Tia laser là gì? Tia laser dùng để làm gì?

Tia laser hay laze là tia sáng thường được phát hiện trong các thiết bị sử dụng công nghệ laser. Loại tia sáng này được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Vậy tia laser là gì? Tia laser dùng để làm gì? Dưới đây là những thông tin liên quan đến tia laser mà bạn có thể tham khảo.

Tia laser là gì?

Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) có thể hiểu là sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ kích thích. Tia laser là một nguồn ánh sáng nhân tạo thu được nhờ sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ phát ra trong điều kiện kích hoạt cao độ các phần tử trong môi trường vật chất.

Tia laser có đặc điểm gì?

Tia laze có một số đặc điểm cơ bản như sau:

• Độ định hướng cao: Có nghĩa là chúng phát ra ánh sáng theo 1 hướng mà không tỏa ra nhiều hướng khác nhau như tia sáng thông thường. Tia laser có thể chiếu rất xa mà không phân tán ánh sáng.
• Tính kết hợp (đồng nhất): Sóng ánh sáng của tia laze bao gồm 1 bước sóng, các photon dao động cùng pha nên có khả năng kết hợp với nhau (khác với nguồn sáng thông thường thường có nhiều bước sóng, các photon dao động lệch pha). Khả năng đồng bộ photon giúp tia laser tập trung nguồn năng lượng lớn tại một điểm.
• Tính đơn sắc rất cao: Sóng ánh sáng của tia laze bao gồm 1 bước sóng do các photon có cùng tần số, năng lượng và dao động cùng pha. Tính đơn sắc cao sẽ giúp các chùm tia laze không bị tán xạ (khi đi qua các môi trường khác nhau với chiết xuất khác nhau).
• Cường độ cao: Cường độ của tia sáng thường được đo bằng cách tính tổng năng lượng trên một đơn vị thời gian đi qua một đơn vị diện tích bình thường. Trong nguồn sáng thông thường, ánh sáng thường trải đều theo mọi hướng. Trong laser, ánh sáng lan truyền trong một không gian nhỏ và trong phạm vi bước sóng nhỏ. Tất cả nguồn năng lượng tập trung vào một vùng hẹp, do đó ánh sáng laser thường có cường độ lớn hơn ánh sáng thông thường.

Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của tia laser

Cấu tạo

Về cơ bản, thiết bị phát laser (còn được gọi là đèn laser) bao gồm 3 bộ phận chính:

– Môi trường hoạt chất: Đây là nơi các hoạt chất có các dòng electron bị đảo ngược chuyển động nhờ sự kích thích của nguồn bơm (nguồn năng lượng bên ngoài).

Bình thường, các electron trong 1 nguyên tử thường tồn tại rời rạc, có 1 mức năng lượng nhất định và chính năng lượng này giúp electron chuyển động theo các quỹ đạo riêng. Khi có sự tác động nào đó, các năng lượng này biến đổi từ thấp lên cao hoặc từ cao xuống thấp. Đây chính là sự đảo ngược chuyển động của các electron. Sự biến chuyển trạng thái năng lượng này có khả năng sinh ra hoặc hấp thụ photon (đây là hạt cấu tạo ánh sáng).

Ánh sáng, điện (nguồn năng lượng bên ngoài): Đây là nguồn cung cấp năng lượng và có nguồn năng lượng đủ lớn để tạo sự đảo ngược chuyển động trên.

Buồng cộng hưởng quang: 2 đầu buồng chứa 2 gương song song nhau, đây là gương phản xạ (loại gương phản chiếu toàn phần) và gương bán phản xạ (loại gương phản chiếu một phần). Buồng này là nơi mà các hạt photon chuyển động theo nhiều hướng, va chạm nhiều lần với các nguyên tử khác, tạo ra thêm các hạt photon khác. Các photon khi sinh ra càng nhiều với tốc độ cao, chuyển động cùng hướng sẽ tạo thành những phản ứng khuếch đại ánh sáng. Cuối cùng sẽ tạo thành chùm tia laser (tia đi ra ngoài một đầu buồng dựa vào gương bán mạ).

Nguyên tắc hoạt động

Tia laser hoạt động theo nguyên tắc sau đây:

Dưới tác động của hiệu điện thế lớn, các electron trong môi trường hoạt chất di chuyển từ mức năng lượng thấp đến năng lượng cao để tạo nên trạng thái nghịch đảo mật độ electron.

Ở mức năng lượng cao, một số electron rơi ngẫu nhiên xuống mức năng lượng thấp, giải phóng ánh sáng được gọi là hạt photon. Những hạt photon này sẽ tỏa ra các hướng khác nhau từ một nguyên tử, va phải các nguyên tử khác, kích thích electron tại các nguyên tử này rơi xuống tiếp, sinh thêm những photon khác có cùng tần số, cùng pha và cùng hướng bay, tạo nên phản ứng dây chuyền khuếch đại dòng ánh sáng.

Hạt photon bị phản xạ qua lại nhiều lần trong vật liệu, dựa vào các gương để gia tăng hiệu suất khuếch đại ánh sáng.

Một số photon thoát ra ngoài dựa vào gương bán mạ tại một đầu vật liệu. Tia sáng đi ra lúc này chính là tia laser.

