Laser, viết tắt của Khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ kích thích, là thiết bị phát ra ánh sáng đơn sắc, kết hợp và tập trung cao độ. Không giống như các nguồn sáng thông thường, tia laser tạo ra ánh sáng rất chính xác và có thể được điều khiển với độ chính xác cao. Bài học này khám phá các nguyên lý của tia laser, loại và ứng dụng của chúng, đặc biệt là trong lĩnh vực quang học.
Trọng tâm của hoạt động laser là quá trình phát xạ kích thích. Quá trình này liên quan đến việc khuếch đại ánh sáng bằng các electron kích thích trong môi trường (khí, rắn hoặc lỏng) lên mức năng lượng cao hơn. Khi các electron bị kích thích này trở về mức năng lượng thấp hơn, chúng sẽ phát ra các photon (hạt ánh sáng) có năng lượng riêng. Điều quan trọng là các photon này kích thích các electron bị kích thích khác phát ra các photon bổ sung, tạo ra phản ứng dây chuyền khuếch đại ánh sáng.
Ba thành phần chính của tia laser là:
Chìa khóa của hoạt động laser là đạt được trạng thái gọi là "nghịch đảo dân số", trong đó nhiều electron trong môi trường khuếch đại ở trạng thái kích thích hơn ở trạng thái năng lượng thấp hơn. Điều kiện này là cần thiết để sự phát xạ kích thích chiếm ưu thế hơn sự hấp thụ.
Laser có thể được phân loại dựa trên phương tiện khuếch đại của chúng:
Laser đã biến đổi nhiều khía cạnh của quang học và đã tìm thấy những ứng dụng rộng rãi:
Trong khi các thiết bị phức tạp là cần thiết cho các thí nghiệm chuyên sâu với tia laser, việc quan sát các mẫu giao thoa của đèn laser có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc về đặc tính của chúng.
Hình giao thoa: Khi ánh sáng laser đi qua hai khe cách đều nhau (một thiết lập được gọi là thí nghiệm hai khe Young), nó tạo ra một hình giao thoa trên màn đặt phía sau hai khe. Mô hình các dải sáng và tối này thể hiện bản chất sóng của ánh sáng và sự kết hợp của ánh sáng laser. Khoảng cách giữa các dải này có thể được tính theo phương trình:
\(D = \frac{\lambda \cdot L}{d}\)trong đó \(D\) là khoảng cách giữa các dải sáng hoặc tối liền kề, \(\lambda\) là bước sóng của ánh sáng laser, \(L\) là khoảng cách từ các khe đến màn hình và \(d\) là khoảng cách giữa hai khe.
Hiểu về tia laser và các nguyên lý của chúng không chỉ đi sâu vào lĩnh vực quang học mà còn mở ra cánh cửa cho những đổi mới trong truyền thông, chăm sóc sức khỏe và nhiều khám phá khoa học khác nhau. Độ chính xác và khả năng được kiểm soát tỉ mỉ của chúng khiến tia laser trở thành công cụ không thể thiếu trong công nghệ và nghiên cứu hiện đại.
