Laser hay Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation co nghia la "khuech đai anh sang bang phat xa kich thich".
Theo thuyet luong tu thi trong mot nguyen tu, cac electron co the chiem nhung muc nang luong khac nhau đac trung cho trang thai chuyen đong cua no. Nhung electron chuyen đong gan hat nhan hon, chiem nhung muc nang luong thap hon tuc la o trang thai ben hon, nhung electron chuyen đong o xa hat nhan co nang luong cao hon. Tia laser đuoc tao ra khi cac electron trong cac nguyen tu trong vat lieu quang hoc nhu thuy tinh, tinh the hoac khi, hap thu nang luong tu dong đien hoac anh sang. Nang luong bo sung đo "kich thich" cac electron đu đe di chuyen tu quy đao nang luong thap hon sang quy đao nang luong cao hon xung quanh hat nhan cua nguyen tu goi la chuyen doi trang thai. Cac chuyen doi co the sinh ra hay hap thu luong tu anh sang hay photon theo thuyet luong tu cua Albert Einstein. Buoc song (lien quan đen mau sac) cua tia sang phu thuoc vao su chenh lech nang luong giua cac muc.
Co nhieu loai laser khac nhau, co the o dang hon hop khi, vi du He-Ne, hay dang chat long, song co đo buc xa lon nhat van la tia laser tao boi cac linh kien ban dan nhu điot laser.
Laser co trong rat nhieu ung dung, nhu lam mat đoc đia quang CD/DVD, may in laser, may quet ma vach, cong cu trinh tu DNA, internet cap quang, truyen du lieu trong khong gian vu tru, may cat, may han, may phau thuat laser, tay mun ruoi, nham bang laser. Trong quan đoi laser đuoc dung đe đanh dau, đo khoang cach va toc đo cua muc tieu. Trong giai tri laser đuoc su dung trong cac san khau nhu hoa am anh sang, but thuyet trinh


Lich su Laser đuoc phong theo maser, mot thiet bi co co che tuong tu nhung tao ra tia vi song hon la cac buc xa anh sang. Maser đau tien đuoc tao ra boi Charles H. Townes va sinh vien tot nghiep J.P. Gordon va H.J. Zeiger vao nam 1953. Maser đau tien đo khong tao ra tia song mot cach lien tuc. Nikolay Gennadiyevich Basov va Aleksandr Mikhailovich Prokhorov cua Lien bang Xo viet đa lam viec đoc lap tren linh vuc luong tu dao đong va tao ra he thong phong tia lien tuc bang cach dung nhieu hon hai muc nang luong. He thong đo co the phong ra tia lien tuc ma khong cho cac hat xuong muc nang luong binh thuong, vi the van giu tan suat. Nam 1964, Charles Townes, Nikolai Basov va Aleksandr Prokhorov cung nhan giai thuong Nobel vat ly ve nen tang cho linh vuc đien tu luong tu, dan đen viec tao ra may dao đong va phong đai dua tren thuyet maser-laser.
Laser hong ngoc, mot laser chat ran, đuoc tao ra lan đau tien vao nam 1960, boi nha vat ly Theodore Maiman tai phong thi nghiem Hughes Laboratory o Malibu, California. Hong ngoc la oxit nhom pha lan crom, crom hap thu tia sang mau xanh la cay va xanh luc, đe lai duy nhat tia sang mau hong phat ra.
Robert N. Hall phat trien laser ban dan đau tien, hay điot laser, nam 1962. Thiet bi cua Hall xay dung tren he thong vat lieu gali-asen va tao ra tia co buoc song 850 nm, gan vung quang pho tia hong ngoai. Laser ban dan đau tien voi tia phat ra co the thay đuoc đuoc trung bay đau tien cung nam đo. Nam 1970, Zhores Ivanovich Alferov cua Lien Xo va Hayashi va Panish cua Phong thi nghiem Bell đa đoc lap phat trien điot laser hoat đong lien tuc o nhiet đo trong phong, su dung cau truc đa ket noi.


Cau tao Nguyen ly cau tao chung cua mot may laser gom co: buong cong huong chua hoat chat laser, nguon nuoi va he thong dan quang. Trong đo buong cong huong voi hoat chat laser la bo phan chu yeu.
Buong cong huong chua hoat chat laser, đo la mot chat đac biet co kha nang khuech đai anh sang bang phat xa cuong buc đe tao ra laser. Khi 1 photon toi va cham vao hoat chat nay thi keo theo đo la 1 photon khac bat ra bay theo cung huong voi photon toi. Mat khac buong cong huong co 2 mat chan o hai đau, mot mat phan xa toan phan cac photon khi bay toi, mat kia cho mot phan photon qua mot phan phan xa lai lam cho cac hat photon va cham lien tuc vao hoat chat laser nhieu lan tao mat đo photon lon. Vi the cuong đo chum laser đuoc khuech đai len nhieu lan. Tinh chat cua laser phu thuoc vao hoat chat đo, do đo nguoi ta can cu vao hoat chat đe phan loai laser.


