi n nay có r t nhi u lo i laser có nh ng kh năng khá đa d ng, th c t ệ toàn b ph t ế ộ ph còn có th s d ng các y u t ể ử ụ ổ đ ượ s v i hi u su t chuy n đ i cao và không làm gi m ch t l ệ ố ớ chùm tia laser. Ng ườ hay sóng ng n h n (Hi u ng Raman c ơ I – Laser He-Ne (Hê-li – Nê-ông). Laser He-Ne là laser khí đ u tiên trong l ch s . B c x laser x y ra do d ch chuy n ể ị ạ ng ho t gi a các m c năng l ch t c a laser còn ch a khí Heli. H n h p có áp su t kho ng m t vài mmHg, áp su t ấ riêng ph n c a Heli cao g p kho ng 5-10 l n áp su t Neon. ầ c kích thích b ng s phóng đi n dòng m t chi u. Hình 1 trình bày Laser He-Ne đ ượ ng nét đ t th hi n các chuy n d i kích thích các chuy n d i trong laser He-Ne. Các đ ể ờ ể và h i ph c, đ ườ ụ ồ ấ ể hi n s ph c h i do va ch m v i thành ng, các mũi tên cong th hi n s truy n năng ể ệ ự ụ ồ ệ ự ng c ng h l ưở ộ ượ Các d i năng l ả Trong hình v s d ng ký hi u Paschen: ng t ượ ẽ ử ụ

D iả 1s 1s 3s 2p 3p ệ C u hình ấ 2p53s 2p54s 2p55s 2p53p 2p54p

ồ ả ứ ỗ ả ỗ ả i. Các chuy n d i laser ch y u là: 3s-> ả ướ ồ ứ ể ờ ể ờ ả ự ủ ị ề ố ộ Ne đ ử ủ ủ ề ứ ướ ượ ớ i. Các nguyên t ng khi va ch m không đàn h i v i ng c ng h ồ ớ ộ tr ng thái tr ng thái kích thích: N u va ch m v i nguyên t He ở ạ ử ế 3S1, tr ng thái 2 He ở ạ ưở ạ ớ He ử ử ạ ả ả ng kích thích t nguyên t He cho ượ ừ ử ề ớ Ne nh y lên d i 3s. N u va ch m v i nguyên t ế ẽ ả ệ ả ng t ng ng c a He và Ne ủ ươ ứ ứ M i d i s g m 4 m c, m i d i p g m 10 m c. Các d i 3s và 2s đóng vai trò m c laser ứ ứ trên, các d i 3p và 2p đóng vai trò m c laser d ủ ế 2->2p (0.543nm). 3p (3.39µm), 2s -> 2p (1.15µm), 3s->2p (0.6328µm) và chuy n d i 3s S ngh ch đ o đ tích lũy c a laser He-Ne x y ra do t c đ tích lũy c a m c trên cao ả ứ ộ c kích thích lên các m c h n nhi u t c đ tích lũy c a m c d ứ ố ộ ượ ơ laser trên nh quá trình truy n năng l ạ ờ các nguyên t ở ạ ử 21S0, nguyên t ả Ne s nh y lên d i 2s. nguyên t ử V i ba đi u ki n làm quá trình truy n năng l ề Ne x y ra hi u qu : nguyên t ử ả ự ầ ự ệ i) S g n nhau gi a các m c năng l ữ ii) S siêu b n c a các m c 2 ề ủ ượ ứ 1S0 và 23S1

ng ng c tr l

iii) Áp su t cao h n c a He so v i Ne. Do v y s truy n năng l ớ

ơ ủ ậ ự ề ượ ượ ở ạ i ấ Ne t ớ ứ ả ố ị ủ ứ ờ ự ầ ệ ấ ườ ấ ỏ t i He là r t nh . ừ ỏ ấ i là b Do các chuy n d i t các m c laser trên (d i 3p và 2p) xu ng m c d đ ng t ứ ướ ử ể ờ ự ộ i (1S) c m trong g n đúng l ng c c, s ph c h i đ kh tích lũy c a m c laser d ưỡ ầ ấ ự ụ ồ ể ử ướ ự phát và s va ch m c a Ne v i thành ng. Do đó các laser nh vào s d ch chuy n t ố ớ ủ ạ ể ự ự ị He-Ne có công su t phát l n thì hay c n có đ ng kính ng phóng đi n r t nh (mao ố ớ d n).ẫ

He và Ne Hình 1. Các chuy n d i trong laser He-Ne. ể ờ ồ ợ ầ ấ ườ ị ả ụ ượ ể ệ ng laser bao g m h n h p khí nguyên t ử ỗ ọ ậ ng kích thích này cho các nguyên t ố ế ượ ồ ờ ự ứ Ne. Khí He làm vai trò khí đ m, ti p nh n năng l ề ạ ổ ớ ề ứ ủ ượ ể ừ ự b ạ ở ướ ể ừ ứ ứ ạ 1 đ n 10 mW ế ế ộ ỏ ừ ườ ấ ứ ạ ớ ế ụ ủ ẽ ấ ng h p các laser th ố ng là nh t ấ ủ ở ế ộ ơ ế ợ ớ ch đ đ n mode đ thu đ ch đ đa mode; đó là tr i 1000 USD. Nó có th ho t đ ng ườ ạ ộ ế ộ ơ ể ở

ấ ặ ưở ượ ườ ệ ợ ng h p He-Ne. Theo các ượ c ng là r t đ c bi ể t trong tr ể ấ ễ ề ấ áp su t toàn ph n th p Môi tr ở (m t – vài ch c Torr). Các d ch chuy n quang h c cho b c x laser x y ra trong các ạ ộ ng kích thích do quá trình nguy n t ể ử khí Ne phóng đi n trong ng laser và truy n năng l ử ệ ệ ng th c hi n tr ng thái c b n nh va ch m không đàn h i. S trao đ i năng l đang ự ơ ả ở ạ 1S c a He v i m c 3s c a Nê-ông. S dích chuy n t 3s xu ng các gi a m c siêu b n 2 ủ ố ứ ữ c sóng 6328, 6320, 5941 và 5435 (s d ch m c c a 2p có th cho các b c x Ȧ ự ị ể ứ ủ chuy n t 3s xu ng 3p cho b c x 3,39 µm). Công su t b c x v i các v ch trong vùng ạ ch đ liên t c; n u ng kh ki n th i ta tăng dòng ườ ở ả ế phóng đi n hay áp su t c a khí thì s xu t hi n các c ch phá h y m c siêu b n. Laser ệ ề ứ ệ ng th y v i giá này có th ho t đ ng ấ ạ ộ ườ ể thành kho ng d ượ c ể ướ ả t n s khá n đ nh. ị ầ ố ổ ng năng l S chuy n c ng h ể ộ ự đi u ki n phóng đi n, m t trong các c ch chuy n có th là r t d dàng và ta thu đ ệ ơ ế ộ ệ 1,14 µm ho c các phát x ho c 0,632 µm và 3,39 µm. ặ ở ặ ở ạ

ng là h n h p phân t khí các-bô-nic và khí Nit ị ơ ợ ử ử ỗ ả ử ng kh năng kích thích phân t ả ể ườ ứ ạ ườ

ứ ồ ộ ể ượ khí Ni đ . Các d ch chuy n ể ượ c khí Ni đ khí các-bô-nic. Phân t ệ ử ơ các-bô-nic. Tr ng thái đi n t c ạ ử ộ khí cac-bô-nic g m nhi u mode dao đ ng liên k t v i chuy n đ ng ể ế ớ ộ ộ c tích lũy b i m t quá ở khí ớ ộ ử ượ ượ ộ c kích thích do dao đ ng v i phân t ử tr ng thái c b n: ở ạ ộ ớ ng gi a phân t ữ ơ ả

t s n sinh ra đ c bi ặ ệ ệ l ơ ỷ ệ ả ả ủ t cao do k t qu c a ế

ơ ợ ộ ỗ ứ ạ

ấ ệ ủ ạ ế ệ ng laser s là m t h n h p Ni-t ể ộ ố ị ể ứ ạ ế ộ ượ ừ ạ ớ ế ộ ng c c kỳ cao đ i v i m t laser, t ủ ố ớ ị ổ ệ ụ ừ ồ ể ồ ể ạ ờ ở ạ ử ụ ỗ ấ ộ ố ử ạ ư ụ ạ ộ ố ng năng l ượ ử

ể ớ CO ố ứ 2 đ ượ ộ ng t v do ng v i 3 ki u dao đ ng: Ki u đ i x ng, k u ể ộ ể c bi u ủ ng ng b ng h s kích thích c a các ủ ứ ạ ử 1, v2, v3 t ậ ộ ấ ố ứ ố ượ COử ạ ằ ươ ứ ằ ộ ự ả ễ ể ờ

