S PHÁT QUANG VÀ H P TH ÁNH SÁNG C A V T CH TỰ Ấ Ụ Ủ Ậ Ấ
S h p th photon b i phân tự ấ ụ ở ử
PH H P TH và PH PHÁT X Ổ Ấ Ụ Ổ Ạ
Xem them v các m c năng l ng c a phân t , nguyên t trong giáo trìnhề ứ ượ ủ ử ử
th c t pự ậ
HU NH QUANG LÂN QUANGỲ
LASER
Ánh sáng thường
Ánh sáng c a các ngu n sáng th ng:ủ ồ ườ
Không đn s cơ ắ : có nhi u b c sóngề ướ
do t ng ng v i vô s các b cươ ứ ớ ố ướ
chuy n m c năng l ng có th c aể ứ ượ ể ủ
phân t c u thành môi tr ng phát xử ấ ườ ạ
(xem hình minh h a s phát x trên) ọ ự ạ ở
Các tia sáng không đng pha: ồm i photon truy n đi có tính ch t sóng đi n tỗ ề ấ ệ ừ
nghĩa là ngoài b c sóng còn đc đc tr ng b i phaseướ ượ ặ ư ở . Hình dung theo
thuy t các m c năng l ng nh sau, các phân t khác nhau t m c năng l ngế ứ ượ ư ử ừ ứ ượ
kích thích nh y xu ng m c th p h n vào nh ng th i đi m khác nhau.ả ố ứ ấ ơ ữ ờ ể
Ph ng truy n không đng nh tươ ề ồ ấ : các photon phát ra theo ph ng ng uươ ẫ
nhiên b t kìấ
T nh ng tính ch t đó, s t p trung năng l ng c a chùm sáng không cóừ ữ ấ ự ậ ượ ủ
Ánh sáng kì diệu
Chùm sáng th n kì (kì v ng thu đc) ng c l i s có nh ng tính ch tầ ọ ượ ượ ạ ẽ ữ ấ
Đ đn s c cao, g n nh đn s cộ ơ ắ ầ ư ơ ắ
Đng phaồ
Đng h ngẳ ướ
M c đích thu đc chùm sáng nh th đ t p trung năng l ng vào nh ngụ ượ ư ế ể ậ ượ ữ
đi m nh ề ỏ à t o ra nh ng hi u qu đc bi t (phá h y) ạ ữ ệ ả ặ ệ ủ
Đng pha, đng h ng vs Lo n pha, lo n h ngồ ẳ ướ ạ ạ ướ
Nguyên lý phát LASER
Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation - khu ch đi ánh sáng b ngế ạ ằ
s phát x đc kích thích (hay là s phát x c m ng)ự ạ ượ ự ạ ả ứ
Đ thu đc LASERể ượ
T p trung (giam) các đi n t b kích thích c a các nguyên t trên m t m c năngậ ệ ử ị ủ ử ộ ứ
l ng. M c năng l ng này ph i là m c siêu b n đ có th i gian t p trung nhi uượ ứ ượ ả ứ ề ể ờ ậ ề
đi n t . ệ ử
Sau đó kích thích cho t t c các đi n t đc t p trung trên m c siêu b n nói trênấ ả ệ ử ượ ậ ứ ề
đng lo t nh y xu ng m t m c khác th p h nồ ạ ả ố ộ ứ ấ ơ
K t qu c a quá trình trên là đng th i thu đc: 1) các photon cùng m t b cế ả ủ ồ ờ ượ ộ ướ
sóng do phát x có đc t m t b c chuy n gi a 2 m c năng l ng xác đnh.ạ ượ ừ ộ ướ ể ữ ứ ượ ị
2) các photon đng pha do b c chuy n c a các đi n t x y ra đng th iồ ướ ể ủ ệ ử ả ồ ờ
Đi u ki n đ thu đc LASER ta c n m t s đi u ki n b t bu cề ệ ể ượ ầ ộ ố ề ệ ắ ộ
1 – Môi tr ng t o LASER (trong hình v là “active medium” : không ph i môiườ ạ ẽ ả
tr ng v t ch t nào cũng có các m c năng l ng siêu b n. Qua quá trình tìm ki m vàườ ậ ấ ứ ượ ề ế
d đoán d a trên c s khoa h c m i tìm ra đc các môi tr ng t o LASER. H ngự ự ơ ở ọ ớ ượ ườ ạ ồ
ng c (ruby) là v t ch t đu tiên có kh năng phát LASERọ ậ ấ ầ ả
2 – B m năng l ng (trong hình v “energy pump”) ho t đng không ng ng, th ngơ ượ ẽ ạ ộ ừ ườ