Nguyen ly hoat đong Mot vi du ve nguyen ly hoat đong cua laser co the mieu ta cho laser thach anh:

Duoi su tac đong cua hieu đien the lon, cac electron cua thach anh di chuyen tu muc nang luong thap len muc nang luong cao tao nen trang thai nghich đao mat đo tich luy cua electron.
O muc nang luong cao, mot so electron se roi ngau nhien xuong muc nang luong thap, giai phong hat anh sang đuoc goi la photon.
Cac hat photon nay se toa ra nhieu huong khac nhau tu mot nguyen tu, va phai cac nguyen tu khac, kich thich eletron o cac nguyen tu nay roi xuong tiep, sinh them cac photon cung tan so, cung pha va cung huong bay, tao nen mot phan ung day chuyen khuech đai dong anh sang.
Cac hat photon bi phan xa qua lai nhieu lan trong vat lieu, nho cac guong đe tang hieu suat khuech đai anh sang.
Mot so photon thoat ra ngoai nho co guong ban ma tai mot đau cua vat lieu. Tia sang đi ra chinh la tia laser.


Phan loai = Laser chat ran =
Co khoang 200 chat ran co kha nang dung lam moi truong hoat chat laser. Mot so loai laser chat ran thong dung:

YAG-Neodym: hoat chat la Yttrium Aluminium Garnet (YAG) cong them 2-5% neodymi, co buoc song 1060 nm thuoc pho hong ngoai gan. Co the phat lien tuc toi 100W hoac phat xung voi tan so 1000-10000Hz.
Hong ngoc (Ruby): hoat chat la tinh the Aluminium co gan nhung ion crom, co buoc song 694,3 nm thuoc vung đo cua anh sang trang.
Ban dan: loai thong dung nhat la diot Gallium Arsen co buoc song 890 nm thuoc pho hong ngoai gan.


= Laser chat khi =
He-Ne: hoat chat la khi heli va neon, co buoc song 632,8 nm thuoc pho anh sang đo trong vung nhin thay, cong suat nho, tu mot đen vai chuc mW. Trong y hoc đuoc su dung lam laser noi mach, kich thich mach mau.
Argon: hoat chat la khi argon, buoc song 488 va 514,5 nm.
CO2: buoc song 10.600 nm thuoc pho hong ngoai xa, cong suat phat xa co the toi megawatt (MW). Trong y hoc ung dung lam dao mo.


= Laser chat long =
Moi truong hoat chat la chat long, thong dung nhat la laser mau.


Tinh chat Đo đinh huong cao: tia laser phat ra hau nhu la chum song song do đo co kha nang chieu xa hang nghin km ma khong bi phan tan.
Tinh đon sac rat cao: chum sang chi co mot mau (hay mot buoc song) duy nhat. Do vay chum laser khong bi tan xa khi đi qua mat phan cach cua hai moi truong co chiet xuat khac nhau. Đay la tinh chat đac biet nhat ma khong nguon sang nao co.
Tinh đong bo cua cac photon trong chum tia laser: Co kha nang phat xung cuc ngan: co mili giay (ms), nano giay, pico giay, cho phep tap trung nang luong tia laser cuc lon trong thoi gian cuc ngan.


Cac che đo hoat đong Laser co the đuoc cau tao đe hoat đong o trang thai buc xa song lien tuc (hay CW - continuous wave) hay buc xa xung (pulsed operation). Đieu nay dan đen nhung khac biet co ban khi xay dung he laser cho nhung ung dung khac nhau. 


= Che đo phat lien tuc =
Trong che đo phat lien tuc, cong suat cua mot laser tuong đoi khong đoi so voi thoi gian. Su đao nghich mat đo electron can thiet cho hoat đong laser đuoc duy tri lien tuc boi nguon bom nang luong đeu đan.


= Che đo phat xung =
Trong che đo phat xung, cong suat laser luon thay đoi so voi thoi gian, voi đac trung la cac giai đoan "đong" va "ngat" cho phep tap trung nang luong cao nhat co the trong mot thoi gian ngan nhat co the. Cac dao laser la mot vi du, voi nang luong đu đe cung cap mot nhiet luong can thiet, chung co the lam boc hoi mot luong nho vat chat tren be mat mau vat trong thoi gian rat ngan. Tuy nhien, neu cung nang luong nhu vay nhung tiep xuc voi mau vat trong thoi gian dai hon thi nhiet luong se co thoi gian đe xuyen sau vao trong mau vat do đo phan vat chat bi boc hoi se it hon. Co rat nhieu phuong phap đe đat đuoc đieu nay, nhu:

