Đề tài Laser rắn

LASER RẮN GVHD: TRẦN THỊ HỒNG SVTH: NGUYỄN THỊ NGỌC TÚ CAO THỊ THU THỦY TRƯƠNG THỊ BÍCH THOA LÊ THỊ THU TRANG NGUYỄN CHUNG Laser rắn là laser mà môi trường hoạt chất là chất rắn. Chất rắn này là đơn tinh thể, hoặc chất vô định hình. Có khoảng 200 chất rắn có khả năng dùng làm môi trường hoạt chất laser. Một số loại laser chất rắn thông dụng: YAG-Neodym: hoạt chất là Yttrium Aluminium Garnet (YAG) cộng thêm 2-5% Neodym, có bước sóng 1060nm thuộc phổ hồng ngoại gần. Có thể phát liên tục tới 100W hoặc phát xung với tần số 1000-10000Hz. Hồng ngọc (Rubi): hoạt chất là tinh thể Alluminium có gắn những ion chrom, có bước sóng 694,3nm thuộc vùng đỏ của ánh sáng trắng. Bán dẫn: loại thông dụng nhất là diot Gallium Arsen có bước sóng 890nm thuộc phổ hồng ngoại gần. www.themegallery.com Company Logo GIỚI THIỆU LAZE RẮN Nguyên lý cấu tạo chung của một máy laser gồm: + Buồng cộng hưởng: là bộ phận chứa hoạt chất laser. Là bộ phận dùng để cho bức xạ do hoạt chất phát ra có thể đi lại nhiều lần, nhờ đó mà bức xạ được khuếch đại lên nhiều lần. + Môi trường hoạt tính: là môi trường có khả năng khuếch đại ánh sáng khi ánh sáng truyền qua môi trường đó. + Nguồn bơm năng lượng: đưa nặng lượng vào môi trường hoạt tính để tạo ra sự nghịch đảo độ tích lũy trong môi trường hoạt tính. www.themegallery.com Company Logo CẤU TẠO LAZE RẮN www.themegallery.com Company Logo 1) Buồng cộng hưởng (vùng bị kích thích)2) Nguồn nuôi (năng lượng bơm vào vùng bị kích thích)3) gương phản xạ toàn phần R=100%4) gương bán mạ R < 100%5) tia laser CẤU TẠO LAZE RẮN ĐẶC ĐIỂM CỦA LAZE RẮN Nồng độ bức xạ lớn, khoảng , lớn hơn laser khí. Do đó nồng độ hạt lớn nên hệ số khuếch đại lớn hơn nhiều so với laser khí Chất rắn có độ đồng nhất quang học kém nên: góc mở do nhiễu xạ lớn, tiêu hao do tán xạ lớn và hệ số phẩm chất của buồng cộng hưởng nhỏ. Sự nghịch đảo nồng độ trong laser rắn thường được thực hiện ở những mức năng lượng của nguyên tử hoặc ion tạp chất. Trong laser rắn các hạt tương tác với nhau nên các mức năng lượng có nhiều dao động quay nên dải phổ khá rộng. Các loại laser rắn đều sử dụng buồng cộng hưởng quang học. www.themegallery.com Company Logo www.themegallery.com Company Logo NỘI DUNG YAG-Neodym MỘT SỐ LAZE RẮN ĐẶC TRƯNG LAZE RUBI LAZER RUBI Laser hồng ngọc, một laser chất rắn, được tạo ra lần đầu tiên vào năm 1960, bởi nhà vật lý Laser rubi (hồng ngọc) có một thanh rubi và được quấn quanh một ống ánh sáng. Khi ánh sáng lóe lên thì thanh hồng ngọc phát ra một chùm tia laser màu ngọc đỏ có cường độ lớn. Không phải các tia laser đều làm bằng rubi, ít nhất có 100 vật chất để chế tạo laser. www.themegallery.com Company Logo - Cấu tạo của laze rubi gồm 3 bộ phận chính: HOẠT ĐỘNG CỦA LAZE RUBI www.themegallery.com Company Logo HOẠT ĐỘNG CỦA LAZE RUBI