2 v i các ớ các phân

c bi u di n trên hình 2. M c laser trên là (001), các ứ ể ứ ạ i. Các chuy n d i laser (001)->(100) cho b c x ướ ứ ạ ạ ử ả (kích thích đi n t ) và s truy n năng l ng cho chúng t ồ ủ ưở ng c ng h ộ CO ừ ệ ử ượ ự ề c kích thích. II – Laser khí cac-bô-nic Môi tr ng laser th ườ quang h c cho b c x laser x y ra trong các phân t ọ s d ng đ tăng c ử ụ b n c a phân t ộ ử ề ủ ả quay thành m t s l n m c dao đ ng quay thành m t s m c dao đ ng quay. Toàn b ộ ố ớ ộ ố ứ các m c t ng ng v i m t mode dao đ ng nào đó có th đ ộ ứ ứ ươ trình truy n năng l ề cac-bô-nic Khi phóng đi n huỳnh quang trong Ni-t c ch : ơ ế =>Môi tr – khí cac-bô-nic; và b c x laser s th c ẽ ự ẽ ườ ứ hi n trên m t s d ch chuy n nào đó xu t phát t các tr ng thái quay khác nhau c a m c ủ ừ 0001. Các b c x laser có th bao ph khá r ng t 9,1 đ m 10,7 µm, nghĩa là trong h ng ồ ừ vài ph n ngo i v i m t hi u su t bi n đ i năng l ầ ự ấ ộ ủ các đ ng v khác nhau c a C và c a 2 t trăm đ n vài ch c ph n trăm.Vi c dùng khí CO ầ O cho phép tăng s d ch chuy n có th s d ng trong vùng h ng ngo i. ể ử ụ ố ị ạ ứ 2, b c x x y ra do các chuy n d i gi a các m c Các tâm ho t ch t là các phân t CO ứ ạ ả ữ ử ấ 2. Laser CO2 có th cho CO c b n c a phân t tr ng thái đi n t dao đ ng – quay ể ủ ệ ử ơ ả ộ i 40- i 10kW ho c h n trong ch đ liên t c và có hi u su t khá cao (t công su t cao t ế ộ ặ ơ ớ ớ ệ ấ ầ ng là h n h p c a m t s thành ph n: 60%). Môi tr ng ho t ch t c a lo i này th ợ ủ ườ ấ ủ ườ c… Vai trò c a phân t Khí CO2, N2, và m t s khí khác nh He, h i n khí ph , nó ủ ơ ướ 2. CO ng kích thích c a nó cho phân t truy n c ng h ủ ề ộ ưở T o s đ o m t đ trong laser CO 2: ậ ộ ạ ự ả Phân t 2 có 4 b c dao đ ng t ể ự bi n d ng và ki u b t đ i x ng. Các tr ng thái dao đ ng c a phân t ể ử ế di n b ng t p h p ba s l ễ ệ ố ợ ậ ki u dao đ ng trên. ể C ch t o thành s đ o m t đ đ ơ ế ạ ậ ộ ượ m c (020) và (100) là các m c laser d ứ ứ 10,4µm và chuy n d i (001)->(020) cho b c x 9,4µm. ể ờ Các kích thích m c (001) x y ra do va ch m không đàn h i c a phân t ứ đi n t ệ ử Nử 2 đã đ t ượ

2 ch a đ ệ

ơ ế ạ ộ ượ ể ờ ủ ủ ế ng t ứ CO i các phân t ề i tích lũy các phân t ử CO ử 2 ự ẫ ớ ứ ụ ứ ư ượ ơ ng (b ng va ch m không đàn h i) cho các phân t ễ c kích thích. Đi u này d n t ề ố ớ H ạ ằ ử ượ ế ồ ồ ử 2O ho c nguyên t ặ

trên v n còn có hi u qu ngay c ệ ả ở ậ ộ ừ ượ ả ộ ả ườ ử ứ ạ ả ể ứ ạ ộ ế ộ ở ề ứ c đi u ch nh trong vùng ph r ng đã nói ổ ộ

c a N ẫ ả ở c m t s l n phân t ộ ố ớ i ta có th th c hi n nh ng laser b c x nhi u kW ữ ệ ấ ể ụ ượ ề s E/P (E là c ả ỷ ố ợ ỉ ng đ tr ộ ườ ườ ệ ộ ệ ử ủ ế t di n kích thích đi n t ứ và m t s khí khác cũng nh vi c ch n t ỏ ơ u t ư ệ ể ả ộ ố ọ ấ ỗ

ụ ệ ằ

ợ ỗ ổ ế c đây. Trong c hau s đ d ơ ồ ướ ả ượ ệ ặ ữ ấ c b m theo chu trình, khí này cho phép tránh đ ệ ợ Hình 2. C ch ho t đ ng và các chuy n d i c a laser phân t S ph c h i c a các m c (020) và (100) ch y u di n ra do s truy n năng l ng c ng ộ ự ụ ồ ủ ử h ớ ưở ề CO2 trên m c (010) (ký hi u r). C ch h i ph c chính đ i v i m c (010) là truy n năng l He (ký hi u g). ệ áp su t cao, Quá trình đ o l n m t đ v a mô t ấ ấ nh v y có kh năng có đ nên laser có th b c x m t công su t ư ậ ch đ lên t c, dùng l n. Ng ụ ể ự ớ trong công nghi p. Khi áp su t khí cac-bô-nic cao, các m c khác nhau b m r ng nên ị ở ộ ệ b c x c a laser có th liên t c đ trên. ứ ạ ủ ở t ph i đ m b o t C n thi ệ ươ ng ng trong c t phóng đi n d ả ả ế ầ và P là áp su t c a c a h n h p khí) sao cho ti 2 và m cứ ấ ủ ủ ỗ t di n kích thích các m c (100), (020) và (010) c a 2 là l n nh t, còn ti (001) c a COủ ủ ệ ế ấ ớ ọ ố 2 khí Nit CO2 là nh . Vi c đ a vào laser CO i ệ ư s E/P là nh ng v n đ th c ti n quan tr ng trong m i laser đ đ m b o cho ả ễ ề ự ữ ư ỷ ố laser ho t đ ng t t nh t. ấ ố ạ ộ ng pháp phóng đi n xung hay liên t c. Các laser c kích thích b ng ph Laser CO2 đ ượ ươ 2 + N2 là khá ph bi n, thay vì s phóng CO2 s d ng s phóng đi n trong h n h p CO ự ợ ỗ ệ ự ử ụ i, h n h p khí đi n ch trong th tích ch a khí N 2 nh tr ỉ ư ướ ứ ể ho c m i ch t khí đ ổ c nh ng thay đ i ượ ơ ỗ không mong mu n trong thành ph n hóa h c c a h n h p khí. Hi n nay, các laser CO ố đóng kín có năng l ng và tu i th cao là ph bi n. ọ ủ ỗ ổ ế ầ ọ ượ ổ

Hình 3. Vài c u trúc ng phóng đi n c a laser CO 2 ệ ủ ố ấ ế ạ hay phân t ệ ử ứ ử ả ủ là k t qu c a ạ ự ả ộ ộ ế

ng ph c t p ộ ấ ự ứ ạ ở ự ạ ữ ề ơ ế ệ ượ ổ ợ ệ h p đi n t ệ ử ộ ể ấ ộ ố ề ể ở ế ộ ự ả ộ ợ ự ệ ng l n tr ng thái siêu b n B* c a khí hi m nê ta có: ộ ỗ ủ ộ ượ ề ế ạ ạ ớ

i đây là các lo i laser liên quan đ n quá tr ng thái kích thích và d ướ ế ạ III – Các lo i laser liên quan đ n quá trình va ch m S đ o l n đ tích lũy trong h các m c nguyên t quá trình kích thích do va ch mạ đó x y ra s c nh tranh S phóng đi n trong ch t khí là m t hi n t ả ệ - ion trao đ i đi n tích… Th c ự gi a nhi u c ch : Kích thích, ion hóa, tái t ổ ệ ử ở nghi m cho th y trong m t s đi u ki n nào đó, m t ki u riêng đ t o nguyên t ể ạ ệ ể tr ng thái kích thích có th tr thành chi m u th và m t s đ o l n đ tích lũy có th ạ ộ ế ư x y ra. Ph n ng ion hóa Penning: S phóng đi n trong m t h n h p A, B trong đó B là ả ứ ả m t khí hi m, t o ra m t l ế ộ i-ông A* có th ể ở ạ trình va ch m nh v y: ư ậ ạ

1.

