LASER
• (Light Amplification by Stimulated Emission of
Radiation) Khuyếch đại ánh sáng bằng bức xạ cưỡng
bức
• (Microwave Amplification by Stimulated Emission of
Radiation) Khuyếch đại vi sóng bằng bức xạ cưỡng
bức
• Laser là thiết bị tạo chùm AS đơn sắc, kết hợp có
cường độ rất mạnh, và song song.
• Chùm sáng phát ra là gần như là sóng phẳng.
Các loại laser thường gặp
Bức xạ cưỡng bức (1)
• Einstein đã chỉ ra rằng
các nguyên tử ở trạng thái kích thích có thể bị cưỡng
bức để chuyển về mức năng lượng thấp khi có
photon có năng lượng bằng với hiệu các mức năng
lượng. Electron có thể phát photon có cùng bước
sóng với photon tới. Photon tới và photon phát ra có
cùng phase
Quá trình này được gọi là bức xạ cưỡng bức.
Bức xạ cưỡng bức (2)
Photon phát ra
Photon tới
Electron
ở tt kích
thích
Trước khi phát xạ
Photon tới
Electron ở tt cơ bản
Sau khi phát xạ
Mật độ dân số đảo lộn
Để có thể tạo ra AS kết hợp từ BX cưỡng bức,
2 điều kiện phải được thỏa:
Các nguyên tử được kích thích lên mức năng lượng cao. Mật
độ đảo lộn dân số phải đạt được, nghĩa là số nguyên tử ở
mức cao phải nhiều hơn số nguyên tử ở mức thấp, để sự
phát xạ sẽ nhiều hơn sự hấp thu
Hệ ở tt cơ bản
E3
E2
E1
Hệ ở tt kích thích
E3
E2
E1
Trạng thái giả bền
2. Mức năng lượng cao phải là mức giả bền – nghĩa là
electron ở mức này lâu hơn để sự chuyển về mức
thấp là do bức xạ cưỡng bức chứ không phải là bức xạ
tự phát.
E3
Mức giả bền
E3
E2
E2
Incident photon
Photon of energy E2  E1
E1
Metastable system
E1Emitted photon
Stimulated emission
Tính chất của AS Laser
• Đơn sắc
• AS laser có bề rộng vạch rất hẹp
• Kết hợp
• Các photon phát ra có mối liên hệ pha với nhau không đổi
• Định hướng
- Tia laser có độ phân kỳ rất thấp
* Cường độ sáng mạnh
-Tia laser có công suất trên 1 đơn vị diện tích rất lớn.
Ứng dụng laser (1)
• Trong y học
• Phá sỏi mật, sỏi thận
• Hàn các mô bị vỡ ( võng mạc bị bong)
• Phá hủy tế bào ung thư và tiền ung thư, đồng thời nhiệt
lượng tỏa ra hàn các mạch máu.
• Làm bóc ra các mảng sơ vữa ở động mạch.
Ứng dụng laser(2)
• Trong công nghiệp
• Soi các lổ rất nhỏ trên các
vật liệu cứng
• hàn và tạo các chi tiết thiết
bị
Uses of laser (3)
• Trong đời sống hằng ngày
• Đọc mã vạch
• Máy đọc CD
• Tạo xung AS ngắn trong truyền thông
tin số
• Tạo toàn đồ
….
A Short History of Laser
H. R. Khalesifard
Institute for Advanced Studies in Basic
Sciences
Email: khalesi@iasbs.ac.ir
Stimulated emission, The MASER and
The LASER
• (1916) The concept of
stimulated emission
Albert Einstein
E2  E1  h
E2
h
Absorption
h
h
E1
E2
E1
Spontaneous
Emission
h
E2
E1
Stimulated
Emission
h
• (1928) Observation of negative absorption or stimulated
emission near to resonant wavelengths, Rudolf Walther
Ladenburg
h
h
E2
h
E1
Stimulated Emission
(negative absorption)
E2, N2
h
Absorption
h
h
E1, N1
E2, N2
h
E1, N1
Stimulated
Emission
• (1930s) If a physical system be in thermodynamic equilibrium
the population inversion and so the stimulated emission is
impossible
Light (Microwave) Amplification
by
Stimulated
Emission of Radiation
LASER
(MASER)
The Maser
Left to right: Prokhorov, Townes and Basov at the
Lebedev institute (1964 Nobel prize in Physics for
developing the “Maser-Laser principle”)
Townes (left) and
Gordon (right) and the
ammonia maser they
had built at Colombia
University
The LASER
• (1951) V. A. Fabrikant “A method for the amplification of
electromagnetic radiation (ultraviolet, visible, infrared, and radio
waves)” patented in Soviet Union.
• (1958) Townes and Arthur L. Schawlow, “Infrared and Optical Masers,”
Physical Review
• (1958) Gordon Gould definition of “Laser” as “Light Amplification by
Stimulated Emission of Radiation”
• (1960) Schawlow and Townes
Patent No. 2,929,922
• (1960) Theodore Maiman Invention of the first Ruby Laser
• (1960) Ali Javan The first He-Ne Laser
U. S.
Arthur Schawlow adjusting a ruby laser that he
made at the Bell Labs in 1960
Maiman and
the first ruby
laser
Ali Javan and the
first He-Ne Laser
The laser cavity length should be
multiple of light wavelength
The laser Structure
End Mirror
Pump
Front Mirror
Lasing Medium
Properties of Laser Beam
A laser beam
• Is monochrome
• Can be focused in a very small point
• Is intense
• Is Coherent
• Has a very low divergence
• Can be compressed in time up to few femto second
Applications of Laser
• (1960s) “A solution looking for a problem”
• (Present time) Medicine, Research,
Supermarkets, Entertainment, Industry, Military,
Communication, Art, Information technology, …