Đề tài: Một số laser rắn
GVHD: Hoàng Hữu Hòa SVTH: Lê Thị Bích Liên
1
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU..........................................................................................................5
1. Lý do chọn đề tài......................................................................................5
2. Mục đích nghiên cứu................................................................................8
3. Nhiệm vụ nghiên cứu ...............................................................................8
4. Đối tượng nghiên cứu...............................................................................8
5. Phạm vi nghiên cứu..................................................................................9
6. Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................9
NỘI DUNG ....................................................................................................10
Chương 1: Cơ sở lý thuyết ............................................................................10
1.1. Quá trình hấp thụ, phát xạ tự phát và phát xạ cưỡng bức theo quan
điểm lượng tử........................................................................................10
1.1.1. Quá trình hấp thụ....................................................................11
1.1.2. Quá trình phát xạ tự phát ........................................................12
1.1.3. Quá trình phát xạ cưỡng bức...................................................13
1.2. Hiện tượng khuếch đại......................................................................15
1.3. Sự nghịch đảo mật độ cư trú .............................................................16
1.4. Ngưỡng phát .....................................................................................16
Chương 2: Tổng quan về Laser....................................................................18
2.1. Khái niệm .........................................................................................18
2.2. Lịch sử nghiên cứu Laser..................................................................19
2.3. Cơ chế phát Laser .............................................................................22
2.4. Cấu tạo của máy phát laser................................................................28
2.4.1. Môi trường hoạt chất ..............................................................29
2.4.2. Nguồn bơm của Laser.............................................................30
Đề tài: Một số laser rắn
GVHD: Hoàng Hữu Hòa SVTH: Lê Thị Bích Liên
2
2.4.3. Buồng cộng hưởng Laser........................................................31
2.4.3.1 Cấu tạo..........................................................................31
2.4.3.2 Chức năng.....................................................................32
2.4.3.3. Hệ số phẩm chất trong buồng cộng hưởng ...................33
2.4.3.4 Các Mode trong buồng cộng hưởng ..............................34
2.5. Đặc điểm của chùm tia Laser ............................................................35
2.5.1. Tính chất vật lý.......................................................................35
2.5.1.1. Độ định hướng cao.......................................................35
2.5.1.2. Tính đơn sắc rất cao .....................................................36
2.5.1.3. Có khả năng phát xung cực ngắn..................................36
2.5.1.4. Độ rộng phổ .................................................................36
2.5.1. 5. Cường độ sáng lớn ......................................................37
2.5.1.6. Tính kết hợp của Laser.................................................38
2.5.2. Tính chất sinh học ..................................................................38
2.5.2.1. Hiệu ứng kích thích sinh học........................................38
2.5.2.2. Hiệu ứng nhiệt..............................................................39
2.5.2.3. Hiệu ứng quang ion......................................................39
Chương 3: Một số laser rắn ..........................................................................40
3.1. Khái niệm laser rắn ...........................................................................40
3.2. Đặc điểm của Laser rắn.....................................................................40
3.3. Laser Ruby........................................................................................40
3.3.1. Khái niệm...............................................................................40
3.3.2 Cấu tạo của Ruby ....................................................................40
3.3.3 Cấu tạo của Laser Ruby...........................................................41
3.3.3.1. Môi trường hoạt chất....................................................42
3.3.3.2. Buồng cộng hưởng.......................................................43
Đề tài: Một số laser rắn
GVHD: Hoàng Hữu Hòa SVTH: Lê Thị Bích Liên
3
3.3.3.3. Nguồn bơm ..................................................................44