ự ả ờ ể ạ ộ ự ị ườ ứ ứ ị ứ ề ứ ớ ứ ứ ứ ứ ứ ấ ứ ệ ể ạ ộ ụ t là 45% và 35%). ộ ươ ườ ấ c kích thích nh các quá trình sau: (a) chuy n d i 3p->4d->4p; (b) ng đ t ượ ứ ể ờ Laser Ar-gông (hay Kryp-tông) ion hóa Hình thành s đ o m t đ trong laser ion Argon: ậ ộ Hình 4 trình bày nh ng chuy n d i quan tr ng trong ho t đ ng laser và s hình thành ọ ữ +. Các đ ng nét đ t ng v i các d ch chuy n ngh ch đ o đ tích lũy trong laser ion Ar ể ớ ả ộ ng nét li n ng v i các chuy n d i quang h c. Nhóm m c có , đ kích thích đi n t ọ ờ ể ớ ệ ử ườ 44s t i (m c 4s). Nhóm m c có c u 3p c u hình đi n t ấ ng ng v i các m c laser d ươ ướ ệ ử ấ hình 3p44p t 43p ng ng v i các m c laser trên (m c 4p). Nhóm m c có c u hình 3p ứ ứ ớ ứ ươ ng v i các m c c b n (m c 3p). ứ ơ ả ớ ứ Các chuy n d i 4p->4s cho xu t hi n 8 v ch (0,455; 0466; 0,473; 0,488; 0,497; 0,502µm ờ và 0,515µm), trong đó các v ch màu l c (0,488µm) và màu lam (0,515µm) có đ chói cao nh t (c M c laser trên đ chuy n d i 3p->3d->4p; (c) chuy n d i 3p->4p ể ờ ấ ạ ng đ i l n l ố ầ ượ ờ ể ờ

ọ ứ ể ờ ủ

ơ ủ ướ ố ộ ủ ủ ế i (F(4s)/F(4p)~2). Tuy nhiên s đ o m t đ đ ứ ầ ơ ữ ớ ằ ậ ộ Hình 4. Các chuy n d i quang h c trong laser ion Ar ệ ử F(4p) c a m c laser trên nh h n t c đ kích thích đi n t ỏ ơ ố ộ c hình thành ậ ộ ượ ự ả i nhanh h n nhi u m c trên ề ứ ng c c và các ự ưỡ ả đây x y ở ư ậ ự ả i. ủ ướ ạ ự ồ ệ ề ủ ế ộ ự ả i th hi u 500V) đ ế ệ ề ặ ơ ọ ư ề c các nhà ch t o gi ệ ả ấ ộ

ớ ộ ị ươ ề ổ ế ụ ấ ấ ế ợ ố ả ụ ả , các laser này còn là ngu n b m quang h c cho các laser màu liên t c. ề ứ ọ ồ ơ ơ ồ ử ạ T c đ kích thích đi n t ệ ử F(4s) c a m c laser d ướ ứ ch y u b i t c đ h i ph c ® c a m c d ụ ộ ồ ở ố (R(4s)/R(4p)~10). H n n a chuy n d i 4p->3p b c m trong g n đúng l ị ấ ờ ể laser đ u n m khá cao so v i m c c b n. Nh v y s đ o m t đ tích lũy ứ ơ ả ra ch y u do s h i ph c nhanh c a m c laser d ứ ụ c t o ra M t s phóng đi n liên t c khá m nh (kho ng 20A d ướ ượ ạ ụ ng kính vài mm. Đ gi ọ gìn v m t c h c và đi n h c trong m t ng dài 1m có đ ệ ể ữ ườ ộ ố ề t t a ra đ t ra nhi u v n đ c a ng, vi c đ a ra kh i ng hàng ch c ki-lô watt nhi ụ ỏ ố ấ ệ ỏ ặ ệ ủ ố i quy t m t cách khác nhau. Các laser công ngh khó khăn đã đ ế ạ ộ ế ượ này cho phép thu m t công su t toàn ph n liên t c vào kho ng 10 watt phân b trên ụ ầ ố ả ướ ng ng m i b c x là đa mode v i đ đ nh h nhi u d ch chuy n. Trong các laser th ạ ứ ạ ể ị c a chùm tia khá t t, lo i laser này là công c r t ph bi n, công su t liên t c c a laser ụ ủ ạ ố ủ ng k t h p t và ch t l t đ m b o cho nó có nhi u ng d ng. Trong quang ph nguyên ổ ấ ượ và phân t t ụ ử ử 2. Laser h i đ ng (Cu) ệ ạ . M t xung phóng đi n đ ộ ị ự ạ ộ c s d ng ệ ượ ử ụ ể ự ơ ồ ộ ị Đây là lo i laser phóng đi n trong khí nguyên t đ b c bay h n đ ng và t o đ ngh ch đ o, nó ho t đ ng d a trên các d ch chuy n t ả ể ố d ng. ừ

Hình 5. Nh ng chuy n d i quan tr ng trong laser h i đ ng ọ ữ ủ ượ ơ ồ ứ Cu cho ho t đ ng laser đ ạ ộ ườ ệ ử c trình bày ườ ể ờ ử ể ủ ể ng c a nguyên t ị ỉ ọ ủ ứ ượ ử 2P1/2 và 2P3/2) là m c năng l ủ ầ i ( ưở ề ớ ị ấ ề ứ ấ ứ ứ ơ ả 2S1/2) là b c m v quang h c. Xác su t c a kích thích đi n t ấ ị ấ ủ ề ờ ớ

ọ ệ ử ệ ế ứ trong plasma phóng đi n khí s kích thích hi u qu các m c ẽ i. Do ả là không kích thích các m c laser d h i đ ng và th c t ử ơ ồ ệ ứ ự ế ướ ự ộ ắ ầ b ứ ạ ở ướ ạ ả ệ ấ ứ ờ ế ệ m t nhi c sóng 5106 A ự ệ ộ ừ ấ ấ ơ ạ ủ ở ộ ộ ử ồ ự giai đo n ti p theo. c kích thích ơ ồ trên, S đ m c năng l ượ ở ng gián đo n ch các d ch chuy n c a kích thích đi n t ng nét li n và các đ các đ ề ạ ứ ch các d ch chuy n quang h c c a laser (0.51 µm và 0.58µm). M c laser trên (các m c ị ứ ỉ ng nguyên t ng đ u tiên c a nguyên ng c ng h năng l ượ ộ ướ 2D3/2 và 2D5/2) là các m c siêu b n. D ch chuy n gi a các đ ng. Các m c laser d t ứ ữ ể ử ồ m c này v i m c c b n ( ệ ử ọ ứ ứ ượ đ i v i các m c c m chuy n d i quang h c là th p h n r t nhi u so v i các m c đ c ơ ấ ọ ể ố ớ phép chuy n d i quang h c. ể ờ K t qu là các đi n t ả laser trên c a nguyên t ủ đó s ngh ch đ o đ tích lũy có th x y ra ngay lúc b t đ u xung kích. ể ả ị 0, phát xung Lo i này hi n nay có nh ng kh năng lý thú: b c x ả ữ v i công su t t c th i đ n 100kW và công su t trung bình là 10W. S phóng đi n x y ra ả ớ ợ t đ v a ph i phù h p trong m t ha-lô-gê-nua Đ ng có áp su t h i t m đ ả ồ v i m t công ngh đ n gi n; s phân ly ha-lô-gê-nua cho các nguyên t đ ng và sau đó ả ộ ớ các nguyên t ở ệ ơ ượ ế ạ ử

ạ ơ ạ ồ ạ này đ 3. Laser h i kim lo i ạ ơ Laser h i kim lo i là lo i laser khí có môi tr lo i : laser notron h i kim lo i và laser ion notron h i kim lo i. ạ ơ ạ ạ ng ho t tính là h i kim lo i g m 2 ơ ườ ơ ạ

D i đây là b ng ví d v nh ng laser h i kim lo i: ụ ề ữ ướ ạ ả ơ

Applications and notes B mơ Operation wavelength(s) Laser gain medium and type

441.563 nm, 325 nm Helium- cadmium (HeCd) metal- vapor laser Printing and typesetting applications, fluorescence excitation examination (ie. in U.S. paper currency printing), scientific research.

ệ

567 nm, 615 nm Rare, scientific research, amateur laser construction. Phóng đi n vào ạ h i kim lo i ơ tr n l n v i khí ớ ộ ẫ đ m là Helium ệ Helium- mercury (HeHg) metal- vapor laser

Rare, scientific research, amateur laser construction. Helium- selenium (HeSe) metal- vapor laser up to 24 wavelengths between red and UV

510.6 nm, 578.2 nm Copper vapor laser Dermatological uses, high speed photography, pump for dye lasers.

Phóng đi nệ

627 nm Gold vapor laser Rare, dermatological and photodynamic therapy uses.