www.themegallery.com Company Logo Dùng một đèn phóng điện xenon để chiếu sáng rất mạnh thanh Rubi và đưa một số lớn ion Crôm lên trạng thái kích thích. Nếu có một ion Crôm bức xạ theo phương vuông góc với 2 gương thì ánh sáng sẽ phản xạ đi lại nhiều lần giữa 2 gương. Ánh sáng sẽ được khuếch đại lên nhiều lần. sẽ làm cho một loạt ion crôm phát xạ cảm ứng G1 1 A G2 2 - Ánh sáng sẽ được khuếch đại lên nhiều lần. Chùm tia laze được lấy ra từ gương bán mạ G2. HOẠT ĐỘNG CỦA LAZE RUBI LASER Nd: YAG Khái niệm: Laser Nd: YAG là loại Laser rắn sử dụng thể pha lê Yttrium-Aluminum-Garnet được phủ nguyên tố hiếm Neodymi của vỏ trái đất để làm môi trường hoạt chất, nó phát bước sóng 1064 nm thuộc phổ hồng ngoại gần. Thanh Laser Nd: YAG hình trụ chữ nhật một đầu cắt nhọn www.themegallery.com Company Logo CẤU TẠO CỦA LAZER Nd:YAG a) Môi trường hoạt chất Môi trường hoạt chất của laser Nd: YAG là tinh thể Yttrium Aluminium Garnet Y3Al5O12 trong đó một số ion Y3+ được thay thế bởi ion Nd3+ . Y3Al5O12 đóng vai trò là chất nền, ion Nd3+ đóng vai trò là tâm hoạt chất phát ra laser Thanh Nd: YAG được chế tạo với nhiều hình dạng khác nhau: hình trụ tròn, hình trụ chữ nhật, hoặc hình trụ chữ nhật một đầu có cắt chóp nhọn. www.themegallery.com Company Logo CẤU TẠO CỦA LAZER Nd:YAG b) Buồng cộng hưởng Buồng cộng hưởng của laser Nd: YAG cũng giống với buồng cộng hưởng của Laser Ruby và các laser rắn khác là buồng cộng hưởng quang học. c) Nguồn bơm Phổ hấp thụ của Nd3+ nằm trong khoảng lân cận 0,7 đến 0,9 nên đèn quang học Krypton hoặc Xenon và laser bán dẫn AlGaAs là nguồn bơm thích hợp nhất. Laser Nd: YAG hoạt động theo sơ đồ 4 mức năng lượng, các mức được phân thành như ở các mức năng lượng của ion Nd3+, mức 1 đóng vai trò là mức cơ bản, mức 2 là mức laser dưới, mức 3 là mức laser trên, mức 4 là mức kích thích www.themegallery.com Company Logo www.themegallery.com Company Logo ỨNG DỤNG CỦA LASER RẮN Tính hoại tử cao nên laser được sử dụng trong y tế www.themegallery.com Company Logo ỨNG DỤNG CỦA LASER RẮN TRONG Y HỌC Trong y học tia laser rắn có cường độ mạnh nên được dùng làm dao mổ. ưu điểm của dao mổ bằng tia laser: giảm lượng thuốc tê, thuốc mê, giảm phù nề, sung huyết và tiết dịch… Dựa vào công suất của laser rắn mà người ta ứng dụng nó vào các lĩnh vực phù hợp: * Laser công xuất thấp dùng để trị: • Nhiễm trùng có mủ và những vết loét lâu liền sẹo. • Điều trị các bệnh ngoài da. • Điều trị các bệnh của niêm mạc khoang miệng và mô quanh răng. • Điều trị bệnh tai mũi họng cấp tính và mãn tính. dao mổ laze phẫu thuật mắt Xóa vết xâm ỨNG DỤNG CỦA LASER RẮN TRONG Y HỌC * Laser công suất cao (như: YAG: Nd laser, laser Ruby...) dùng để: Sử dụng như dao mổ, đặc biệt hữu hiệu trong mổ nội soi. • Dùng quang đông mạch (trong ngoại khoa da liễu). • Điều trị các tổn thương mạch