là dùng năng l ng đi nượ ệ
3 – B quang c ng h ng g m các t m g ng ph n x (toàn ph n và m t ph n) độ ộ ưở ồ ấ ươ ả ạ ầ ộ ầ ể
thu đc chùm LASER đng h ng đng th i khu ch đi. ượ ẳ ướ ồ ờ ế ạ
S ĐO NG C M T Đ C TRÚ và S PHÁT X C M NGỰ Ả ƯỢ Ậ Ộ Ư Ự Ạ Ả Ứ
Vi c t p trung nhi u đi n t trên m c năng l ng siêu b n (thí d m c E1 trênệ ậ ề ệ ử ứ ượ ề ụ ứ
hình trên) đ ch là không t nhiên. đây ta hi u là: trong m t kh i v t ch tể ờ ự Ở ể ộ ố ậ ấ
nh (vi phân dV) nhi u đi n t c a nhi u nguyên t cùng lúc m c năngỏ ề ệ ử ủ ề ử ở ứ
l ng cao E1, trong khi ch có ít đi n t c a s ít nguyên t khác n m m cượ ỉ ệ ử ủ ố ử ằ ở ứ
năng l ng E0 th p h n là không t nhiên. T nhiên là khi s đi n t m cượ ấ ơ ự ự ố ệ ử ở ứ
th p nhi u h n s đi n t m c cao theo nguyên lý đi n t luôn có xu h ngấ ề ơ ố ệ ử ở ứ ệ ử ướ
chuy n v m c th p nh t có th . Công th c th ng kê nh sau ể ề ứ ấ ấ ể ứ ố ư
N(E cao) / N (E th p) = exp (-ấE/kT)
Vi c t o ra tình tr ng N (E cao) >> N (E th p) đc g i là s đo ng c m tệ ạ ạ ấ ượ ọ ự ả ượ ậ
đ c trú, đc th c hi n trong kĩ thu t LASER b ng b m năng l ng. Hìnhộ ư ượ ự ệ ậ ằ ơ ượ
nh b m năng l ng ph n ánh s b m đy các đi n t c a các nguyên t ả ơ ượ ả ự ơ ẩ ệ ử ủ ử ở
m c năng l ng c b n (s l ng v t tr i trong th tích dV) lên m c năngứ ượ ơ ả ố ượ ượ ộ ể ứ
l ng cao siêu b n ượ ề
Sau đy chi u ấ ế photon kích thích có năng l ng đúng b ng chênh l ch b cượ ằ ệ ướ
chuy n ta c nể ầ vào môi tr ng đã đc t o ra s đo ng c m t đ c trú ườ ượ ạ ự ả ượ ậ ộ ư à
kích ho t s ạ ự nh y đng lo tả ồ ạ các đi n t các nguyên t khác nhau đang ệ ử ở ử ở
m c năng l ng cao siêu b n xu ng m c năng l ng th p h n (không nh tứ ượ ề ố ứ ượ ấ ơ ấ
thi t là m c c b n).ế ứ ơ ả
Khi nh y đng lo t xu ng nh photon kích thích nh th , các photon phát ra ả ồ ạ ố ờ ư ế à
đó là s phát x đc kích thích hay còn g i ph bi n h n là ự ạ ượ ọ ổ ế ơ s phát x c mự ạ ả
ngứ. Sau khi phát x c m ng phát ra thì chính các photon c a nó đóng vai tròạ ả ứ ủ
kích thích ti p các photon khác nh y xu ng.ế ả ố
V c b n b ng cách nh trên ánh sáng LASER đc t o ra. M t chi ti t quanề ơ ả ằ ư ượ ạ ộ ế
tr ng ph i có là h p c ng h ng g m có các t m g ng ph n x có m c đíchọ ả ộ ộ ưở ồ ấ ươ ả ạ ụ
t o chùm tia đng h ng và khu ch đi chùm tia ạ ồ ướ ế ạ
Tại sao chùm LASER có tính chất đốt nóng cao?
Do là m t chùm sáng đn s c và đng pha, theo hi n t ng ch ng ch p cácộ ơ ắ ồ ệ ượ ồ ậ
sóng nói chung, g m c sóng đi n t ồ ả ệ ừ à phát x c m ng có tính k t h p (chạ ả ứ ế ợ ỉ
b sung cho nhau ch không tri t tiêu nhau) ổ ứ ệ à s t p trung năng l ng caoự ậ ượ
Ngoài ra do chùm tia LASER có đnh đng h ng t o thành m t chùm tia r tị ẳ ướ ạ ộ ấ
m nhảàs t p trung năng l ng vào m t di n tích r t nhự ậ ượ ộ ệ ấ ỏà m t đ năngậ ộ
l ng caoượ à kh năng đt nóng ả ố