C ch t o m t đ đ o l n c a laser h i kim lo i.

ậ ộ ả ộ ủ ơ ế ạ ơ ạ

 C ch t o m t đ đ o l n trong laser khí ậ ộ ả ộ

ơ ế ạ

- Trong laser khí b m ch y u đ c th c hi n b ng dòng phóng đi n khí, đ ủ ế ơ ượ ự ệ ệ ằ ượ ự c th c

hiên ch y u b ng m t trong hai quá trình sau đây: ủ ế ằ ộ

+ Khí đ n ch t: nguyên t ch có th đ c kích thích b ng va ch m đi n t ấ ơ ử ỉ ể ượ ệ ử ứ ằ , t c là b ng ằ ạ

quá trình: + A ﬁ A* + e

Trong đó A: nguyên t ử ở ạ tr ng thái c b n ơ ả

A* : và tr ng thái kích thích t ng ng. ạ ươ ứ

+ Quá trình trên đ c g i là quá trình va ch m không đàn h i lo i 1 ượ ọ ạ ạ ồ

- Trong tr ng h p khí g m 2 thành ph n thì kích thích nguyên t ch y u b ng va ườ ầ ồ ơ ử ủ ế ằ

* ﬁ gi a các h t khí A + B ạ

ch m không đàn h i lo i 2 A* + B + D E ạ ạ ồ ữ

Trong đó A, B: nguyên t ttr ng thái c b n ử ở ạ ơ ả

A*,B*: nguyên t tr ng thái kích thích. ử ở ạ

ng kích thích c a nguyên t B c truy n sang nguyên t - Khi va ch m, năng l ạ ượ ủ ử * s đ ẽ ượ ề ử

A, làm nguyên t A t ử ừ ạ tr ng thái c b n s chuy n lên tr ng thái kích thích A ể ơ ả ẽ ạ

- Trong ph n l n laser h i kim lo i, b m đ ầ ớ ạ ơ ơ ượ ệ c th c hiên b ng quá trình chuy n đi n ự ể ằ

tích M + B+ ﬁ (M+)* + B + D E

T c là: nguyên t M tr ng thái c b n khi va ch m v i ion c a nguyên t ứ ử ở ạ ơ ả ủ ạ ớ ử + B

+)*

B tr ng thái kích thích, s truy n đi n tích cho ion nguyên t ẽ ề ệ ử + chuy n thành ion (M ể ở ạ

và ion B+ tr thành nguyên t B và chuy n v tr ng thái c b n. ở ử ể ề ạ ơ ả (D E: bi n đ i n i năng ế ổ ộ

c a h .) ủ ệ

- Ion hoá Penning : M + Bm ﬁ (M+)* + B +

T c là: ion Bm tr ng thái siêu b n va ch m v i nguyên t M s làm ion hoá ứ ở ạ ề ạ ớ ử ẽ

m trở

nguyên t M làm cho nguyên t tr ng thái kích thích, và B ử ử M m t e tr thành ion ở ấ ở ạ

tr ng thái c b n. v nguyên t ề ử ở ạ ơ ả

- Quá trình ion hoá Penning ch x y ra trong tr ng h p " năng l ỉ ả ườ ợ ượ ủ ng kích thích c a

nguyên t ng ion hoá nguyên t M. Bử m l n h n hay b ng năng l ớ ơ ằ ượ ử

Ví dụ: kh o sát s đ m c năng l ơ ồ ứ ả ượ ng

c a laser h i kim lo i He-Se ủ ạ ơ

+ kho ng 25eV, l n h n năng

Ta th y: năng l ng m c laser trên c a ion Se ấ ượ ủ ứ ả ơ ớ

ng c a các m c siêu b n c a He (24,58eV) l ượ ề ủ ủ ứ

laser trên ch có th th c hi n b ng chuy n đi n tích. (cid:222) đ t o tích t ể ạ ụ ệ ằ ể ự ệ ể ỉ

ng c a laser h i kim lo i He-Cd Ví dụ: kh o sát s đ m c năng l ơ ồ ứ ả ượ ủ ạ ơ

* cao h n các m c ứ

Ta th y : m c năng l ứ ấ ượ ng c a He ủ ơ

năng l ng kích thích c a ion Cd ượ ủ

(cid:222) B m trong laser He-Cd ch y u b ng va ch m ion hoá penning. ủ ế ằ ạ ơ

He* + Cd ﬁ He + Cd+ + e-

ạ ườ ứ ẹ ể ủ ộ ươ kim lo i khác nhau trung hòa hay i-ông hóa; các nguyên t ng lai h a h n trên nh ng d ch chuy n c a các ị ữ kim lo i có th thu ử ng laser này có m t t ạ ử ể ạ ữ ườ ợ ợ ộ ạ ng h p tr c ti p cho kim lo i ự ế Lo i môi tr nguyên t c b ng nh ng quá trình khác nhau: đ ượ ằ - S phân ly các h p ch t kim lo i trong m t vài tr ự ạ ấ tr ng thái kích thích. ở ạ

- S b c h i c a kim lo i t

ạ ừ ự ệ ạ ớ t ng ự ỗ ượ ườ ặ âm c c khi va ch m v i các h t mang đi n do phóng ạ c các ngu n liên i ta hy v ng thu đ ồ ọ t và có ố ử ụ ự ố ơ ủ đi n gây ra (“âm c c r ng”). Đ c bi ệ ệ t c có công su t trung bình(0,1W) v i giá thành không quá cao, s d ng t ớ ấ ụ nhi u ng d ng quan tr ng. ụ ọ ề ứ 4. Laser Ni-tơ c trong phòng thí nghi m. B c x ạ ả ệ ộ ơ ượ ễ ố Ni-t ử ơ ở ế ọ ượ ệ lân c n b ậ ướ ạ ể ả ủ ườ ạ ứ ạ ả ệ ấ ố ộ ấ ớ ng. S ộ ờ ớ ệ ự ự ượ ớ ế ệ ủ

ề ệ đ u 2; các đ c tr ng c a đ ủ ườ ặ ề ư ượ ạ ộ ơ ồ ượ ủ ứ ướ c ượ ạ i (2) là tr ng m c (3) xu ng (2) – ố ạ ạ ứ ạ ằ ử ằ

ệ ổ ế ấ ệ ấ ệ ồ ứ ạ Đó là m t lo i laser đ n gi n d ch t a đ ộ ng. laser d ng xung có th thu đ c trong ng phóng đi n không c n có bu ng c ng h ồ ưở ầ . Khi có m t xung c sóng 3371 B c x x y ra trên d i c a phân t Ȧ ộ 3π t c th i , m c C n xung lên <20ns) trong ng ch a khí Ni-t đi n m nh và nhanh (s ờ ứ ứ ơ ứ có đ tích lũy r t l n nên xu t hi n s đ o l n đ tích lũy; h s khu ch đ i lúc b y ấ ạ ế ệ ố ộ ệ ự ả ộ ự khá l n nên có th x y ra doa đ ng laser mà không c n có bu ng c ng h gi ể ả ưở ộ ồ ầ ệ các đi n c c đ t bên này và bên kia c a tr c (phóng đi n phóng đi n đ c tao ra gi ụ ủ ệ ự ặ ữ ượ c n i li n v i m t đi n dung cho . Các đi n c c này đ ngang) theo ng đ ng Ni-t ố ề ệ ộ ơ ố đ u 1 c a ng và truy n đ n đ u ra c a ánh sáng phép gây ra s phóng đi n b t đ u ề ủ ố ầ ắ ầ ở ầ ự ậ ố ớ ng đi n sao cho s phóng đi n truy n cùng v n t c v i ệ ự ệ ở ầ t nh t. c các đi u ki n khu ch đ i t sóng sáng đ có đ ế ệ ấ ạ ố ể ng c a phân t S đ các m c năng l tham gia vào ho t đ ng laser đ khí Nit ơ ử c b n các laser d đây, m c (1) là tr ng thái đi n t trình bày sau đây. ệ ử ơ ả ứ Ở khác nhau, t thái đi n t và m c laser trên (3) là tr ng thái đi n t ừ ứ ệ ử ứ ệ ử ngo i 0.337µm. ng l n – b c x này n m trong vùng ph t kho ng cách năng l ạ ổ ử ớ ượ ả c kích thích b ng quá trình phóng đi n trong ch t khí, áp su t khí nit ấ đ Các phân t ấ ệ ơ ượ ọ c đây, ki u phóng đi n d c vài torr cho đ n 760 torr. Tr trong ng có th t khí nit ố ể ướ ế ể ừ ơ theo ng đ c s d ng. Ngày nay ki u phóng đi n ngang đ c s d ng ph bi n vì nó ượ ử ụ ố ể ượ ử ụ có m t s u đi m sau: đi n áp phóng đi n th p, phóng n đ nh và đ ng nh t, tăng ộ ố ư ị ổ ệ c th tích ho t ch t. đ ể ượ ể ạ ấ