Có những loại tia laser nào?

Có thể dựa vào môi trường của hoạt chất để chia laser thành 4 loại khác nhau là laser rắn, laser lỏng, laser khí và laser bán dẫn.

• Laser rắn: Đây là laser sử dụng chất rắn như vật liệu thủy tinh hay tinh thể để làm môi trường hoạt chất. Laser rắn đầu tiên được phát minh ra là laser ruby và loại laser này được ứng dụng trong một số lĩnh vực hiện nay.
• Laser khí: Đây là một loại tia laser mà trong đó một dòng điện được phóng qua  chất khí bên trong môi trường hoạt chất để tạo thành ánh sáng laser. Laser khí được ứng dụng trong các lĩnh vực đòi hỏi ánh sáng laser có chất lượng chùm tia và độ dính kết cao.
• Laser lỏng: Đây là loại laser sử dụng chất lỏng để làm môi trường hoạt chất nên được gọi là tia laser lỏng. Một điển hình của laser lỏng chính laser xung nhuộm – đây là loại laser  sử dụng thuốc nhuộm hữu cơ để làm môi trường hoạt chất.
• Laser bán dẫn: Loại laser này có vài trò quan trọng trong cuộc sống hàng ngày. Những laser này rất rẻ, có kích thước nhỏ gọn và tiêu thụ nguồn năng lượng thấp. Laser bán dẫn hay còn gọi là điốt laser. Laser bán dẫn khác với laser trạng thái rắn là trong laser trạng thái rắn, năng lượng ánh sáng dùng để làm nguồn bơm còn laser bán dẫn sử dụng năng lượng điện để làm nguồn bơm.

Tia laser dùng để làm gì?

Kể từ thời điểm công nghệ laser ra đời, tia laser đã được sử dụng và đáp ứng nhu cầu của nhiều lĩnh vực khác nhau.

• Đo đạc khoảng cách cực lớn giữa các hành tinh, trong ngành thiên văn học.
• Thiết lập đường dẫn, ví dụ các loại bom, tên lửa được dẫn đường bằng laser, trong lĩnh vực quân sự.
• Sử dụng tia laser để hàn cắt kim loại trong công nghiệp nặng.
• Tia laser còn được sử dụng trong thông tin liên lạc, công nghiệp chế tạo vũ khí…
• Trong y học, laser được ứng dụng rộng rãi để chẩn đoán và điều trị bệnh, nhất là các lĩnh vực điều trị bệnh lý da và chăm sóc thẩm mỹ cho các đối tượng khách hàng khác nhau.

Tia laser có gây hại đến sức khỏe con người không?

Không thể phủ nhận tính ứng dụng rộng rãi của tia laze đã mang lại cho chúng ta một cuộc sống dễ dàng hơn cũng như hỗ trợ điều trị một bệnh nan y. Tuy nhiên những thiết bị sử dụng laser vẫn tiềm ẩn một số nguy cơ như  cơ thể con người rất dễ bị tổn thương bởi năng lượng của tia laser. Trong một số trường hợp nhất định, việc tiếp xúc trực tiếp có thể dẫn đến các tổn thương cho mắt và da. Điển hình như đối với các tia laser có công suất đầu ra lớn hơn năm milliwatts, tia laser đốt cháy có khả năng gây tổn thương võng mạc và làn da nghiêm trọng ngay cả khi tiếp xúc trong vài giây. Hãy thử tưởng tượng đèn laser đốt cháy kim loại thì đối với mắt và da con người, đèn laser có thể gây tổn thương ở mức độ nào.

Đây là lý do vì sao chúng ta cần cẩn trọng khi sử dụng vật dụng laser như đèn pin siêu sáng, sử dụng tia laser để tự vệ, bút laser xanh sử dụng khi thuyết trình hay đồ chơi có tia laser. Vì vậy, những sản phẩm có laser thường có nhãn mác liên quan đến mức độ nguy hiểm để người sử dụng có thể cẩn thận hoặc áp dụng các biện pháp phòng tránh khi dùng.

Một số lưu ý khi sử dụng các sản phẩm laser như sau:

• Tuyệt đối không chiếu tia laser vào bất cứ ai.
• Không mua các loại đèn laser đồ chơi hoặc đồ chơi có laser cho trẻ.
• Trước khi mua một sản phẩm có tia laser thì phải đảm bảo các thông tin sau trên nhãn: Tuyên bố tuân thủ chương 21 CFR (Bộ luật Quy định Liên bang), tên nhà sản xuất hoặc nhà phân phối, ngày tháng sản xuất, những cảnh báo về việc tránh tiếp xúc với đèn laser light, mức độ nguy hiểm mức I đến IIIa (sản phẩm thuộc mức IIIb và IV chỉ nên được sử dụng bởi cá nhân đã được đào tạo và trong những ứng dụng có nhu cầu chính đáng đối với sản phẩm công suất cao này)

Tổng kết

Bài viết trên đây đã giải đáp một số câu hỏi về tia laser cũng như các loại tia laser và ứng dụng. Nếu bạn còn thắc mắc về tia laser thì hãy để lại bình luận phía dưới, chúng tôi sẽ nhanh chóng phản hồi lại lời giải đáp.