Phuong phap chuyen mach Q (Q-switching)
Phuong phap kieu khoa (modelocking)
Phuong phap bom xung (pulsed pumping)


An toan Laser voi cuong đo thap, chi la vai miliwatt, cung co the nguy hiem voi mat nguoi. Tai buoc song ma giac mac mat va thuy tinh the co the tap trung tot, nho tinh đong nhat va su đinh huong cao cua laser, mot cong suat nang luong lon co the tap trung vao mot điem cuc nho tren vong mac. Ket qua la mot vet chay tap trung pha huy cac te bao mat vinh vien trong vai giay, tham chi co the nhanh hon. Đo an toan cua laser đuoc xep tu I đen IV. Voi đo I, tia laser tuong đoi an toan. Voi đo IV, tham chi chum tia phan ky co the lam hong mat hay bong da. Cac san pham laser cho đo dan dung nhu may choi CD va but laser dung trong lop hoc đuoc xep hang an toan tu I, II, hay III. (Xem them An toan laser).


Ung dung cua laser Vao thoi điem đuoc phat minh nam 1960, laser đuoc goi la "giai phap đe tim kiem cac ung dung". Tu đo, chung tro nen pho bien, tim thay hang ngan tien ich trong cac ung dung khac nhau tren moi linh vuc cua xa hoi hien đai, nhu phau thuat mat, huong dan phuong tien trong tau khong gian, trong cac phan ung tong hop hat nhan... Laser đuoc cho la mot trong nhung phat minh co anh huong nhat trong the ki 20.
Ich loi cua laser đoi voi cac ung dung trong khoa hoc, cong nghiep, kinh doanh nam o tinh đong pha, đong mau cao, kha nang đat đuoc cuong đo sang cuc ki cao, hay su hop nhat cua cac yeu to tren. Vi du, su đong pha cua tia laser cho phep no hoi tu tai mot điem co kich thuoc nho nhat cho phep boi gioi han nhieu xa, chi rong vai nanomet đoi voi laser dung anh sang. Tinh chat nay cho phep laser co the luu tru vai gigabyte thong tin tren cac ranh cua DVD. Cung la đieu kien cho phep laser voi cong suat nho van co the tap trung cuong đo sang cao va dung đe cat, đot va co the lam boc hoi vat lieu trong ky thuat cat bang laser hay dao laser. Vi du, mot laser Nd:YAG, sau qua trinh nhan đoi tan so, phong ra tia sang xanh tai buoc song 523 nm voi cong suat 10 W co kha nang, tren ly thuyet, đat đen cuong đo sang hang trieu W tren mot cm vuong. Trong thuc te, thi su tap trung hoan toan cua tia laser trong gioi han nhieu xa la rat kho.
Tia sang laser voi cuong đo cao co the cat thep va cac kim loai khac. Tia tu laser thuong co đo phan ki rat nho (đo chuan truc cao). Đo chuan truc tuyet đoi la khong the tao ra, boi gioi han nhieu xa. Tuy nhien, tia laser co đo phan ky nho hon so voi cac nguon sang khac. Mot tia laser đuoc tao tu laser He-Ne, neu chieu tu Trai Đat len Mat Trang, se tao nen mot hinh tron đuong kinh khoang 1 dam (1,6 kilomet). Mot vai laser, đac biet la voi laser ban dan, co voi kich thuoc nho dan đen hieu ung nhieu xa manh voi đo phan ky cao. Tuy nhien, cac tia phan ky đo co the chuyen đoi ve tia chuan truc bang cac thau kinh hoi tu. Trai lai, anh sang khong phai tu laser khong the lam cho chuan truc de dang bang cac thiet bi quang hoc, vi chieu dai đong pha ngan hon rat nhieu so voi tia laser. Đinh luat nhieu xa khong ap dung khi laser đuoc truyen trong cac thiet bi dan song nhu soi thuy tinh. Laser cuong đo cao cung tao nen cac hieu ung thu vi trong quang hoc phi tuyen tinh.
May đo khoang cach bang laser trong quan su la loai thiet bi quan trong. Co nhieu loai khac nhau: may đo cu ly hang khong, may đo cu ly xe tang, may đo cu ly xach tay... May đo cu ly hang khong đo chinh xac cu ly tu may bay đen muc tieu tren mat đat, nang cao đo trung đich khi nem bom. Nguyen ly hoat đong: đo khoang thoi gian chenh lech giua xung laser phat ra va xung phan hoi ve roi nhan voi toc đo anh sang (≈ 3.108 m/s), lay ket qua chia 2, đuoc cu ly can đo.
Rada laser co đo chinh xac cao hon rada thong thuong, co the huong dan hai tau vu tru ghep noi chinh xac tren khong gian. May bay chien đau bay o tam sieu thap, neu trang bi rada laser co the ne chinh xac tat ca chuong ngai vat, ke ca đuong day đien. Tuy nhien, nhung thiet bi laser đeu chiu anh huong cua thoi tiet, troi mu hoac mua thi khoang cach đo bi giam đi nhieu.
Bom co lap thiet bi dan đuong bang laser va đuoi co lap he thong lai đieu khien se tu đong tim kiem va đanh trung muc tieu.
La ban laser thay the la ban pho thong, đe đo phuong vi may bay, dung trong may bay phan luc co lon va may bay chien đau tinh nang cao.
Tia laser đo khoang cach tu ve tinh va Mat Trang đen Trai Đat, đo đac toan cau. Ngoai ra, chum tia laser con lam nao nhiet khong khi le hoi.
Trong đo luong cong nghiep, tia laser đuoc su dung trong cac may đo quet laser đe xac đinh cac toa đo 3D cua vat the, nham tinh toan kich thuoc, khoang cach.
Tia laser con đuoc dung lam vu khi, tuy chua đuoc pho bien. Đuoc chia lam hai loai: Vu khi laser cong suat thap lam loa mat đoi phuong, dung trong tac chien gan, khoang cach chi vai km, troi mua mu khoang cach con ngan hon, co the xach tay, lap tren xe tang, may bay truc thang. Vu khi laser nang luong cao dung chum tia laser cuc manh chieu đen mot điem tren muc tieu, dung lai mot thoi gian ngan đe vat lieu chay ra hoac khi hoa. Chum tia laser manh co the pha huy đuong đien, gay chay thung nguyen lieu trong may bay, gay no đan đao. Lap đat tren mat đat, tren tau, may bay, ve tinh, co toc đo nhanh, chinh xac cao, khong can thuoc moi, khong sinh luc đay phia sau, khong tao o nhiem nen no la loai vu khi "sach se". Vu khi laser lap đat tren ve tinh co the ban ha ten lua đan đao va ve tinh đoi phuong.
Theo du tinh, đe pha huy ten lua đan đao cach xa 1000 km can nang luong laser 20000 KW va kinh phan xa đuong kinh 10 m voi thoi gian chieu xa 1 giay. Đau nhung nam 90, My co the tao ra tia laser nang luong 5000 KW. Tuy van con mot khoang cach kha xa nhung trong tuong lai, vu khi laser se tro thanh cong cu chien tranh loi hai va la cuoc đua cong nghe cua cac cuong quoc tren the gioi.
Trong y hoc, laser cong suat thap đuoc su dung trong vat ly tri lieu đe gay hieu ung sinh hoc,