khí Nit ử C ớ ủ ọ tr ng thái đi n t ơ ở ạ B ọ Hình 6. Nh ng chuy n d i quang h c trong laser phân t ể ờ ữ i th i gian s ng c a phân t ử ố ệ ử 3πg – g i là τ ỉ ủ ươ ứ ơ ả ố ớ ạ nit ử ậ Nit 32 – ch là 40ns, và τ ng ng. Trong khi đó, th i gian s ng c a phân t ờ ố 1∑g, g i là τ ọ ệ tr ng thái đi n t ả ộ ủ ạ , đi u này yêu c u m t đ t ự ế ỉ ộ ộ ự ả ấ ỏ ộ ệ ủ ạ ơ ỏ ơ ệ ứ ề ể ơ ẳ ể ừ ạ ơ chuy n t ề ơ ả ả ạ ị ạ ứ ự ị ể ể ắ ứ ộ ờ ạ ủ ươ ưở ậ ộ ế ư ệ ượ ồ ứ ạ ượ ướ ch đ xung v i t n s xung l p l ng bu ng c ng h ng phát siêu b c x . Do m c laser d ứ ớ ầ ố ng) ta có th quan sát đ ể ỉ ở ế ộ ạ ộ ơ ề ể ế ả

2, Ne2…)

ệ hai nguyên t ế : ở c a khí hi m (He ử ủ ế ơ ệ ử 3πu đ i v i quá trình C n chú t ố ớ ầ ờ 1∑g là kho ngả 31 đ i v i tr ng thái X tr ng thái đi n t ạ ệ ử 3πg B 1ms, t ơ ở ạ ữ 21, là 8-10µs. Do v y đ ngh ch đ o tích lũy gi a đ i v i tr ng thái c b n X ị ộ ố ớ ạ hai tr ng thái (3) và (2), xung b m phóng đi n không ch có c ng đ đ m nh mà còn ạ ườ ơ c m r t nh trong các m ch tích ph i r t nhanh. Th c t ầ ấ ả ấ ả và phóng đi n c a laser. Đ b m hi u qu , các tính toán cho th y đ dài xung b m ph i ả b mơ < τ32 nh h n 40ns và th a mãn đ ng th c: τ ỏ tr ng thái c b n (1) lên Sau khi phóng đi n kích thích, các phân t nit ệ ử ữ kích thích (3). Vì tr ng thái (2) là siêu b n, đ ngh ch đ o tích lũy gi a tr ng thái đi n t ộ ệ ử ữ m c (3) và (2) ch có th xác l p trong m t th i gian ng n – lúc đó s d ch chuy n gi a ỉ ậ ng laser này là khá cao chúng cho b c x laser xung. Đ khu ch đ i c a môi tr ườ ạ ng (hay có m t (G=50dB/m). Do v y, ngay c khi ch a có g ộ ả ộ ứ i là m c c hi n t g ươ siêu b n, các laser nit i có ch có th ho t đ ng ặ ạ ể th đ n v i trăm Hz IV – Laser excimer Chúng ta tìm th y các h excimer ấ - Các phân t ử - Các ha-lô-gê-nuya c a khí hi m (ArF, KrF, XeCl…) ế ủ ẫ ấ ạ

- Các h p ch t khác nhau c a khí hi m nh XeO.

Hai lo i sau cùng này d n đ n các laser r t hay: ư ủ ế ấ ợ

- Các h p ch t kim lo i khác nhau: HgBr là m t h đ

ợ ấ ạ ộ ệ ượ ạ ứ ấ ờ ệ ả c. ề c nghiên c u r t nhi u hi n nay, nó có kh năng cho các b c x r t m nh trong vùng xanh da tr i – xanh ứ ạ ấ i n lá cây, vùng t ướ ướ i u cho vi n thông d ễ ố ư ự ệ Th c hi n các laser excimer Chu trình t o thành các ion: ạ

*: Chu trình t o thành excimer GB ạ Ph n ng sau cùng này thu c lo i ba v t, sau đó ph n ng đòi h i, đ có đ ậ ạ ộ ả ứ xác su t c n thi ấ ớ ủ ỗ ấ ầ tr nên khó khăn. N u ng tiêm đi n t ệ ử ở đi n c c ph i đ ả ượ ặ ệ ự đ n m t b ph n r t nh c a môi tr ậ ấ ế môi tr ộ ự ẳ

ể ả ứ ả ế ộ ỏ ấ i ta s d ng phóng đi n quy ợ ử ụ ướ ế c đ c bi ườ ứ ể ệ ệ ng nên tr ệ ỏ ủ ộ ự ườ ướ ầ ộ c m t ượ t, m t áp su t l n c a h n h p vào kho ng áp su t khí quy n; vi c ệ ể ủ c thì d ng c a ạ t nghiên c u đ tránh s phóng đi n thành th ch liên quan ớ ỉ ự c tiên c n ph i dùng m t s ion hóa ngo i. ụ ạ ả ng, ch ng h n b ng m t s phóng đi n ph t o nên tia t ử ộ ộ ườ ạ ằ ệ ạ

ng đi n t khí hi m hai nguyên t ử ứ ượ ế ệ ử ủ ượ ả ứ ữ ươ ng đi n t ứ theo kho ng cách gi a các nguyên t ử ớ ứ ề ộ ứ ề ộ ố ườ ẻ ứ ứ ng (2) đóng vai trò m c laser trên, m c (1) – là m c laser d ứ ứ ể ệ ằ ứ ứ ể ờ ả nào đ ượ ậ ộ ượ ượ ử ử ứ ự i. S ướ ớ ấ ể ố c hình thành v i b t k s khí hi m xu ng m c (1), nó ố ế i luôn r ng (không tích ỗ ư ậ ứ ủ ể ượ ể ướ ạ ủ i ta mu n có đ l p l ợ ấ t, n u ng ế ỉ ả ứ ử ộ ặ ạ ng h p thu n l c tái sinh. Hi n nay các v n đ trên đã đ Hình 7. Các m c năng l c a m t phân t ế ộ ử khí hi m hai nguyên Hình trên th hi n các m c năng l c a m t phân t ứ ể ệ ộ ử ệ ử ủ ơ ả ng ng v i tr ng thái c b n t . M c (1) t ạ ớ ử (không b n), các m c (2) và (3) là ng v i các tr ng thái kích thích (b n). M c (2) và (3) ạ ng k ngang). ch a m t s các m c dao đ ng (th hi n b ng các đ M c năng l ứ ngh ch đ o m t đ tích lũy trên chuy n d i (2) -> (1) đ ị c kích thích lên m c (2). Ngay khi phân t phân t ứ l p t c phân chia thành các nguyên t ử ậ ứ lũy). Đ c đi m này làm cho ho t đ ng c a laser excimer có hi u su t r t cao. ặ ạ ộ L i th ch y u c a laser excimer là năng l ế ủ ế ủ ợ th cung c p, ch y u trong vùng t ủ ế ể đ c bi ố ườ ệ ặ thay đ i nên ch có m t s tr ộ ố ườ ổ đ ấ ượ . Nh v y, m c laser d ướ ấ ấ ệ i d ng xung mà nó có ng đáng k d ngo i. Ho t đ ng c a nó đ t ra m t s v n đ , ề ộ ố ấ ặ ạ ạ ộ ị i cao. H n h p khí trong thành ph n c a nó b ầ ủ ỗ i đ chu trình ph n ng làm cho h n h p ỗ ợ ậ ợ ể c ch ng t t, có nh ng laser Ha-lô-gê- ế ượ ợ ề ự ố ữ ệ

c th ạ ề ế ệ ượ ươ ng ạ

ượ ạ cô l p (nguyên t ấ ắ ử ưỡ ử hay ion) là nh ng m c gián ữ ứ nuya khí hi m và nhi u lo i laser excimer dùng cho phòng thí nghi m đã đ m i hóa. V – Laser r nắ 1. Các m c năng l ứ • M c năng l ứ đo n t ạ ươ

ng c a ion trong m t m ng ch t r n ộ ủ ng c a h nguyên t ậ ủ ệ ng đ i h p. ố ẹ ẳ ấ ắ

• Các ion phân tán (ch ng h n 1%) trong đó các ch t r n là m t h đ m đ c h n ơ

ộ ệ ậ ặ ạ

c mô t

• T

ấ ắ ượ ả ủ ế ch y u ữ ặ ủ ườ ự ng tác v i ch t r n đ ớ ươ ng “tinh th ”. ườ ể hay ion làm tăng các m c năng l ng nên

