Bài giảng Vật lí Lớp 12 - Bài 34: Sơ lược về Laze

NHIỆT LIỆT CHÀO MỪNG CÁC THẦY - CÔ GIÁO 
VỀ DỰ HỘI GIẢNG GIÁO VIÊN DẠY GIỎI TỈNH THÁI BÌNH 
MÔN VẬT LÍ LỚP 12 
 NĂM HỌC 2008- 2009 
CHÚC CÁC EM HỌC SINH LỚP 12A 4 HỌC THẬT TỐT! 
GIÁO VIÊN THỰC HIỆN: LẠI VĂN CÔNG 
SỞ GIÁO DỤC - ĐÀO TẠO 
 THÁI BÌNH 
KIỂM TRA BÀI CŨ 
CÂU HỎI: TRÌNH BÀY TIÊN ĐỀ BO VỀ SỰ BỨC XẠ VÀ HẤP THỤ NĂNG L Ư ỢNG CỦA NGUYÊN TỬ? 
Trả lời: 
 Khi nguyên tử chuyển từ trạng thái dừng có năng l ư ợng (E n ) sang trạng thái dừng có năng l ư ợng thấp h ơ n (E m ) thì nó phát ra một phôtôn có năng l ư ợng đúng bằng hiệu E n - E m 
 h.f = E n - E m 
- Nếu nguyên tử đang ở trạng thái dừng có năng l ư ợng (E m ) mà hấp thụ đ ư ợc một phôtôn có năng l ư ợng đúng bằng hiệu E n - E m thì nó chuyển lên trạng thái dừng có năng l ư ợng cao (E n ). 
Một số hình ảnh về lễ khai mạc thế vận hội Olimpic Bắc Kinh năm 2008 
Hình ảnh chúng ta vừa quan sát đ ư ợc là những chùm ánh sáng có màu sắc sặc sỡ với nhiều màu sắc khác nhau. Vậy các ánh sáng này là ánh sáng gì? Nó phát ra từ đâu? 
BÀI 34: S Ơ L Ư ỢC VỀ LAZE 
Để tìm hiểu về laze, chúng ta hãy đi xét lịch sử phát triển của laze . 
 N ăm 1958, các nhà bác học Nga và Mĩ, nghiên cứu độc lập với nhau, đã chế tạo thành công laze đầu tiên. 
 Đó là một loại nguồn sáng mới, phát ra chùm sáng g ọi là tia laze, có đặc điểm khác hẳn với các chùm sáng thông thường. 
BA- XỐP 
BÀI 34: S Ơ L Ư ỢC VỀ LAZE 
I. CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA LAZE 
Dao mổ laze 
Dùng tia laze tôi kim loại 
Chúng ta th ư ờng nghe thuật ngữ Laze trong nhiều lĩnh vực khác nhau: y học, quân sự, kỹ thuật, thông tin liên lạcVậy Laze là gì? Nó hoạt động theo nguyên lý nào? 
1. Laze là gì? 
 Laze là từ phiên âm của tiếng Anh Laser (Light Amplifier by Stimulated Emission of Radiation). 
a. Khái niệm 
- Laze là một nguồn sáng phát ra một chùm sáng cường độ lớn dựa trên việc ứng dụng hiện tượng phát xạ cảm ứng. 
- Chùm bức xạ phát ra cũng được gọi là chùm tia laze. 
 Chúng có nghĩa là: Máy khuếch đại ánh sáng bằng sự phát xạ cảm ứng. 
BÀI 34: S Ơ L Ư ỢC VỀ LAZE 
I. CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA LAZE 
a. Khái niệm 
1. Laze là gì? 
b. Đặc điểm của laze 
 Tính đ ơ n sắc cao. 
 Tính định h ư ớng. 
- Tính kết hợp cao và c ư ờng độ lớn. 
Câu hỏi 
Laze là một nguồn sáng mới, khác hẳn với các chùm sáng thông thường. Vậy laze có đặc điểm gì? 
BÀI 34: S Ơ L Ư ỢC VỀ LAZE 
I. CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA LAZE 
1. Laze là gì? 
2. Sự phát xạ cảm ứng. 
Laze ho¹t ®éng dùa trªn nguyªn t¾c nµo? 
- Nguyên tắc hoạt động quan trọng nhất của Laze là sự phát xạ cảm ứng. 
- Lý thuyết về sự phát xạ cảm ứng: 
Quan sát hiện t ư ợng sau và trả lời câu hỏi. 
E thấp 
E cao 
Câu hỏi 
Hiện t ư ợng gì sẽ xảy ra nếu một nguyên tử đang ở trạng thái kích thích sẵn sàng phát ra một phôtôn có năng l ư ợng  =hf mà bắt gặp một phôtôn có năng l ư ợng ’ đúng bằng hf bay l ư ớt qua nó? 
+ Nếu một nguyên tử đang ở trong trạng thái kích thích, sẵn sàng phát ra một phôtôn có năng l ư ợng  = hf, bắt gặp một phôtôn có năng l ư ợng ’ đúng bằng hf bay l ư ớt qua nó, thì lập tức nguyên tử này cũng phát ra phôtôn  (phôtôn  đ ư ợc gọi là phôtôn phát xạ cảm ứng). 
