Phát triển của laser (laze) và những ứng dụng quan trọng Ngày nay Laser hiện diện ở nhiều nơi, nhưng khách quan mà nói, chúng ta hiểu về nó còn rất hạn chế. Laser phát triển mạnh vào những năm 1980, thời điểm này nước ta mới vượt ra khỏi cuộc chiến tranh nên điều kiện tiếp cận với Laser còn chưa nhiều, mặt khác sản phẩm của nó bán trên thị trường quá đắt so với túi tiền khi đó của chúng ta. Nhưng Laserphát triển rất nhanh, nó đã xâm nhập vào nhiều ngõ ngách của cuộc sống,vây nên chăng hãytìm hiểu kỹ thêm: Laser là gì ? Laserxuất hiện như thế nào ? những chặngđường pháttriển của nó ? những tính chất gì của Laser được ứng dụngvào trong đời sống ? Hy vọng bài viết này phần nào làmsáng tỏ thêmnhững điều đó. Laser là khuếchđại ánhsáng bằngbức xạ cưỡngbức; chữ Laser là kếtnối bởi những chữ đầu tiên của cụmtừ nói trên bằngtiếng Anh (LightAmplificationby Stimulated Emissonof Radiation). Người ta nhớ lại rằng,vào năm1916, sau khi được bầu vào Viên Hàn lâm Khoahọc Đức, A.Einstein bằng tư duy trừu tượng cao, đã nêu thuyết: Nếu chiếu những nguyên tử bằng một làn sóng điện từ, sẽ có thể xẩy ra một bức xạ “được kích hoạt”và trở thành một chùm tiahoàn toàn đơn sắc, ở đó tất cả những photon (quang tử) phát ra sẽ có cùng mộtbước sóng.Đó là một ý tưởng khoahọc. Nhưngchưa có ai chứng minhnên lý thuyết đó gần như bị lãng quên trong nhiềunăm. Mãi tới năm 1951giáo sư Charles Townes thuộc trường Đại họcColumbia của thành phố NewYork (Mỹ) mới chú ýđến sự khuếch đại của sóng cực ngắn (vi sóng). Ông thựchiện mộtthí nghiệm mang tên Maser (maze) làkhuếchđại vi sóng bằngbức xạ cảm ứng, (chữ Masercũng là chữ đầu của nghĩađó bằng tiếng Anh: MicrowaveAmplificationby StimulatedEmissonof radiation).Ông đã thành công, tuy phải chi phí khá tốn kém để nghiêncứu trong phòngthí nghiệm. Cũngvào thời gian này, ở một phương trời khác,hai nhàkhoa học Xô Viết là N.Batsovvà A. Prokhorov cũng phát minh ramáy khếch đại vi sóngvà gần như cùng một dạng nguyênlý. Vì thế cả banhà khoahọc nói trên đều đượcnhận giải Nobelvật lý vào năm 1964. Đạt tớiviệc khuếch đại cácsóng cựcngắn rồi mà sao không dấnthêmvào các sóng phátsáng ?, đó là sự tiếc nuối thốtlên từ C. Townes.Bởi sauthànhcông này ông được cấp trên giaocho trọngtráchmới. Thựcra nhà khoahọc Anthus Schawlow (là em rể của Townes) đã có nhiềucông suynghĩ để biến Maze thành laze, nhưng mớitrong phạm vi lý thuyết và tháng8/1958ông côngbố phầnlý thuyết đó trên tạp chí “Physical Review” rồi cũng dừng lại; để cho TheodoraMaiman phát triển thêmlên. TheodoraMaiman,là nhà khoa học của phòng thí nghiệm Hughes tại Malibu,bangCalifornia.Dựa vào lý thuyếtvà nềntảng thựcnghiệm củaTownesvà Schawlowđã công bố,T. Maimandành hơnhai nămđi sâuthêm, mở rộng thêmvà trở thành người đầu tiên tìm ra tia Laser mà nguyên lý cơ bảncủa nó cóthể tóm tắt như sau: Lazecủa Maimanphát sinhranhờ máy phát (xem hình 1) baogồm: hộp cộng hưởngquang học trong đó chứa đựng: gương M1 và gương M2 đặt song song và đối diệnnhau, riêng M2 là loại gươngbán mạ (ở mức bán trongsuốt). Khoảng giữa của haigương làthanh hoạt chấtH, Maimanđặtvào