Laser Và Những Thông Tin Vô Cùng Thú Vị Bạn Chưa Biết

Ngày nay, laser đóng vai trò vô cùng quan trọng trong cuộc sống của chúng ta. Bởi nó hỗ trợ chúng ta rất nhiều trong mọi mặt như công nghiệp, nông nghiệp, y tế,..Nhưng mấy ai hiểu và tận dụng hết được tác dụng của nó cho cuộc sống.

1. Laser là gì? 

1.1 Khái quát về laser

Laser là một thiết bị phát ra ánh sáng thông qua quá trình khuếch đại quang học dựa trên sự phát bức xạ điện từ được kích thích. Thuật ngữ “laser” có nguồn gốc là từ viết tắt của “light amplification by stimulated emission of radiation”. Tia đầu tiên được chế tạo vào năm 1960 bởi Theodore H. Maiman tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hughes, dựa trên công trình lý thuyết của Charles Hard Townes và Arthur Leonard Schawlow.

Tia laser khác với các nguồn ánh sáng khác ở chỗ nó phát ra ánh sáng kết hợp. Tính liên kết không gian cho phép tập trung tia  đến một điểm hẹp, cho phép các ứng dụng như cắt laser và in thạch bản. Tính liên kết không gian cũng cho phép chùm tia laser ở khoảng cách hẹp trong khoảng cách rất xa , cho phép các ứng dụng như con trỏ và lidar. 

1.2 Đặc điểm quan trọng 

Tia laser cũng có thể có tính nhất quán theo thời gian cao, cho phép chúng phát ra ánh sáng với quang phổ rất hẹp, tức là chúng có thể phát ra một màu ánh sáng duy nhất. Ngoài ra, sự kết hợp theo thời gian có thể được sử dụng để tạo ra các xung ánh sáng có quang phổ rộng nhưng thời lượng ngắn (“xung siêu ngắn”).

Laser được sử dụng trong ổ đĩa quang, máy in , máy quét mã vạch, thiết bị giải trình tự DNA, sợi quang, sản xuất chip bán dẫn. Ngoài ra được sử dụng trong truyền thông quang học trong không gian trống, phẫu thuật  và điều trị da. Bên cạnh đó ứng dụng trong các vật liệu cắt và hàn, quân sự và luật pháp , đo phạm vi và tốc độ, và trong màn hình chiếu sáng dùng để giải trí. 

Chúng đã được sử dụng cho đèn pha trên những chiếc xe hơi sang trọng, bằng cách sử dụng tia laser màu xanh lam và phốt pho để tạo ra ánh sáng trắng định hướng cao.

2. Ứng dụng của laser

Khi laser được phát minh vào năm 1960, chúng được gọi là “giải pháp tìm kiếm vấn đề”. Kể từ đó, chúng trở nên phổ biến, tìm thấy trong hàng nghìn ứng dụng rất đa dạng trong mọi lĩnh vực của xã hội hiện đại, bao gồm điện tử tiêu dùng, công nghệ thông tin, khoa học, y học, công nghiệp, thực thi pháp luật, giải trí và quân đội. Truyền thông cáp quang sử dụng tia laser là công nghệ quan trọng trong truyền thông hiện đại, cho phép các dịch vụ như Internet.

Việc sử dụng laser được chú ý rộng rãi đầu tiên là máy quét mã vạch siêu thị, được giới thiệu vào năm 1974. Đầu đĩa laser, được giới thiệu vào năm 1978, là sản phẩm tiêu dùng thành công đầu tiên bao gồm laser nhưng đầu đĩa compact là thiết bị đầu tiên được trang bị laser trở nên phổ biến. , bắt đầu vào năm 1982 sau đó không lâu là máy in laser.

2.1 Trong y học

Laser có nhiều ứng dụng trong y học, bao gồm phẫu thuật  (đặc biệt là phẫu thuật mắt), chữa bệnh bằng laser, điều trị sỏi thận, soi đáy mắt và các phương pháp điều trị da thẩm mỹ như điều trị mụn trứng cá, giảm cellulite, và tẩy lông.

Laser được sử dụng để điều trị ung thư bằng cách thu nhỏ hoặc tiêu diệt các khối u hoặc sự phát triển tiền ung thư. Chúng được sử dụng phổ biến nhất để điều trị ung thư bề mặt trên bề mặt cơ thể hoặc niêm mạc của các cơ quan nội tạng. 