máu, các tổn thương sắc tố da. Một số dao bằng laser rắn www.themegallery.com Company Logo ỨNG DỤNG CỦA LASER RẮN TRONG Y HỌC Công dụng của một số laser rắn: • Alexandrite Laser: sử dụng rộng rãi trong triệt lông, điều trị mạch máu sâu hơn và mạch máu chân. • Nd: YAG Laser: điều trị mạch máu xanh và đỏ ở mức năng lượng cao. Laser Nd: YAG đặc biệt được sử dụng trong điều trị mạch máu chân ở tất cả các loại da. • Ruby Laser gặp rắc rối khi điều trị cho loại da sậm màu. Nhưng rất hiệu quả cho điều trị lông mỏng, nhạt màu hay vàng. Laser trong điều trị nhãn khoa www.themegallery.com Company Logo ỨNG DỤNG CỦA LASER RẮN TRONG QUÂN SỰ Trong quân sự: Do tính định hướng và tần số cao nên laser rắn cũng có ưu thế đặc biệt trong liên lạc vô tuyến như vô tuyến định vị, liên lạc vệ tinh, điều khiển tàu vũ trụ, tên lửa, …Do tính kết hợp và cường độ cao nên tia laser rắn còn được dùng trong truyền tin bằng cáp quang. Dùng laser để truyền thông tin trong vũ trụ www.themegallery.com Company Logo ỨNG DỤNG CỦA LASER RẮN TRONG QUÂN SỰ Người ta dùng laze để chế tạo ra súng phun nhựa phun vào đối phương, ngay tức khắc người bị dính nhựa không cựa quậy được, đến mức không thể sử dụng súng để chống trả được nữa. Ngoài ra, laser còn dùng để đo khoảng cách các mục tiêu quân sự , biết được thời gian đi và về của tia sáng ta dễ dàng tính ra được khoảng cách. Máy đo khoảng cách bằng laser trong quân sự là loại thiết bị quan trọng. Có nhiều loại khác nhau: máy đo cự ly hàng không, máy đo cự ly xe tăng. Ví dụ: Như trong cuộc chiến ở Irắc vừa qua, người Mỹ dùng laze để điều khiển các tên lửa và kích cho nó nổ khi đã đến mục tiêu… Trong quân sự MỘT VÀI ỨNG DỤNG CỦA LAZE TRONG QUÂN SỰ Vũ khí laze BT Trong công nghiệp Dùng laser công suất lớn để khoan cắt kim loại www.themegallery.com Company Logo * Cơ chế bóc vật liệu Chùm tia laser được bề mặt chi tiết hấp thụ, vì thế bề mặt chi tiết tại chỗ có chùm tia laser được nung nóng. Sự truyền nhiệt vào bên trong chi tiết gây nên sự chuyển biến pha, chảy, hoặc bốc hơi. Chùm tia laser với mật độ cao thường gây nên lớp plasma trên bề mặt của vật liệu. Hậu quả là nó làm giảm hiệu suất của quá trình gia công do làm giảm sự hấp thụ và sự tập trung nhiệt trên bề mặt chi tiết. ỨNG DỤNG CỦA LASER RẮN TRONG GIA CÔNG VẬT LIỆU www.themegallery.com Company Logo ỨNG DỤNG CỦA LASER RẮN TRONG GIA CÔNG VẬT LIỆU * Cắt và khắc kim loại: Người ta sử dụng Laser Nd:YAG. Ưu điểm: Thao tác với các chi tiết nhỏ trên những phần vật liệu nhỏ. Cắt tốt các vật liệu có hệ số phản xạ cao, như hợp kim của đồng hay hợp kim của bạc. Nhược điểm: Không thể cắt các vật liệu là hữu cơ, thạch anh, thuỷ tinh. Công suất nhỏ. Cắt kim loại www.themegallery.com Company Logo - Ưu điểm cắt bằng laser: Cắt được hầu hết các loại vật liệu, cả các vật liệu có từ tính cũng