đó vật chất rắnlà hồng ngọc, rồi chiếu lên đó chùm ánh sáng R mạnh; nhờ đó nó tạo ra môi trườnghoạt động đặc biệt còn gọilàmôi trườngLaze:tại đây, mộtphản ứng hoá học, ion hoá trong hoạt chất được “bơm” lên một mứcnăng lượngkíchthích E1 sauđó nó tự phát rời xuống mức nửa bền E2 ở dưới. Khi cảm ứng từ mứcnửa bềnchuyển dời về trạng thái ở mức năng lượng thấp hơnEo sẽ phátra phần tử ánh sánggọi làPhoton (quangtử).Nhữngphầntử này phảnxạ qua lại nhiều lầngiữa haigươngM1vàM2. Quátrình đậpđi đập lại làm chúng vađập phải các nguyên tử khác và các nguyên tử này cũng bị kích hoạt để phátra photonkhác. Theo cách thức này,ngày càng có nhiều photonkết hợp lạivới nhau thành một chùm tia gọi là tia Laze,nó ngày càng mạnhvà đếnmột giớihạn nàođó, chùm tiaánhsáng xuyên qua bề mặt trángbán mạ của gương M2ra ngoài, trở thành tia cóđộ định hướng caovà có mật độ quang năng lớn. Ngày 16/5/1960 làngàyđáng nhớ, bởi ngày này, T. Maiman chính thức tạo ra Laser từ thể rắn hồng ngọc. Tia sángdo ôngtìm ralà luồng ánh sáng rất tập trung và có độ hội tụ lớn, hoàntoàn thẳng, rõ nét, thuần khiết, mầu đỏ lộnglẫy và bề dài bướcsóng đo được là 0,694micromet. Như vậy là giả thuyết mà Einsteinnêu ra cách ngày ấy 54 năm đã được chứng minh. Những năm tiếp theo,các nhà khoahọc khắp nơi đã nối dài thành quả lazera thành nhiều loại, bằng cách: đưa vào thanh hoạt chất thể khí (ví như carbonicCO2 hoặc He, Ne , Ar ) ta có tia lazetừ thể khí; đưa vàođó arseniure(từ gallium) thì có tialaze từ bán dẫn; đưa vào đó dung dịch các chất nhuộm mầu hữu cơ thì cho ta laze lỏng;sử dụng oxy-iotvạnnăng ta có lazehoá học; rồi laze rắn v v Điều kỳ diệu là tuỳ theo hoạt chất màtạo ra những mầu sắc khác nhaulàm cho tialaze trở nên lunglinh huyền ảo. Ví như tialaze từ Helium-neonchomầu đỏ; tia lazecủa argoncho tamầu xanh đậm và xanh lá cây. Muốn có mầu sắccủa tia lazethích hợp, nhà sản xuất phải cân chỉnh. Ví như Công ty Điệntử Pioneerđã tănghoặc giảm tần số phát phổ sáng của loại lazethể rắn để tìm rachùm tiaxanh màkháchhàng ưa thích, (thaotác cân chỉnh này giống như dò giải tần sóngâm thanh để bắt được tínhiệu rõ nhất). Kể từ đó, lazecó những bướcphát triển vượt bậc. Ngườitanhanh chóng phát minhra lazetừ excimere, nó xuấthiện trongtia tử ngoại vàlàm ra lazephát đi trong tia hồngngoạimà mắt thường không thể thấy được. Đây là một thứ rất lợi hại, được cácnhà quân sự tận dụngtriệt để.Người ta dự đoán, cùng với bándẫn, lazesẽ là một trongnhững lĩnh vực khoahọc và công nghệ quantrọng vào bậc nhất của thế kỷ XXI;Nhữngứng dụngdưới đây của laze cho chúng ta thấy tiềm năng to lớn đó: 1/- ứngdụng lazevào trongcông nghiệp: Các nhà công nghiệp đánhgiá rất cao tính chấthội tụ cùng mật độ quangnăng lớn của tialaze (độ hội tụ ấy lên tới hàng triệu Watt trên một cm2)với độ chính xác đáng nể của nó.Nhưng năng lực thấucủa lazephụ thuộc vào môi trườngsử dụng. Môitrường cungcấp cao khoảng 20kW hoặc hơn thì có thể sử dụng trong công nghiệp. Với môi trường công nghiệp thì laze khí từ CO2 hoặc từ argon là sử dụng thích hợp nhất. Người ta có thể thiết kế lên những cỗ máytự động sử