Vào thế kỉ 20 được coi là năm khởi sự cho nhiều tiến bộ khoa học -kỹ thuật -đời sống -y học khi sử dụng một loại tia có tên là laser. Tia laser không chỉ đem đến nhiều giải pháp hưu hiệu mà gần như mở ra một kỷ nguyên bứt phá mới một cách hoàn toàn nhờ vào việc phát hiện ra nhiều loại tia laser khác nhau. Vậy những bứt phá đó đã thay đổi thế giới như thế nào?
Chúng ta có thể dễ dàng bắt gặp tia laser ở khắp mọi nơi, nhưng liệu chúng có an toàn đối với tất cả mọi người? Sau đây, VNJ Precision sẽ giúp bạn tìm hiểu tất tần tật thông tin về tia laser từ khái niệm, phân loại cho đến ứng dụng của chúng trong cuộc sống
Tia laser là gì? Lịch sử hình thành tia laser
Tia Laser hay người Việt chúng ta thường hay gọi với cái tên quen thuộc là tia La-de hay Lây-dơ, Laser là một từ viết tắt của Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation được hiểu với nghĩa là “khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ kích thích”.
Tức là tia Laser thực chất là một nguồn ánh sáng nhân tạo được tạo ra nhờ sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ phát ra trong khi các phần tử được kích hoạt cao độ trong môi trường vật chất. Có nghĩa là tia Laser thực chất là một nguồn ánh sáng nhân tạo được tạo ra nhờ sự khuếch đại ánh sáng.
Tia Laser được tạo ra nhờ phỏng theo master bởi Charles H. Townes vào năm 1953, nhưng lúc này master không thể tạo ra tia sóng một cách liên tục. Sau đó, hai nhà nghiên cứu người Liên Nga Xô Viết Nikolai Basov và Aleksandr Prokhorov đã tạo ra hệ thống phóng tia liên tục bằng cách kết hợp nhiều hơn hai mức năng lượng và đảm bảo các hạt luôn có mức năng lượng trên mức bình thường.
Cấu tạo, đặc điểm và nguyên tắc hoạt động của tia laser
Cấu tạo của tia laser
Các thiết bị Laser như đèn Laser thì đều sẽ có 3 bộ phận chính như sau:
Môi trường hoạt chất: là môi trường mà các hoạt chất được kích thích bởi các nguồn năng lượng bên ngoài tạo ra sự đảo ngược chuyển động electron. Môi trường hoạt chất có thể là vật liệu rắn, lỏng, khí,… Trong môi trường hoạt chất các hạt photon sẽ được kích thích dẫn tới hiện tượng khuếch đại quang học. Môi trường hoạt chất còn là nơi quyết định các tính chất của tia laser phát ra.
Nguồn năng lượng kích thích bên ngoài: là một nguồn năng lượng đủ lớn để có thể tác động và kích thích các hạt điện tích trong môi trường hoạt chất và phát xạ để kích thích vào hệ thống.
Buồng cộng hưởng quang: là buồng chứa gương phản xạ và bán phản xạ giúp cho các hạt photon liên tục va chạm với các nguyên tử làm các hạt photon liên tục rơi xuống tạo thành một nguồn năng lượng đủ lớn để tạo ra tia laser.
Đặc điểm của tia laser
- Độ định hướng cao: tức là tia laser luôn phát theo một hướng nhất định mà không tỏa ra cá hướng khác như các loại tia sáng thông thường và thường tia laser có thể chiếu rất xa mà không bị phân tán ánh sáng.
- Có tính đồng nhất: tia Laser chỉ có một bước sóng duy nhất (không như các loại ánh sáng khác bao gồm nhiều pha và bị lệch pha) các photon của tia laser dao động cùng pha và kết hợp với nhau. Điều này giúp cho tia laser tập trung mức năng lượng lớn tại một điểm.
- Tính đơn sắc cao: điều này giúp cho chùm tia sáng laser không bị tán xạ dù là khi đi qua các môi trường khác nhau hay cho chiết xuất khác nhau.
Nguyên tắc hoạt động của tia laser
Khi có sự xuất hiện của hiệu điện thế, dưới tác động cực lớn, các hạt electron trong môi trường hoạt chất di chuyển mức năng lượng từ thấp đến cao tạo nên trạng thái gọi là “nghịch đảo electron”.
Với mức năng lượng cao như vậy, sẽ có một số hạt electron ngẫu nhiên rơi xuống mức năng lượng thấp làm giải phóng hạt ánh sáng có tên là hạt photon.
Các hạt photon này sẽ tiếp tục tỏa ra nhiều hướng khác nhau va phải các nguyên tử khác kích thích các hạt photon khác rơi xuống tiếp. Quá trình này sẽ tạo ra 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 sau khi bị phản xạ nhiều lần sẽ có một số hạt được thoát ra tạo thành một tia sáng gọi là tia La – de.
Phân loại tia laser
Dựa vào các môi trường vật chất, tia laser có thể được chia làm những loại sau đây:
Tia laser rắn
Tia laser được tạo ra trong môi trường hoạt chất là vật rắn được gọi là tia laser rắn, hiện nay có khoảng 200 chất rắn có thể được dùng làm môi trường hoạt chất. Trong đó có thể kể đến như thủy tinh, ruby hay thủy tinh thể là những vật liệu được sử dụng phổ biến.