BÀI 34: S Ơ L Ư ỢC VỀ LAZE 
I. CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA LAZE 
1. Laze là gì? 
2. Sự phát xạ cảm ứng 
+ Nếu một nguyên tử đang ở trong trạng thái kích thích, sẵn sàng phát ra một phôtôn có năng l ư ợng  = hf, bắt gặp một phôtôn có năng l ư ợng ’ đúng bằng hf bay l ư ớt qua nó, thì lập tức nguyên tử này cũng phát ra phôtôn  (phôtôn  đ ư ợc gọi là phôtôn phát xạ cảm ứng). 
+ Phôtôn  có cùng năng l ư ợng, bay cùng ph ươ ng với phôtôn ’ 
+ Sóng điện từ ứng với phôtôn  hoàn toàn cùng pha với sóng điện từ ứng với phôtôn  ’ 
Câu hỏi 
Phôtôn phát xạ  và phôtôn tới ’có đặc điểm, tính chất gì giống nhau? 
Quan sát hiện t ư ợng sau và trả lời câu hỏi. 
BÀI 34: S Ơ L Ư ỢC VỀ LAZE 
I. CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA LAZE 
1. Laze là gì? 
2. Sự phát xạ cảm ứng 
E thấp 
E cao 
Câu hỏi 
Nếu có một phôtôn ban đầu bay qua một loạt nguyên tử đang ở trạng thái kích thích thì số phôtôn tạo thành sẽ tăng nh ư thế nào? 
BÀI 34: S Ơ L Ư ỢC VỀ LAZE 
I. CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA LAZE 
1. Laze là gì? 
2. Sự phát xạ cảm ứng. 
+ Nếu một nguyên tử đang ở trong trạng thái kích thích, sẵn sàng phát ra một phôtôn có năng l ư ợng  = hf, bắt gặp một phôtôn có năng l ư ợng ’ đúng bằng hf bay l ư ớt qua nó, thì lập tức nguyên tử này cũng phát ra phôtôn . 
+ Phôtôn  có cùng năng l ư ợng, bay cùng ph ươ ng với phôtôn ’ 
+ Sóng điện từ ứng với phôtôn  hoàn toàn cùng pha với sóng điện từ ứng với phôtôn  ’ 
Như vậy , nếu có một phôtôn ban đầu bay qua một loạt nguyên tử đang ở trong trạng thái kích thích thì số phôtôn sẽ tăng lên theo cấp số nhân. 
Câu hỏi thảo luận. 
Dựa vào lý thuyết phát xạ cảm ứng, hãy giải thích các đặc điểm của laze? 
BÀI 34: S Ơ L Ư ỢC VỀ LAZE 
I. CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA LAZE 
1. Laze là gì? 
2. Sự phát xạ cảm ứng. 
3. Cấu tạo của Laze. 
Câu hỏi 
Dựa vào môi tr ư ờng phát xạ, ta có thể tạo ra đ ư ợc mấy loại laze? 
- Tuỳ vào vật liệu phát xạ (Môi tr ư ờng hoạt tính), ng ư ời ta tạo ra laze rắn, laze lỏng, laze khí. 
Xét cấu tạo của một laze rắn (Laze rubi) 
Câu hỏi 
Nêu cấu tạo của rubi (hồng ngọc). C ơ chế phát ánh sáng của rubi? 
-Rubi (hồng ngọc) là Al 2 O 3 có pha Cr 2 O 3 . 
- á nh sáng đỏ của hồng ngọc do iôn Crôm phát ra khi chuyển từ trạng thái kích thích về trạng thái c ơ bản. Đó cũng là màu của tia laze 
a. Cấu tạo của laze hồng ngọc. 
Câu hỏi 
Trình bày cấu tạo của laze hồng ngọc? Vai trò của các bộ phận trong laze hồng ngọc? 
 Thanh rubi hình trụ (A) hai mặt đ ư ợc mài nhẵn, vuông góc với trục của thanh. 
+ Mặt (1) đ ư ợc mạ Bạc trở thành g ươ ng phẳng G 1 . 
+ Mặt (2) là mặt bán mạ (g ươ ng phẳng G 2 ), là một lớp mạ mỏng để cho khoảng 50% c ư ờng độ chùm sáng chiếu tới bị phản xạ, còn khoảng 50% truyền qua. 
+ Hai g ươ ng G 1 , G 2 song song và có mặt phản xạ đối diện nhau. 
- Đèn phóng điện Xenon: dùng để chiếu sáng mạnh thanh rubi và đ ư a một số lớn iôn Crôm lên trạng thái kích thích. 
b. C ơ chế phát tia laze 
BÀI 34: S Ơ L Ư ỢC VỀ LAZE 
I. CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA LAZE 
1. Laze là gì? 
2. Sự phát xạ cảm ứng. 
3. Cấu tạo của Laze. 
a. Cấu tạo của laze hồng ngọc. 