như không có từ tính. Rãnh cắt sắc cạnh, có độ chính xác cao. Có thể cắt theo đường thẳng hay đường cong bất kỳ. Không biến dạng cơ học và biến dạng nhiệt ít. Tốc độ cắt nhanh. Dễ dàng áp dụng vào tự động hoá nâng cao năng suất. Không gây tiếng ồn, không gây ô nhiễm môi trường làm việc bởi bụi. - Nhược điểm: Chiều dày cắt hạn chế 10 – 20 mm (tuỳ thuộc công suất của nguồn laser). ỨNG DỤNG CỦA LASER RẮN TRONG GIA CÔNG VẬT LIỆU www.themegallery.com Company Logo Tương tự như cắt người ta còn sử dụng laser để khắc lên kim loại. Khắc bằng laser cho phép độ chính xác, tinh vi cao hơn dùng phương pháp khác. Khắc kim loại ỨNG DỤNG CỦA LASER RẮN TRONG GIA CÔNG VẬT LIỆU www.themegallery.com Company Logo * Khoan bằng laser: - Máy phát laser để gia công kim loại được cấu tạo bởi 3 phần: - Đầu phát laser. - Bộ phận cung cấp điện và điều khiển. - Bộ phận gá đặt chi tiết gia công laser rắn thường dùng để khoan là tinh thể và thủy tinh hợp chất (hồng ngọc, thạch anh, …) ỨNG DỤNG CỦA LASER RẮN TRONG GIA CÔNG VẬT LIỆU www.themegallery.com Company Logo - Laser được sử dụng để khoan lỗ nhỏ và sâu trên kim loại, ceramic plastic và composite. Phương pháp khoan bằng tia laser hiệu quả đối với các lỗ nhỏ, có thể tự động hóa dễ dàng. Tuy nhiên lỗ bị côn, chiều sâu và đường kính lỗ hạn chế. Hàn kim loại: Phương pháp này cũng có thể nối các kim loại có tính chất lý hóa khác nhau, nối kim loại với phi kim loại. Người ta thường sử dụng Laser Nd: YAG để hàn. ỨNG DỤNG CỦA LASER RẮN TRONG GIA CÔNG VẬT LIỆU www.themegallery.com Company Logo ỨNG DỤNG CỦA LASER RẮN - Ưu điểm của phương pháp hàn laser: Mối hàn không bị bẩn Độ tập trung năng lượng cao hàng chục kW vào một điểm có kích thước 0,2- 0,3 mm Miền truyền nhiệt nhỏ Sự giảm nhiệt độ nhanh Giảm sự biến tính vật liệu do nhiệt trong quá trình hàn Tốc độ hàn nhanh. - Nhược điểm: Giá thành đầu tư cao Sự làm lạnh nhanh dễ Gây ra sự nứt gãy. Trong nông nghiệp San phẳng mặt ruộng bằng tia laser Trong khoa học Chùm sáng laze có thể gửi qua được sợi cáp quang + Thông tin liên lạc: Tia laze ưu thế trong đặc biệt trong liên lạc vô tuyến và trong truyền tin bằng cáp quang. Trong thông tin liên lạc Dùng laser với xung năng lượng lớn để phá hủy thiên thạch Trong đời sống. Các đĩa CD (đĩa compact) và DVD (Digital Versatile Disc, đĩa số hoá đa dụng) là một hệ quang học lưu giữ thông tin. In màu laser Chụp ảnh ba chiều www.themegallery.com Company Logo Trình diễn laser Các ứng dụng khác Laze còn được dùng trong các đầu đọc đĩa CD, ổ cứng, trong bút chỉ bảng ( Laze bán dẫn ), trong chuột máy tính, trang trí, quãng cáo, biểu diễn, … Bút laze dùng để chỉ bảng ỨNG DỤNG CỦA LAZE TRONG CHỐNG TRỘM Đầu CD Dùng tường tia laser plasma làm đèn đỏ Bắn một tia laser cực mạnh vào vùng trung tâm dải Ngân Hà để đo độ biến dạng của khí quyển Trái Đất.