Tia laser khí
Tia laser khí là loại laser được tạo ra khi phóng dòng điện trong môi trường hoạt chất là chất khí, loại laser khí được sử dụng nhiều trong những trường hợp yêu cầu tia laser có độ kết dính và chùm sáng cao.
Tia laser lỏng
Tương tự như những loại laser trên, laser lỏng được tao ra trong môi trường hoạt chất dạng lỏng trong đó Laser xung nhuộm là một ví dụ điển hình cho loại laser này, đây là loại laser sử dụng thuốc nhuộm hữu cơ để làm môi trường hoạt chất.
Tia laser bán dẫn
Laser bán dẫn hay còn gọi là diot, được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống bởi chúng có chi phí rẻ, không tiêu tốn nhiều năng lượng, nhỏ gọn. Khác với tia laser rắn là sử dụng năng lượng của nguồn sáng kích thích, tia laser bán dẫn được kích thích bởi nguồn điện khiến cho việc chế tạo laser trở nên dễ dàng hơn.
Ứng dụng của tia laser
Ứng dụng tia laser trong công nghiệp
Trong sản xuất cơ khí: tia laser được sử dụng làm các loại máy gia công sản phẩm như cắt vật liệu bằng laser, tức là sử dụng tia laser có công suất cao để làm nóng chảy kim loại tạo ra những hình dạng và hoa văn khác nhau trên kim loại. Hay hàn vật liệu bằng laser giúp gắn hoặc đính các khoảng trống lại với nhau.
Ứng dụng trong y học và thẩm mỹ:
- Hiện nay tia laser được sử dụng như một “con giao phẫu thuật” trong y học bởi tia laser có thể dễ dàng điều khiển kiểm soát độ sâu và diện tích tiếp xúc nhỏ. Tia laser còn có khả năng khôi phục thị giác cho người bị cận thị, các loại bệnh về võng mạc, chần đoán tế bào ung thư,…
- Với nhu cầu làm đẹp ngày càng gia tăng, phương pháp làm đẹp bằng tia laser cũng được ra đời, chúng được dùng để tái tạo lại bề mặt da, điều trị các loại hư tổn trên da, làm săn chắc gia,… Ngoài ra tia laser còn được sử dụng để xóa hình xăm.
Ứng dụng trong các ngành khác
Bên cạnh đó tia laser còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác trong cuộc sống như được ứng dụng trong lĩnh vực an ninh, sử dụng làm thước đo có độ chính xác cao, quét mã vạch sản phẩm,…
Tác hại của tia laser tới sức khỏe con người
Mặc dù tia laser được ứng dụng rộng rãi và không thể phủ nhận được tầm quan trọng của chúng đối với cuộc sống con người, nhưng tia laser vẫn có khả năng gây hại cho sức khỏe của chúng ta:
- Tia laser có thể gây tổn thương mắt, hủy võng mạc nếu như chúng chiếu thẳng vào mắt ta.
- Tia laser sản xuất phải đáp ứng được yêu cầu về độ an toàn và điều này đã được quy định. Nên khi lựa chọn sản phẩm cần lưu ý kỹ càng để không gây ảnh hưởng đến sức khỏe của bản thân và mọi người xung quanh.
- Không nên sử dụng tia laser với người có độ mẫn cảm cao như trẻ em.
Sự nguy hiểm của tia lazer đối với mát
Mắt là bộ phận cực kì nhạy cảm, dễ phản ứng với những thay đổi đột ngột. Tua laser là một ánh sáng kích thíc có tác động nhất định khi tiếp xúc với mắt.
Chúng ta có thể tạm chia các cấp độ tác động của laser đối với mắt.
Cấp độ 1: Tia laser chứa trong các thiết bị ở dạng kimns, ví dụ: thiết bị điện tử, loại tia này có cấp độ an toàn hiếm khi có tác động đến mắt
Cấp độ 2: tia laser soi chiếu, nhận diện loại tia này khi rọi trức tiếp vào mắt trong chốc lát không gây khó chịu và tổn thương, tuy nhiên cần hạn chế.
Cấp độ 3: Tia laser có công xuât 5mW ngay chiếu vào mắt sẽ ngay lập tức có phản ứng chói nóng, tác động đến giác mạc tạo tổn thương nóng, cay ngay lập tức.
Cấp độ 4: Loại tia có xung kích cao lấp tức phá hủy mô tế bào, làm cháy tiêu biến.
Tương tự nhu vậy tia laser cũng có những tác động trực tiếp lân làn da chúng ta, cũng có loại tia laser tốt hỗ trợ hữu ích cho quá trình chữa bệnh
Như vậy chúng ta đã cùng nhau tìm hiểu về tia laser, lịch sử hình thành, cấu tạo và phân loại tia laser và ứng dụng của tia laser trong gia công cơ khí. Mong rằng bài viết trên đây của VNJ Precision có thể giúp ích cho bạn.
>>>Xem ngay khái niệm và tính chất cơ bản của vật liệu cơ khí.
