Đề tài Laser lỏng và ứng dụng

Laser lỏng và ứng dụng GVHD: TRẦN THỊ HỒNG Nhóm SVTH: Phan Thị Thu Sương Nguyễn Thị Thanh Nhàn Đỗ Thị Thảo Bùi Minh Phương Ngọc Nguyễn Thanh Phúc Nội dung gồm: Sơ lược về laser lỏng Cấu tạo và hoạt động ứng dụng trong đời sống I.SƠ LƯỢC VỀ LASER CHẤT LỎNG: LASER lỏng có môi trường hoạt tính là chất lỏng bao gồm các chất Chelasten như Peperindin Eu(BA)4 hòa tan trong dung môi rượu Ethol + Methol và có ít ion nguyên tố hiếm Eu3+, Nd3+….: các dung dịch thuốc nhuộm( các laser màu)… Hiện nay người ta phân laser lỏng ra làm ba loại: - Laser chelate hữu cơ- đất hiếm - Laser vô cơ oxyd chloride- neodym-selen - Laser màu (dye laser) Các laser này đều được dùng bơm quang học kích thích bằng đèn xung hay bằng chính laser rắn dưới dạng xung. Trong 3 loại laser lỏng trên: laser màu hiện đang có nhiều ứng dụng trong khoa học kỹ thuật. II.CẤU TẠO CỦA LASER Gồm có 3 bộ phận: Buồng cộng hưởng quang học, Môi Trường hoạt tính và Nguồn Bơm năng lượng BUỒNG CỘNG HƯỞNGBuồng cộng hưởng quang học là bộ phận quan trọng của laser. BCH có 2 chức năng:+ Thứ 1 là bộ phận chứa môi trường hoạt tính laser.+ Thứ 2 là bộ phận dùng cho bức xạ do hoạt chất phát ra có thể đi lại nhiều lần, nhờ đó mà bức xạ được khuyết đại lên nhiều lần. Buồng cộng hưởng đơn gản nhất là hệ gồm hai gương phẳng phản xạ được đặt đồng trục và song song với nhau. Một trong hai gương phản xạ có hệ số phản xạ R=100% gương phản xạ có hệ số phản xạ nằm trong khoảng 40%<R<98%. Buồng cộng hưởng này có hai gương đặt song song với nhau được gọi là BCHQH Fabry-Perot(F-P). Môi trường hoạt tính(MTHT). Laser màu thì MTHT là dung dịch màu. Những chất màu là những hợp chất hữu cơ phức tạp, hấp thụ mạnh ở những vùng ánh sáng khả kiến. Ba chất màu thường được sử dụng MTHT laser là Rôdamin B(RhB), Rôdamin 6G(Rh6G) và Cumarin. Ảnh hưởng chủ yếu lên tính chất của những chất màu là các gốc CH2 hay C2H5 : Có chứa các liên kết đôi, liên kết đơn xen kẽ với nhau và các phân tử nằm trong cùng một mặt phẳng mà chúng về cơ bản xác định sự hấp thụ của vật chất. Các dung dịch màu cho phổ huỳnh quang có dạng đám rộng (hàng chục nm). Nếu ta thay đổi một cách hợp lý nồng độ dung dịch màu thì có thể thay đổi hay mở rộng vùng bước sóng làm việc của laser màu.Tần số của laser màu sẽ càng ổn định hơn nếu chất màu được làm lạnh thích hợp để giữ nhiệt độ luôn ổn định. 2.Nguồn bơm: Laser màu người ta dùng bơm quang học. Hoạt động với nguyên tắc: bước sóng của nguồn bơm phải nằm trong vùng hấp thụ của chất màu. Để bơm cho laser màu thường dùng laser N2 vì có tần số lặp lại cao, thời gian xung ngắn. Có 3 phương pháp bơm bơm dọc, bơm ngang, bơm nghiêng. Nhưng người ta thường dùng là bơm dọc, bơm ngang để thực hiện bơm quang học. Còn bơm nghiêng nó thích hợp đặc biệt cho laser màu hoạt động liên tục Bơm dọc: Nguồn bơm được bơm song song với bức xạ laser. + Giảm được góc mở của chùm tia, công suất bức xạ lớn, hiệu suất bơm cao. + M1 là gương bán mạ và hệ số phản xạ 100% (rất khó thực hiện). Bơm ngang: Nguồn bơm được bơm vuông góc với phương của bức xạ laser. + Dùng thấu kính trụ có thể tạo mật độ cao và phân bố đều của chùm tia bơm lên MTHT. + Hiệu xuất bơm thấp. Sơ đồ hoạt động 3. TÍNH CHẤT CỦA LASER MÀU. Có thể điều chỉnh được tần số hay là bước sóng phát của laser bằng cách thay đổi nồng độ dung dịch hoặc dung môi trong môi trường