• T

ứ ượ ở nhi u.ề ng tác gi a các ion-ion và nh ng t ữ ươ ng : tr b ng s có m t c a 1 đi n tr ằ ng tác gi a m t s l n nguyên t ử ươ tr ng thái r n d n đ n c u trúc d i. ả ạ ữ ắ ẫ

ế ắ ng tác ion- ion, tuy nhiên c u trúc c a nó v ệ ộ ố ớ ế ấ đ ử ượ ỏ

• Khi ki n trúcnguyên t ầ

c phân tán trong pha r n thì môi tr ườ ấ

ộ ặ ể ở ườ ể ạ t nhiên b nhi u lo n đáng k b i tr ạ ườ ấ ự ồ ạ ồ ng xung quanh ề ủ ng tinh th theo các tiêu ng tinh th , đ i x ng c a các tr ng thái ủ ể ố ứ ứ i đ ng th i c a d i và các m c ờ ủ ả ệ ử ủ ử

i ta nói đ n h ba m c năng l

• Đ s d ng cho laser ng

m t ph n b o v nó kh i các t ươ ệ ả ng t m t năng l ễ ị ấ ượ chu n v đ i x ng (đ i x ng tr ề ố ứ ố ướ ẩ đi n t c a nguyên t ). nó cho th y s t n t h p.ẹ ể ử ụ ng và h b n m c. ệ ố ế ệ ườ ượ ứ ứ

ể ộ ả ổ ơ ứ ạ ượ ng ư ọ ộ m t m c (a) tăng cao.Quá trình không b c x nh ở ộ ườ ạ ượ ủ ạ ộ ứ ơ ả ứ ữ ả ể ứ ả ủ ớ ấ thi ơ ễ Dùng b m quang h c đ tăng đ tích lũy cho m t d i và các trao đ i năng l ọ không b c x làm cho đ tích lũy ộ ứ ạ v y khá quan tr ng đ i v i lo i môi tr ố ớ ậ ng do ion mang m t ph n đ Năng l Trong s đ ba m c s b c x c ơ ồ này gi ơ ằ ế nhi u h n m c c b n. s đ o l n tích lũy t ự ả ộ ề m c trong đó b c x x y ra gi a m c (a) và m c (b). ữ ứ ứ ng này. c nh ng cho các doa đ ng c a m ng tinh th . ườ ầ ượ ộ ể ề ng b c x y ra gi a m c (a) và m c c b n. Đi u ứ ả ứ ự ứ ạ ướ t cho r ng chu trình b m r t có hi u qu đ cho đ tích lũy c a các m c (a) ệ ộ ấ t nhiên là d dang h n v i c u hình b n ố ơ ấ ứ ơ ả ứ ứ ạ ả ứ

ầ ắ ặ

ứ ế ể

• Đ ng kính c a hình tr thay đ i t ủ

ng laser là m t tinh th ru-bi nhân t o (A-luy-min ch a 0,1% đ n 1% ộ ạ c gia công nh m t hình tr . ụ ư ộ ổ ừ ụ ể ạ ế vài mm đ n 2 cm, chi u dài có th đ t đ n ề ế

Laser Ru-bi 2. • Là chi c laser đ u tiên và do Maiman l p đ t năm 1960. ế • Môi tr ườ ion ) đ ượ ườ 20cm. ầ ạ ọ c mài bóng làm m t t a đ ph m t l p ph n x t a ể ủ ộ ớ ặ ự ủ ả

• Hai đ u c a thanh đ thành bu ng c ng h ưở ồ

ộ

ượ ng. ọ ằ ơ ườ c dùng hi n nay h u h t đ d ng th ng. c dùng ở ạ ượ ệ ẳ c sóng 6929 .

• Ng i ta b m quang h c b ng các đèn xung ch p sáng Xê-nông bao quanh Ru-bi. ớ • Đèn ch p xung đ ầ ế ượ ớ • Xung b c x c a laser (h ba m c) b ứ ạ ủ

ứ ở ướ ệ

ớ ế ừ ượ ờ ớ ớ ủ ả ữ ớ ng t ộ ườ ấ ỗ ờ ấ ể ạ ế ph i gi m xu ng. ả ả ơ ớ i ta có th đ t đ n nhi u kilô Jun m i xung, t ề ố

3. •

ể ạ ư ơ ơ ng laser còn hay h n là Ru-bi. ở ế ộ ể ạ ộ ụ ấ ớ ơ ố ớ ấ

• • V i m t năng l 500 đ n 1000 Jun trong ánh ch p c a đèn b m, xung sáng ộ có th đ t đ n m t Jun v i công su t t c th i kho ng 50KW, v i nh ng laser ấ ứ ể ạ ế ị t nhiên nh p Ru-bi l n nh t ng ấ đ phát xung laser lúc b y gi ọ Laser ion Nd (Nê-ô-đym) Ion pha t p trong các tinh th nh gr -nát Yt-tri và Al-luy-mi-ni-um (YAG) cung c p m t môi tr ộ ườ ấ - H có 4 m c, nó có th ho t đ ng ứ ệ ộ - Viêc b m laser có th đ t đ n kilo Watt đ i v i nh ng laser l n nh t v i m t ệ ủ

ơ ấ ườ ề ạ ợ ng không đ nh hình không t o ra v ph ng di n ion m t tr ch đ liên t c. ữ ố ớ ể ạ ế hi u su t la 2% đ i v i công su t đi n h p th . ụ ấ ệ trong tr ớ Ở r ng môi tr ề ằ ng h p ion pha t p trong th y tinh. M i nhìn đi u này có v vô lý, vì ẻ ộ ườ ng ườ ươ ệ ạ ị

ng cho tr ướ ườ t ấ ằ ơ ượ ặ ậ ng h n đ ượ ạ ộ ớ ệ c gi ữ ế ộ ứ ạ ủ ợ ả

• Các laser th y tinh Nê-ô-đym dùng trong công nghi p có th đ t đ n năng l

c. Tuy nhiên ng ạ i ta nh n th y r ng h có th ho t tinh th có h ướ ể ể trong laser, ch đ xung, m t m t có nhi u năng l đ ng t ộ ề ố ở ế ộ ộ m t khác đ r ng c a các v ch b c x phù h p v i ho t đ ng ch t đ xung r t ấ ặ ạ ộ ộ ng n kho ng pico giây. ắ ủ ể ạ ế ượ ng ệ ấ ỉ ụ ế t kh i thanh là r t l n: các xung hàng ch c nghìn Jun, công su t đ nh đ n Watt. ấ ớ • Các ng l c c h c trong các kh i th y tinh, vi c di t n nhi ứ ủ ệ ả ố ệ ỏ ơ ọ ấ

ng laser r n trong m t s môi tr ng có kh ữ 4. Các môi tr ộ ố ớ ườ ộ ố ắ ườ ả

ự nh ng v n đ hóc búa. ề ng laser r n khác ắ ườ M t s l n các nghiên c u v môi tr ứ ề năng khác nhau chúng ta nh c đ n : ắ ế ạ

• A-lex-xân-drit (là ion pha t p trong m ng cry-đô-be-ry ) có nh ng tính ch t thu t ậ ạ

ữ ấ

ng dao đ ng 20 l n nh h n so v i môi tr ớ ầ ứ ỏ ơ ườ

ộ ố ng laser Ru-bi. 7000 đ n 8150 . ế ừ

t ưỡ ể ề ng đ ấ ươ ng d n nhi ẫ ườ

ọ ằ ệ ể ấ ti n sau đây : ệ - H b n m c, ng ệ ố - B c x có th đi u ch nh (gi ng laser màu) trong vùng t ứ ạ - Hi u su t t ớ ệ - Môi tr • Các tâm màu: trong m t s đi u ki n nh khi r i b ng các b c x ion hóa ng ể ng v ươ ườ i ứ ạ t aniông bên trong m t tinh th ion ộ ề ị ế ế có th b b t và quay xung quanh khuy t ữ ể ị ắ ạ ệ ng đ ư ta có th làm xu t hi n nh ng khuy t t ế ậ (ch ng h n ha-lô-gê-nuya ki m). Nh v y có nh ng tai bi n đ a ph ẳ ư ậ ph ng di n đi n tính nên m t đi n t ươ ệ ử t ng . t y t ậ ấ ươ ỉ ng v i trong YAG. ươ t t ệ ố ộ ố ề ữ ệ ề ộ ng đi n tích d ệ ệ ươ ươ