Chúng được sử dụng để điều trị ung thư da tế bào đáy và các giai đoạn rất sớm của những bệnh khác như ung thư cổ tử cung, dương vật, âm đạo và ung thư phổi không phải tế bào nhỏ. 

Liệu pháp laser thường được kết hợp với các phương pháp điều trị khác, chẳng hạn như phẫu thuật, hóa trị hoặc xạ trị. Phương pháp nhiệt trị liệu mô bằng laser (LITT), hoặc quang đông bằng laser , sử dụng tia này để điều trị một số bệnh ung thư bằng phương pháp tăng thân nhiệt, sử dụng nhiệt để thu nhỏ khối u bằng cách làm tổn thương hoặc tiêu diệt tế bào ung thư. 

Laser chính xác hơn các phương pháp phẫu thuật truyền thống và ít gây tổn thương, đau đớn, chảy máu, sưng tấy và để lại sẹo. Một điều bất lợi là bác sĩ phẫu thuật phải được đào tạo chuyên ngành. Nó có thể đắt hơn các phương pháp điều trị khác

2.2 Sở thích

Trong những năm gần đây, một số người có sở thích đã quan tâm đến tia laser. Các loại laser được những người có sở thích sử dụng thường thuộc loại IIIa hoặc IIIb, mặc dù một số đã tạo ra loại loại IV của riêng họ. 

 Tuy nhiên, so với những người có sở thích khác, những người thích sử dụng tia laser ít phổ biến hơn nhiều, do chi phí và những nguy cơ tiềm ẩn liên quan. Do chi phí của nó, một số người có sở thích sử dụng các phương tiện rẻ tiền để có được laser, chẳng hạn như tận dụng các điốt từ đầu DVD bị hỏng (màu đỏ), đầu đĩa Blu-ray (màu tím), hoặc thậm chí là điốt công suất cao hơn từ đầu ghi CD hoặc DVD. 

Những người có sở thích cũng đã sử dụng tia laser xung dư thừa từ các ứng dụng quân sự đã cũ và sửa đổi chúng để tạo ảnh ba chiều như các xung Ruby và YAG .

2.3 Một vài ứng dụng khác

Ứng dụng trong hình ảnh quang học thích ứng thiên văn

Các ứng dụng khác nhau cần laser với công suất đầu ra khác nhau. Có thể so sánh các tia laser tạo ra một chùm liên tục hoặc một chuỗi các xung ngắn trên cơ sở công suất trung bình của chúng. 

Nó tạo ra xung cũng có thể được đặc trưng dựa trên công suất đỉnh của mỗi xung. Công suất cực đại của laser xung lớn hơn công suất trung bình của nó nhiều bậc. Công suất đầu ra trung bình luôn nhỏ hơn công suất tiêu thụ.

3. Một số lưu ý an toàn của laser

3.1 Những nguy hiểm mà laser mang lại

Ngay cả tia laser đầu tiên cũng được công nhận là có khả năng gây nguy hiểm. Theodore Maiman mô tả tia đầu tiên có sức mạnh bằng một “Gillette” vì nó có thể đốt xuyên qua một lưỡi dao cạo Gillette. Ngày nay, người ta đã chấp nhận rằng ngay cả những tia laser công suất thấp phát ra chỉ vài miliwatt cũng có thể gây nguy hiểm cho thị lực của con người khi chùm tia chiếu vào mắt trực tiếp hoặc sau khi phản xạ từ một bề mặt sáng bóng.

 Ở các bước sóng mà giác mạc và thủy tinh thể có thể hội tụ tốt, ánh sáng laser có tính liên kết và phân kỳ thấp có nghĩa là ánh sáng laser có thể được mắt hội tụ vào một điểm cực nhỏ trên võng mạc, dẫn đến bỏng cục bộ và tổn thương vĩnh viễn trong vài giây.

3.2 Các nhãn dán an toàn của laser

Tia laser thường được dán nhãn với số hạng an toàn, xác định mức độ nguy hiểm của tia:

• Loại 1 vốn đã an toàn, thường là do ánh sáng được chứa trong một vỏ bọc, ví dụ như trong đầu đĩa CD.
• Loại 2 là an toàn trong quá trình sử dụng bình thường; phản xạ chớp mắt của mắt sẽ ngăn ngừa tổn thương. Thường công suất lên đến 1 mW, ví dụ con trỏ.
• Loại 3R (trước đây là IIIa) thường có công suất lên đến 5 mW và có nguy cơ gây tổn thương mắt nhỏ trong thời gian xảy ra phản xạ chớp mắt. Nhìn chằm chằm vào một chùm tia như vậy trong vài giây có khả năng gây ra tổn thương cho một điểm trên võng mạc.
• Loại 3B có thể gây tổn thương mắt ngay lập tức khi tiếp xúc.
• Tia loại 4 có thể đốt cháy da, và trong một số trường hợp, ngay cả ánh sáng phân tán cũng có thể gây tổn thương mắt và / hoặc da. Nhiều loại laser công nghiệp và khoa học nằm trong lớp này.