Cac nham lan Su hien dien cua laser trong cac tac pham khoa hoc vien tuong, hay phim hanh đong, cung nhu loi binh pham noi chung dan đen cac suy nghi sai lam. Vi du, trai voi nhung gi xuat hien tren phim nhu Star Wars, tia laser khong bao gio nhin thay trong chan khong, vi chan khong khong co tan xa anh sang. Trong khong khi, tia laser co the va cham voi bui hay vat can tren đuong va bi tan xa, tao ra cac tia loe sang; tuong tu nhu anh nang mat troi toa sang trong moi truong bui. Ki xao dung hat bui đuoc ung dung lam tia laser co the nhin thay, nhu trong muc đich chup anh, bang cach tang so luong cac hat bui trong khong khi, chang han dung binh xit thom.
Tia laser voi cuong đo cao co the nhin thay trong khong khi nho vao tan xa Rayleigh hay tan xa Raman. Voi cac tia co cuong đo cao hon, tap trung tai mot điem nho, khong khi co the bi nung len đen trang thai plasma, do đo laser co the đuoc thay nho buc xa tu plasma nay. Tuy nhien su tang ap suat đot ngot khi khong khi bi nong nhanh co the tao ra tieng no lon, va tao ra su phan hoi cua tia laser lam hu thiet bi (tuy vao thiet ke cua laser).
Trong phim khoa hoc vien tuong, cac hieu ung đac biet thuong mieu ta cac vu khi laser truyen đi vai met trong mot giay, trai voi thuc te la tia laser di chuyen voi van toc anh sang, nhanh đen muc khong the thay su di chuyen cua tia laser.
Mot vai canh phim mieu ta he thong an toan su dung laser đo, co the đuoc vo hieu hoa boi cac nhan vat bang viec la su dung guong, khi nguoi nay nhin thay tia laser bang cach rai cac bui trang vao khong khi. Thuc te thi he thong an toan co the dung tia laser hong ngoai hon la tia laser thay đuoc.


Tham khao Xem them Cau truc he thong laser
Anh sang


Lien ket ngoai So đo thiet bi tao tia laser hong ngoc
Electron nhay len tang nang luong cao hon