ộ ạ ẫ ữ ế ậ ố ằ ớ ạ ủ ự ế và l ộ ớ ự ề ệ ử ng (ti p xúc phân c c theo chi u tr c ti p). K t qu là ủ tr ng đ b c x photon có năng l ợ ỗ ố ộ ệ ử ng t ớ ượ ệ c tiêm vào v t li u p còn l ươ ậ ấ ườ ượ ộ ỏ ng và do đó b ể ứ ạ ư ậ tr ng d ỗ ố ủ ẻ ề ả ứ ạ ư ẫ ượ ữ ớ ử ậ ố ộ

ng thì l VI – Các laser bán d nẫ t l p m t dòng Xét m t l p ti p xúc gi a hai bán d n.m t lo i n và m t lo i p. Thi ế ộ ộ ộ ớ đi n trong l p ti p xúc b ng cách n i bán d n n v i c c âm c a m t máy phát và bán ộ ớ ẫ ế ệ lân c n d n p v i m t c c d ậ ế ả ở ự ế ộ ự ươ ẫ ằ tr ng không cân b ng c a l p ti p xúc s có m t vùng mà đ tích lũy c a đi n t ỗ ố ẽ ế ủ ớ ớ ng ng v i và l nên x y ra tái h p đi n t ươ ứ ượ ả ng gi a hai vùng. Nh v y có dòng đi n đi qua l p ti p xúc: các kho ng cách năng l ữ ế ả ỗ ố tr ng đ đi n t ng trong v t li u n, các l ậ ệ ệ ử ượ ậ ệ c m t diode i ta có đ d ng thâm nh p r t ít do đ linh đ ng c a chúng nh . Ng ộ ộ ươ phát quang, linh ki n r t hay dùng và r ti n, kho ng cách năng l ướ c ệ ấ ượ sóng b c x là nh ng đ c tr ng c a bán d n đ c dùng. ữ ủ ặ c m t s đ g n gi ng v i nh ng gì quen thu c trong v t lý nguyên t Chúng ta tìm đ ộ ơ ồ ầ ượ v i b c x ánh sáng. Tuy nhiên: ớ ứ ạ là các m c năng l ứ ẽ ượ r t quan tr ng trong bán d n và nó tuân theo th ng kê ẫ ệ ử ấ i là các vùng. ạ ọ ố ủ

* Đáng l * Đ tích lũy c a đi n t ộ Fermi. ố

ị ế * Cu i cùng các đ nh lu t chi ph i b c x c a photon không ph i ch liên quan đ n ả ỉ mà còn c a l ậ ệ ử ự ế đ tích lũy c a đi n t ủ ộ ứ ạ ớ ứ ạ ạ ơ , do đó vi c chuy n t ể ừ ệ ườ ử ơ ằ ộ lân c n l p ti p xúc, thu đ ố ứ ạ ủ tr ng. ủ ỗ ố ớ Quá trình b c x ánh sáng trong diode phát quang liên quan tr c ti p h n nhi u v i ề ạ ộ dòng đi qua so v i m t đèn b c x v ch nguyên t ho t đ ng ng đ dòng đi phát sang b c x c m ng s d dàng h n: b ng các tăng c b c x t ứ ạ ự ẽ ễ ậ c trong vùng d n m t qua l p ti p xúc ng ẫ ế ớ ộ ứ ạ ả ứ i ta có th , ể ở ậ ớ ườ ượ ế

ự ả ộ ự ế ế ấ ọ ị ớ ự ả ộ ự ệ ố c b c x c ượ ứ ạ ưỡ c các c u trúc laser có c khi thu đ ng b c. ứ i quy t tr ế ướ ng đ thu đ ể ọ ượ ả ả ấ ộ ng ng v i s đ o l n s tích lũy. S đ o l n s tích lũy này chi m m t đ đi n t t ộ ệ ử ươ ứ t ph i có th tích r t nh , nó có giá tr tuy t đ i khá quan tr ng nên không nh t thi ả ỏ ể ấ bu ng c ng h ưở ồ Có hai v n đ khá quan tr ng ph i gi ề ch t l

ộ ấ ng ấ ượ * Đ thu đ ể ế c dao đ ng laser, ph i dùng m t đ dòng r t l n, đ t đ n ấ ớ ả ậ ạ ộ ộ

ể ỏ ớ ế i d ng xung đ không làm h ng l p ti p ng này. ệ ướ ạ ưỡ ả ể ự ộ ể ạ ấ * Ch m t ph n nh các photon là tham gia vào b c x c ỉ ộ ứ ạ ưỡ ượ 50000A/cm2 ho t đ ng này ch có th th c hi n d ỉ ạ ộ xúc và ph i làm ngu i đ h th p ng ỏ ầ t nhiên môi tr l ạ x t ạ ấ ẫ ấ ấ ế ụ ữ ng b c, ngoài vùng b c ứ ệ ử ỗ ố tr ng ng bán d n r t h p th do t o nên các c p đi n t i quy t khi dùng nh ng c u trúc ph c t p h n là ti p xúc ế ơ ứ ặ ứ ạ ấ ả t đ thu đ ế ể ạ ộ ề ả ầ

ỏ ế ớ ộ ị ủ ẫ c ượ ư ng, các photon v n m t ph n n m trong vùng ho t ạ ườ ng ố ằ ụ ở ự ế ầ ng và không b h p th b i các môi tr ng đ t su t c a các l p khác nhau không gi ng nhau cũng nh ộ ị ấ c ch n l n h n. ọ ớ ơ ườ ượ ượ ườ Hai khó khăn trên có th gi ể ả đ n gi n. ơ M t khác, vùng ho t đ ng m ng h n nhi u nên làm gi m dòng c n thi ơ ặ dao đ ng laser, ngoài ra các chi ấ ủ giá tr c a các kho ng cách năng l ả ượ đ ng do s thay đ i c a chi t su t môi tr ấ ổ ủ ộ bán d n khác nhau mà kho ng cách năng l ả ẫ Ư ể ớ u đi m v i lo i laser này là: ạ * Tùy theo các bán d n đ c s d ng b c x có th x y ra t ph n đ c a ph ứ ạ ể ả ỏ ủ ừ ầ ổ kh ki n-0.75-đ n h ng ngo i trung bình. ượ ử ụ ạ ứ ạ ấ ả ụ ươ ạ ộ ừ i ta có th thu đ ẫ ế ồ ch đ liên t c công su t ánh sáng b c x là vào kho ng mW ở ng m i cung ạ ệ ệ ế c công ch đ liên t c. ượ vài đ n ch c mA. Hi n nay xu t hi n nh ng diode th ể ấ ch đ xung ng ụ Ở ế ộ ữ ườ

ứ ạ ồ ề ộ ồ gian bên trong m t hình tr mà góc m khá l n. ớ ụ ứ ạ ạ ả ế * Khi ho t đ ng ế ộ v i dòng t ụ ớ c p đ n vài W ấ ở ế ộ ế su t đ nh lên đ n KW. ế ấ ỉ * D ng hình h c c a bu ng c ng h ọ ủ ạ ộ ứ ạ ng làm cho b c x g m nhi u mode không ưở ở ả * Nói chung b c x là đa mode và đ r ng quang ph c a các v ch b c x kho ng ộ ộ ộ ộ t có th cung c p các b c x có đ r ng ng r t t ấ ố ổ ủ ấ ấ ượ ứ ạ ể na-no mét.Các diode ch t l v ch ph là<0,01nm. ạ ổ ng ,giá c a các laser diode hi n nay là t ệ ủ ụ ế ụ vài ch c đ n vài ch c ủ ồ ữ ệ ử ừ nghìn đô la m . Tuy nhiên giá c a chúng càng ngày càng r . ẻ ặ ả ượ ụ ơ ắ ẫ ệ ng đi n tiêu th vào kho ng nh m t đèn bán d n thông th ệ ư ộ ồ ổ ấ ệ ộ . Kích t quý giá trong ph m vi quang đi n t ạ ng nên chúng c và l ư ộ ẫ ườ c r t nh . Các laser bán c dùng nh m t ngu n đ n s c có vùng b c x có kích th ỏ ướ ấ ứ ạ ồ t cho quang ph h p th h ng ngo i. Đ c bi t chúng cho phép ố ệ ụ ồ ặ ạ c a ch t khí thu đ c m t tín hi u cho m t d ch chuy n h p t ượ ấ ụ ủ ể ừ ộ ị ề ể ộ ề ồ ự ỉ

ứ ạ ể ề ạ ỉ

c sóng b c x có th đi u ch nh ướ 0 trong vùng kh ki n đ i v i m t ộ ả ế ệ ấ ể ạ ế ố ớ ấ ng ho t ch t là m t dung d ch phân t ộ ử ữ ơ ườ ấ ấ ị ớ ỗ ỗ