hoạt tính. Vì vậy laser màu phát ra bức xạ từ tử ngoại gần đến khả kiến đến hồng ngoại gần. Có hệ số khuếch đại rất lớn so với laser rắn, khí cũng như dễ chế tạo và thay đổi các thành phần trong môi trường hoạt tính. Vì vậy rất thuận lợi cho việc nghiên cứu. Độ định hướng cao: tia laser phát ra hầu như là chùm tia song song do đó có khả năng chiếu xa mà không bị phân tán. Tính đơn sắc cao: chùm sáng chỉ có một màu (một bước sóng) duy nhất. Do vậy chùm laser không bị tán xạ khi đi qua mặt phân cách hai môi trường có chiết suất khác nhau. 4. ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM. - Ưu điểm: + Không đòi hỏi gia công chính xác. + Dễ dàng tăng nồng độ, tăng kích hoạt và tăng khối lượng hoạt chất để tạo ra công suất như ý muốn. + Dễ dàng làm lạnh môi trường hoạt tính. + Dễ thay đổi thành phần MTHT. - Nhược điểm: + Có hệ số dẫn nhiệt tương đối lớn, MTHT nhanh chóng bị làm nóng. + Không ổn định về tần số và công suất phát. 5. ứng dụng của laser Trong y tế: + Ánh sáng màu có thể làm ngưng hoạt động não bộ, từ đó được dùng để điều trị những trường hợp rối loạn não như chứng động kinh. Laser màu có thể điều khiển các tín hiệu não nhờ sử dụng ánh chớp của laser xanh và vàng sáng Ánh sáng kích hoạt protein làm chậm điện não và ngăn chúng phát sinh những tín hiệu điện não bất thường. Ứng dụng nhiều trong điều trị một số tổn thương hoặc khối u, bớt… trong việc tạo sóng xung kích trong phá sỏi, trong việc sáng tạo trong nhãn khoa các rối loạn mạch máu vết sẹo. + Đặc biệt được dùng để loại bỏ hình xăm. Tia laser này sẽ đi qua da, và chỉ tác động vào các hắc tố có màu phù hợp với các bước sóng của tia. Sự hấp thụ nhanh năng lượng của ánh sáng các tia laser này sẽ phân hủy làm nhạt đi các hắc tố gây bớt, nám + Dùng để chế tạo máy in laser màu bên trong máy in, một tia laser “vẽ” hình ảnh cần in lên một trang trống, nạp trang này với một điện tích tĩnh điện. Trang trống sẽ quay lên hộp đựng mực bột, hút bột mực mà sau đó được chuyển lên giấy và làm chảy ngay chỗ cần in. + Dùng trang trí đèn sân khấu, quán bar… Trong quân sự quốc phòng: + Tia laser radar cảnh báo sớm tên lửa đạn đạo,súng + Dùng để tiêu diệt máy bay, tên lửa của đối phương, làm biến dang, vô hiệu hóa và phá hủy nhanh chóng các mục tiêu bằng kim loại, đồng thời làm giảm khả năng tác chiến của đối phương bằng cách làm mù mắt hoặc lầm mù tạm thời -Trong thiên văn học: + Dùng laser màu để tạo ra các “sao nhân tạo” đó là các điểm sáng được tạo ra ở trung lưu (cách mặt đất khoảng 90km), có tác dụng giống như ngọn đèn chỉ đường để nghiên cứu các vì sao. Trong tinh thể các chất: + Laser màu còn gọi là laser đồng vị hơi nguyên tử (Atomic vapor laser íotope sepation - AVLIS) AVLIS là một phương pháp đặc biệt dùng laser để tách đồng vị của Uaranium bằng cách sử dụng ion hóa học cấu trúc siêu tinh tế. + Phương pháp tách đồng vị phân tử Laser MLIS + Hiện nay phương pháp OP-IRMPD đang được nghiên cứu. + Laser màu có thể được sử dụng để nghiên cứu quang phổ hấp thụ và phát xạ của các vật liệu khác nhau. Trong khi tượng thủy văn: + Kích thích sự tạo thành mưa chiếu những xung laser cực mạnh qua không khí ẩm hình thành các đám mây tầng thấp để kích thích sự kết tụ của những giọt nước nhỏ. + Radar lidar dự báo thời tiết chính xác hơn, có khả năng đo những loại gió không có bất kỳ loại hạt nào chẳng hạn như hơi nước