Các công suất được chỉ định dành cho laser ánh sáng nhìn thấy, sóng liên tục. Đối với laser xung và bước sóng không nhìn thấy, các giới hạn công suất khác được áp dụng. Những người làm việc với laser loại 3B và loại 4 có thể bảo vệ mắt của họ bằng kính bảo hộ được thiết kế để hấp thụ ánh sáng có bước sóng cụ thể.

Tia laser hồng ngoại có bước sóng dài hơn khoảng 1,4 micromet thường được gọi là “an toàn cho mắt”, vì giác mạc có xu hướng hấp thụ ánh sáng ở các bước sóng này, bảo vệ võng mạc khỏi bị hư hại. Tuy nhiên, nhãn “an toàn cho mắt” trên các sản phẩm có thể gây hiểu nhầm vì nó chỉ áp dụng cho các chùm sóng liên tục có công suất tương đối thấp; công suất cao hoặc tia chuyển mạch Q ở những bước sóng này có thể đốt cháy giác mạc, gây tổn thương mắt nghiêm trọng và thậm chí tia laser công suất trung bình có thể làm tổn thương mắt.

Tia laser có thể là mối nguy hiểm đối với cả hàng không dân dụng và quân sự, do khả năng làm phi công mất tập trung tạm thời hoặc mù. 

4 Các loại và nguyên tắc hoạt động của laser

4.1 Laser hóa học

Được cung cấp bởi một phản ứng hóa học cho phép một lượng lớn năng lượng được giải phóng nhanh chóng. Các loại công suất rất cao như vậy được quân đội đặc biệt quan tâm.

Tuy nhiên các loại hóa học sóng liên tục ở mức công suất rất cao, được cung cấp bởi các dòng khí, đã được phát triển và có một số ứng dụng trong công nghiệp. Ví dụ, trong laser hydro florua (2700–2900 nm) và deuterium florua (3800 nm), phản ứng là sự kết hợp của khí hydro hoặc deuterium với sản phẩm cháy của ethylene trong nitơ trifluoride.

4.2 Laser Excimer

Là một loại laser khí đặc biệt được cung cấp bởi sự phóng điện trong đó môi trường laser là một excimer, hay chính xác hơn là exciplex trong các thiết kế hiện có. Đây là những phân tử chỉ có thể tồn tại với một nguyên tử ở trạng thái kích thích điện tử.

Một khi phân tử chuyển năng lượng kích thích của nó cho một photon, các nguyên tử của nó không còn liên kết với nhau và phân tử tan rã. Điều này làm giảm đáng kể trạng thái năng lượng thấp hơn, do đó tạo điều kiện thuận lợi cho sự nghịch đảo. 

Excimers hiện đang sử dụng là tất cả các hợp chất khí quý; khí quý rất trơ về mặt hóa học và chỉ có thể tạo hợp chất khi ở trạng thái kích thích. Nó thường hoạt động ở bước sóng cực tím với các ứng dụng chính bao gồm quang khắc bán dẫn và phẫu thuật mắt LASIK. 

Các phân tử excimer thường được sử dụng bao gồm ArF (phát xạ ở 193 nm), KrCl (222 nm), KrF (248 nm), XeCl (308 nm) và XeF (351 nm).  Laser flo phân tử, phát ra ở bước sóng 157 nm trong tia cực tím chân không đôi khi được gọi là laser excimer, tuy nhiên điều này có vẻ là một cách gọi nhầm vì F2 là một hợp chất ổn định.

Mong rằng bài viết về laser sẽ cung cấp cho bạn nhiều thông tin bổ ích giúp bạn hiểu hơn về nó và ứng dụng của nó trong cuộc sống.

Xem thêm:

• Những Lợi Ích Tuyệt Vời Của Đông Trùng Hạ Thảo
• Nhụy Hoa Nghệ Tây Là Gì Và Công Dụng Đối Với Sức Khỏe