* Tùy theo ch t l ấ ượ ỹ Laser bán d n là nh ng ngu n đ c bi th ướ đ ượ d n t o ra ngu n sáng t ẫ ạ làm các máy thu đ t ấ phép t c hi n các phép đo v n ng đ và các đi u ch nh. ệ VII – Các lo i laser màu ạ Lo i laser này là ph ng ti n r t đáng chú ý do b ươ trong m t d i ph r ng có th đ t đ n hàng trăm A ổ ộ ộ ả c. ch t màu cho tr ướ Môi tr ạ s l khá l n trong m i phân t ng nguyên t ử ố ượ m c. Tr ng thái c b n là tr ng thái đi n t ơ ả ứ

h u c trong nhóm các ch t màu. Do nên m t đ m c r t l n trong m i nhóm ậ ộ ứ ấ ớ ọ 0) nên b ng cách b m quang h c đ n (S ằ ử ệ ử ơ ạ ạ ơ

0 lên m c Sứ

1 v i m t ngu n sáng đ ớ ơ ả ộ i r t nhanh do d ch chuy n t ể ừ ậ i đ không x y ra s t p trung đ tích lũy trên m c S ộ ự ậ ệ ư ậ ươ

i ta có th tích lũy m t tr ng thái đi n t ể ằ ở ừ ứ ộ ạ ệ ử ơ ề ớ ể ứ ơ ả ấ ị đ n n m ặ ị ể phía trên (S ể ứ ạ ề màu t ồ ộ ử ớ ứ ạ ế ơ ế ọ ạ ề ạ ả ơ ể m c S ừ ứ ể ộ ẫ ứ ủ ấ ự ả ộ c tích lũy tr l ị ứ c l ượ ạ ể ề ở ạ ấ ả ộ ậ ứ ượ ế ng đ ộ ươ c đ o l n đ ầ ề ệ ượ ả ộ ượ c duy trì. H nh v y t ẫ ượ ế ầ ế ủ ả 0 và S1, t n s có th đ ự ầ ố t n s đó. C n chú ý đ n đ r ng c a d i S ả ộ ộ ỏ ề ổ ế ộ

1). T m c này có ng ườ ứ ạ ề ộ ệ th b c x tr c ti p v nhóm m c c b n ho c d ch chuy n không b c x v m t h ể ứ ạ ự ế b i ba sau đó m i b c x . Xác su t d ch chuy n không b c x có th khá l n nên ph i ả ộ quan tâm nhi u đ n c ch này. ủ Ph i b m quang h c cho phân t m nh đ cho, m c dù có “ m t mát ” do chuy n v tr ng thái c b n qua trung gian c a ủ ặ các m c b i ba, v n có s đ o l n v tích lũy. Tuy nhiên m t khi đ tích lũy c a S 1 các m c lân c n cũng gi m, nó l p t c đ ả 0. Như nh d ch chuy n ng ứ ư ị ng v i h hai m c v y s đ o l n đ tích lũy v n đ ứ ớ ệ ậ ự ả ộ ẽ c th c hi n thì s có cách nhau b i t n s ban đ u nên n u đi u ki n đ ệ ở ầ ố b c x laser ể ượ c ở ầ ố ứ ạ ch n trong m t d i ph nào đó có kh năng th a mãn đi u này. ọ ộ ả 1. Laser màu ch đ xung ặ ể ặ ưở ằ ẫ ồ ộ t đ b m. Bu ng c ng h ả ớ ộ ổ ự ị

0 . ữ , chú ý đ n nh ng ế c sóng, b c x có đ r ng ph không h p l m tuy nhiên ẹ ắ ộ ườ 0 ạ

ưở ự ử ộ

ệ ộ ộ ẫ i ta có th thu đ ượ ng s quá đ ự c đ r ng b c x kho ng %A ả ủ ứ ộ ụ ườ ộ ộ ưở ứ ể

ẽ ư ủ ồ c sóng. ấ ự ể ể ặ ằ c xác đ nh b ng g ộ ệ ấ ễ ượ ưở ươ ử ọ

ả ủ ạ ộ Ngu n b m ho c là các đèn ch p ho c m t laser xung b c x m t d ch chuy n trong ứ ạ ộ ị ộ ơ ồ ng không ch th c hi n b ng m t m u Fabry- vùng c n thi ỉ ự ế ể ơ ệ ầ do đ đ l a ch n m t t n s ban đ u xác đ nh Perot nó ph i có m t kho ng ph t ọ ả ủ ể ự ầ ộ ầ ố ộ c sóng có th có đ r ng vài trăm A bên trong m t d i mà trong thang chia b ướ ộ ộ ể ộ ả c th c hi n v i m t cách t ng đ Hình v cho th y bu ng c ng h ộ ồ ớ ượ ấ , b đ c tr ng c a cách t ổ ạ ứ ử ướ ặ cũng đ đáp ng cho m t s áp d ng khác nhau. M u F cho phép tăng c ộ ố ng nên ng c a bu ng c ng h ủ b ướ Ch t màu đ ng trong m t cu-vét có m t song song đ c luân chuy n nhanh đ làm ượ ộ ồ c b n ngang b ng ánh sáng c a m t laser công su t. Bu ng ngu i và đ tái sinh. Nó đ ủ ượ ơ ể ộ ng đ c ng h R. H quang h c vi n v ng T ọ ị ộ g m hai th u kính có tiêu c r t khác nhau và tiêu đi m trùng nhau, nó m r ng chùm tia ở ộ ấ ồ ưở ng i c a bu ng c ng h và cho phép s d ng m t s l n v ch cách t ồ càng cao khi s v ch đ c chi u sáng càng l n. ng M và cách t ể h n. S phân gi ự ử ơ ớ ử ụ ố ạ

2. Laser màu ch đ liên t c

c th c hi n nh m t laser ion cung c p m t công su t sáng liên ằ ự ấ ộ ố ớ ượ ế ế ộ ượ ự ụ ệ ộ ấ ấ ờ ộ ộ ộ ằ ệ ự ọ ượ ộ ụ ấ ữ ỏ ủ c th c hi n b ng m t laser ar-gông ion hóa h i t ậ ộ ể ế ộ ứ c phun ra d ử ổ ủ ướ ượ ấ ấ ỏ ữ ề ấ ơ

0 .

: c là nh ba y u t ờ ự ọ ự ủ ồ B m cho laser đ ơ t c l n h n m t watt. ụ ớ ơ trong th tích B m quang h c đ ể ơ r t nh c a ch t màu. Đ tránh nh ng khó khăn liên quan đ n m t đ năng l ấ ng r t ượ ấ ấ l n trên các c a s c a Cu-vét ch a ch t màu đó là dùng m t vòi phun, dung d ch ch t ị ấ ớ i áp su t nên m t l p m ng ch t màu l ng đ màu đ c t o ra chùm ượ ở ạ ỏ ộ ớ h i t c a chùm laser b m. L p ch t màu l ng khá b n v ng v m t c h c và có ớ ộ ụ ủ ề ặ ơ ọ ỏ t . nh ng đ c tính quang h c r t t ọ ấ ố ặ ữ S l c l a c a bu ng c ng h ưở ộ ế ả ạ ượ ổ ủ ộ

ấ ộ ọ ớ ế ố ộ ủ ổ ả ủ ộ ọ ọ ộ ọ ộ ặ ộ ị ng có đ a) M t kính l c Lyot h n ch d i ph c a ch t màu m t c a s vài A ấ ượ ấ (b)(c) Hai b l c Fabry-Perot có các mode, b l c có kho ng cách l n nh t đ c c u t o b ng m t lá m t song song. Đ nghiêng c a b l c cho phép d ch chuy n các ể ằ ạ mode.

ủ ộ ủ ộ ng t ề ể ạ ấ ượ ấ ủ ớ ệ ủ ấ ẳ ặ ộ ớ i ta chú ý đ n đ nghiêng c a nhi u m t ph ng so v i ph ủ góc t ớ ấ ằ ự ng c a c u hình th ng . ẳ ươ ả ủ ế ệ ộ ớ ấ ượ ng c a chùm tia. ề i Brewster cho phép làm gi m đ n không các ự ở ố ớ ự c ch n . ọ ượ ẳ d) Toàn b th y tinh Faraday trong nam châm c a nó c ng v i lá tinh th t o thành m t b ph n quy đ nh chi u đi c a sóng. Th c nghi m cho th y r ng ch t l ố t ị ộ ộ ậ c a laser trong c u hình này so v i ch t l ủ Ng ườ ế H n n a vi c ch n đ nghiêng ơ ữ ọ m t mát do truy n qua đ i v i s phân c c th ng đ ề ấ Tóm l ạ

ấ ế là bao trùm liên t c m t ph t i các laser màu: ệ ấ vài mW đ n 1W ế 4000 ộ ổ ừ 0 . 0, gam phù h p là đ i v i m t ch t màu là vào kho ng 100A ả ấ ộ ứ ợ ấ