Năm1960, một sinh viên vừa mới tốt nghiệp tên là Theodore Maiman đã phát minh ra những tia laser đầu tiên; mãi đến năm 1963: Kumar Patel đã nghiên cứu ra loại laser CO2 tại phòng thí nghiệm Bell, loại laser này được ứng dụng rất rộng rãi trong công nghiệp ngày nay…
1. Tia laser là gì ??
Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation): được hiểu là sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ kích thích.Tia laser là một nguồn ánh sáng nhân tạo thu được nhờ vào sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ phát ra trong điều kiện kích hoạt cao độ các phần tử của môi trường vật chất.
2. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động:
a. Cấu tạo đèn laser: Đèn laser hay thiết bị phát ra tia laser tiêu chuẩn sẽ có cấu tạo gồm 3 bộ phận cơ bản:
- Vật liệu laser hoặc môi trường hoạt chất: Là môi trường để các hoạt chất được kích thích bởi các nguồn năng lượng bên ngoài nhằm tạo ra sự đảo ngược dòng điện chuyển động electron. Trong môi trường khuếch đại, sự phát xạ tự phát và kích thích của các hạt lượng tử photon diễn ra, dẫn đến hiện tượng khuếch đại quang học. Chất bán dẫn, thuốc nhuộm hữu cơ, khí, vật liệu rắn thường được sử dụng làm vật liệu phát quang. Môi trường hoạt chất quyết định đến bước sóng và các tính chất khác của tia laser phát ra.
- Nguồn năng lượng bên ngoài (ánh sáng, điện): là một nguồn năng lượng đủ lớn nhằm cung cấp tác động đến các hạt điện tích trong môi trường hoạt chất và phát xạ để kích thích vào hệ thống.
- Buồng cộng hưởng quang: Chứa gương phản xạ và bán phản xạ ở 2 đầu làm cho các hạt photon va chạm liên tục vào hoạt chất nhiều lần tạo ra mật độ hạt photon lớn
b. Nguyên tắc phát ra tia laser :
- Dưới tác động của hiệu điện thế lớn, các electron của môi trường hoạt chất di chuyển từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao tạo nên trạng thái nghịch đảo mật độ của electron.
- Ở mức năng lượng cao, một số electron sẽ rơi ngẫu nhiên xuống mức năng lượng thấp, giải phóng ánh sáng gọi là hạt photon.
- Các hạt photon này sẽ toả ra nhiều hướng khác nhau từ một nguyên tử, va phải các nguyên tử khác, kích thích eletron ở các nguyên tử này rơi xuống tiếp, sinh thêm các photon cùng tần số, cùng pha và cùng hướng bay, tạo nên một phản ứng dây chuyền khuếch đại dòng ánh sáng.
- Các hạt photon bị phản xạ qua lại nhiều lần trong vật liệu, nhờ các gương để tăng hiệu suất khuếch đại ánh sáng.
- Một số photon thoát ra ngoài nhờ có gương bán mạ tại một đầu của vật liệu. Tia sáng đi ra chính là tia laser
3. Các loại tia laser: Dựa vào các môi trường hoạt chất mà chúng ta có thể chia làm các loại laser sau:
- Laser rắn: Hiện nay có khoảng 200 chất rắn có thể làm môi trường hoạt chất laser, ví dụ như: vật liệu thủy tinh, thủy tinh thể,... Loại laser có ứng dụng cao phổ biến hiện nay và được tìm ra đầu tiên là laser ruby.
- Laser lỏng: chất lỏng mà được sử dụng làm môi trường hoạt chất được gọi là laser lỏng. Laser xung nhuộm là ví dụ cơ bản cho loại laser này, chúng sử dụng thuốc nhuộm hữu cơ để làm môi trường hoạt chất.
- Laser khí: loại laser trong đó dòng điện được phóng qua trong một môi trường chất khí được sử dụng làm môi trường hoạt chất thì được gọi là laser khí. Đây là loại laser được ứng dụng trong trường hợp đòi hỏi ánh sáng laser có độ kết dính và chùm sáng cao.
- Laser bán dẫn: hay còn gọi là laser diot và đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống như: đọc đĩa Compact, máy in laser, làm bút chỉ bảng , máy chống trộm,...Loại laser này khác với laser rắn ở chỗ: laser rắn sử dụng năng lượng ánh sáng làm nguồn bơm còn laser bán dẫn sử dụng nguồn điện làm nguồn bơm. Hiện nay, laser bán dẫn có chi phí rẻ, kích thước nhỏ gọn và tiêu thụ năng lượng thấp.