3.3.4. Nguyên lý hoạt động của Laser Ruby .....................................45
3.2.5. Ưu và nhược điểm của Laser Ruby.........................................51
3.2.5.1. Ưu điểm.......................................................................51
3.2.5.2. Nhược điểm .................................................................51
3.4. Laser Ti: sapphire .............................................................................52
3.4.1. Khái niệm...............................................................................52
3.4.2. Cấu tạo của Sapphire ..............................................................52
3.4.3. Cấu tạo của Laser Ti: sapphire................................................52
3.4.3.1. Môi trường hoạt chất....................................................52
3.4.3.2. Buồng cộng hưởng.......................................................53
3.4.3.3. Nguồn bơm ..................................................................56
3.4.4. Nguyên lý hoạt động của Laser Ti: sapphire...........................56
3.4.5. Ưu và nhược điểm của Laser Ti: sapphire ..............................59
3.5. Laser dùng nguyên tố đất hiếm .........................................................59
3.5.1. Laser Nd:YAG .......................................................................59
3.5.1.1. Khái niệm ....................................................................59
3.5.1.2. Cấu tạo của Nd:YAG ...................................................60
3.5.1.3. Cấu tạo của Laser Nd:YAG..........................................60
3.5.1.4. Nguyên lý hoạt động của Laser Nd:YAG.....................62
3.5.1.5. Ưu và nhược điểm của Laser Nd:YAG ........................65
3.5.2. Laser Yb: YAG ......................................................................66
3.5.2.1. Khái niệm ....................................................................66
3.5.2.2. Cấu tạo của Yb:YAG ...................................................66
3.5.2.3. Cấu tạo của Laser Yb:YAG..........................................66
3.5.2.4. Nguyên lý hoạt động của Laser Yb:YAG.....................68
Đề tài: Một số laser rắn
GVHD: Hoàng Hữu Hòa SVTH: Lê Thị Bích Liên
4
3.5.2.5. Ưu và nhược điểm của Laser Yb:YAG ........................69
3.5.3. Laser rắn sử dụng một số nguyên tố đất hiếm khác.................69
3.6. Laser Tm:Ho: YAG ..........................................................................70
3.7. Ứng dụng của Laser rắn....................................................................72
3.7.1 Gia công vật liệu......................................................................72
3.7.2 Trong quân sự..........................................................................78
3.7.3 Dùng trong y học.....................................................................79
KẾT LUẬN....................................................................................................82
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................83
Đề tài: Một số laser rắn
GVHD: Hoàng Hữu Hòa SVTH: Lê Thị Bích Liên
5
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật hiện đại bắt đầu giữa những năm 40
thế kỉ 20. Những phát minh trong khoa học - kĩ thuật cuối thế kỉ 19 đầu thế kỉ
20 là tiền đề của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật hiện đại này. Cuộc cách
mạng trong giai đoạn này chủ yếu về công nghệ. Việc áp dụng những công
nghệ hoàn toàn mới đã tạo điều kiện cho sản xuất phát triển theo chiều sâu,
giảm hẳn tiêu hao năng lượng và nguyên liệu, giảm tác hại cho môi trường,
nâng cao chất lượng sản phẩm và dịch vụ, thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của
sản xuất. Một trong hai đóng góp to lớn cho khoa học kỹ thuật của ngành vật lý
trong thế kỷ 20 là laser. Bất kì danh sách nào điểm lại những thành tựu công
nghệ chủ yếu của thế kỉ 20 cũng có tên laser đầu tiên. Năm 1960, chiếc laser
đầu tiên ra đời do nhà bác học Maiman (Mỹ) chế tạo. Laser là một nguồn phát
ánh sáng có tầm quan trọng ngày càng cao trong cuộc sống hàng ngày của
chúng ta. Nó là nguồn ánh sáng nhân tạo thu được nhờ sự khuếch đại ánh sáng
bằng bức xạ phát ra khi kích hoạt cao nồng độ các phần tử của một môi trường
vật chất tương ứng. Laser là ánh sáng có nhiều tính chất đặc biệt hơn hẳn ánh
sáng tự nhiên hay nhân tạo khác và có những công dụng rất hữu ích có thể áp
dụng trong rất nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật và đời sống, tạo nên cả một
cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật sau khi nó ra đời.
Laser trở thành một vật thiết yếu trong công việc hàng ngày, và thông
dụng đến mức có thể mua ở những cửa hàng tạp hóa. Sự thâm nhập của laser
vào mọi mặt đời sống hiện nay có thể được đánh giá đúng nhất phạm vi ứng
dụng của công nghệ laser. Laser được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như:
trong quân sự, kể cả việc sử dụng laser làm vũ khí chống lại sự tấn công bằng
tên lửa, ngay cả những hoạt động thường nhật như nghe nhạc trên đĩa CD, và in