Câu hỏi 
Nêu c ơ chế phát ra tia laze của laze rubi? Màu sắc của tia laze? 
G 1 
G 2 
b. C ơ chế phát tia laze 
BÀI 34: S Ơ L Ư ỢC VỀ LAZE 
I. CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA LAZE 
1. Laze là gì? 
2. Sự phát xạ cảm ứng. 
3. Cấu tạo của Laze. 
a. Cấu tạo của laze hồng ngọc. 
- D ïng ®Ìn phãng ®iÖn xenon ®Ó chiÕu s¸ng m¹nh thanh rubi vµ ®­a mét sè lín i«n Cr«m lªn tr¹ng th¸i kÝch thÝch. 
- Nếu có một ion Crôm bức xạ theo phương vuông góc với hai gương thì ánh sáng sẽ phản xạ đi lại nhiều lần giữa hai gương và sẽ làm cho một loạt ion Crôm phát xạ cảm ứng. Ánh sáng sẽ được khuếch đại lên nhiều lần. 
 Chùm tia laze màu đỏ được lấy ra từ gương bán mạ G 2 (phần lớn phôtôn sẽ đi qua gương bán mạ và tạo thành tia laze). 
G 1 
G 2 
BÀI 34: S Ơ L Ư ỢC VỀ LAZE 
I. CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA LAZE 
1. Laze là gì? 
2. Sự phát xạ cảm ứng. 
3. Cấu tạo của Laze. 
II. MỘT VÀI ỨNG DỤNG CỦA LAZE 
Câu hỏi 
Nêu một vài ứng dụng quan trọng của tia laze trong các lĩnh vực nh ư y học, thông tin liên lạc, công nghiệp... 
Trong y học: Tia laze đ ư ợc dùng nh ư một dao mổ trong các phẫu thuật tinh vi nh ư mắt, mạch máuNgoài ra tia laze còn sử dụng để chữa một số bệnh ngoài da. 
- Tia laze đ ư ợc sử dụng trong liên lạc vô tuyến: vô tuyến định vị, liên lạc vệ tinh, điều khiển tàu vũ trụ,tia laze đ ư ợc sử dụng tốt trong việc truyền tin bằng cáp quang. 
- Trong c«ng nghiÖp: Tia laze cã c­êng ®é lín vµ tÝnh ®Þnh h­íng cao nªn nã ®­îc øng dông ®Ó khoan, c¾t, t«i chÝnh x¸c trªn nhiÒu chÊt liÖu. 
- Ngoµi ra tia laze cßn ®­îc øng dông rÊt hiÖu qu¶ trong c¸c lÜnh vùc kh¸c nh­: gi¸o dôc, an toµn giao th«ng, tr¾c ®Þa, 
Bút chỉ bảng 
Biển báo an toàn giao thông 
Dao laze dùng để phẩu thuật 
Tia laze dùng trong liên lạc vô tuyến 
Tôi kim loại bằng laze 
GHI NHỚ 
I. CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA LAZE. 
KHÁI NIỆM, ĐẶC ĐIỂM CỦA LAZE. 
2 . LÝ THUYẾT VỀ SỰ PHÁT XẠ CẢM ỨNG. 
3. CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA LAZE RẮN (LAZE HỒNG NGỌC). 
4. CÁC LOẠI LAZE. 
II. ỨNG DỤNG CỦA LAZE TRONG MỘT SỐ LĨNH VỰC. 
CỦNG CỐ 
Câu 1: Kết luận nào sau đây là không đúng khi nói về tia laze? 
Laze là một nguồn sáng phát ra chùm sáng có c ư ờng độ lớn dựa trên nguyên tắc của hiện t ư ợng phát xạ cảm ứng. 
B. Chùm bức xạ phát ra không phải là chùm tia laze. 
C. Tia laze là một chùm sáng có c ư ờng độ lớn. 
D. Tia laze có tính đ ơ n sắc, tính định h ư ớng và tính kết hợp cao. 
S 
CỦNG CỐ 
Câu 2: Chùm sáng laze do rubi (hồng ngọc) phát ra có màu: 
Đỏ 
B. Xanh lam. 
C. Vàng. 
D. Tím. 
A 
Câu 3: Ng ư ời ta tạo đ ư ợc các loại laze khác nhau là do: 
 C ư ờng độ của ánh sáng kích thích khác nhau. 
B. Môi tr ư ờng hoạt tính khác nhau. 
C. Cấu tạo của hai g ươ ng phẳng khác nhau. 
D. Môi tr ư ờng hoạt tính nh ư nhau, công suất ánh sáng kích thích khác nhau. 
B 
KIẾN THỨC BỔ SUNG: 
1. Cấu tạo chung của laze: 
1) Buồng cộng hưởng (vùng bị kích thích)2) Nguồn nuôi (năng lượng bơm vào vùng bị kích thích)3) G ương phản xạ toàn phần4) G ương bán mạ 5) T ia laser 
2. Nguồn phát laze.