dụng laze công suất mạnh,kết nối với máy tính để điều khiển dùngtrongcác nhàmáy cơ khí chínhxác. Những tia lazemầu xanhcó thể trở thành những giao tiện sắc bén,tiện được, cắt, gọt được, qua đó gia công được những chi tiết máy phức tạp, hoặc những chi tiết máy siêu nhỏ. Tia laze cũng có thể làm nên những “mũigiao khắc”, có thể khắc hoặc khoétđủ hìnhdánglên ốngthép củacác nhàmáy hoá chất, hoặc bồn chứa, ống dẫn dầu-khí, hoặc để cưa cắtmhững tấm thép hợpkim rấtdầy (tới 20 mm)phục vụ công nghệ đóng tầu biển. Ngoài ra để phá những tầu đã quá niên hạn, hoặc xe quânsự đã thanh lý đưavào lò luyện thép,phải dùng laze hoáhọc công suất tới 100kW thìmới làm nổi. Hoặcđể chạm khắc lên những vật liệu khác như giấy carton,nhựa, gỗ laze cũngáp dụng để hàn đủ thứ kimloại(từ kim loại mềm đếnkimloại cứng nhất mà ta có thể gặp). * Để phục vụ cho công nghiệp và nghiên cứu khoahọc, người Ngađã sớmxây dựng máyphátlazeở vùngngoạiô Matxcơva với côngsuất bước đầulà 1MW. Đươc biết, để khởi động cho máy phát này, người ta phải cắt điện trong một phạm vi rộnglớn quanh vùng. NhưngngườiĐức lại có cách nhìn thực tế vàthực dụnghơn,họ sớm thiết lậpnhiều công ty cungcấp côngnghệ laze, nhờ đó chiếm đến40% thị phần mặthàng này trên thị trường thế giới, hàngnăm sản xuất ra tới 600 máy laze đáp ứng mọi nhu cầu của nền côngnghiệp củanước mình và theo đơnđặt hàng của nhiều nước. Đặcbiệt, có các máy giacôngsử dụng côngnghệ laze thíchhợp cho những doanh nghiệp vừa và nhỏ. Những hãng ôtô nổi tiếngnhư BMWhoặc Peugeotdùng laze vào cácrôbốtđể đảm trách các công đoạn: lắp ráp, hàn, sơn nhữngthao tác của rôbốt trở nên cực kỳ chính xác,nhanhvà tiện lợi . Để phục vụ cho các công trìnhcôngnghiệp như nhà máyđiện, những khu vực nhậy cảm,những hệ thống viễn thông, người Pháp đã thiết lập hệ thống thulôi bằng laze tại SaintPrivat– d’Allier.Đó là vùng thường xẩy ra dông – sétvề mùa hè. Hệ thống này hợpthành“hàng rào” bảo vệ.Những chùm tia lazeđược chiếu thẳngvào lúc khởi đầu tia chớp có tác dụng như một ống máng để dồn sét vàonơi người định sẵn. * Tronglĩnh vực công nghiệp nhẹ, thương mạivà viễnthông, laze được ứng dụng vào các công đoạn cắt vải đạt độ chính xác cao, rà soát mã số sản phẩmcông nghiệp, báo giá các mặt hàngcho người thungân lưu giữ vào máy, để pháthiện tiền giả, để inbaobì sảnphảm cóđộ nét cao, để đánh dấu nhữngsợi cable nhỏ nhất trong côngnghiệp điện tử, hayvẽ đườngnét (theo thiết kế) lên những vi mạch laze cũng được dùng rộng rãi trong ngành viễn thông vínhư người Pháp và Mỹ đã lập mạng liên lạc đường dài với nhau từ năm 1988, bằnghệ thống liên lạc hồng ngoại laze nhờ sợi cáp quang dài chừng150 ngànkm vượtqua biển Đại Tây Dương.Như vậy, tia laze đã được thuvào một sợi cáp quang rất mảnh (nhỏ hơn sợi tóc) và đượcđiều khiển bởi mộthệ thống phứctạp. Loại dây dẫn này có khả năng chứanhiều thông tinhơn các loại dâydẫn khácnhiều lần.Chỉ khoảng 4 sợi lắp trong hệ thống xuyên đại dương có thể chuyển 40 ngàn cuộcnói chuyện cùng một lúc. (Để đối chiếu, ta hãy nhớ lại rằng, hệ thống cápxuyên Thái Bình Dương làm năm 1957 bằng dây đồngchỉ chuyển được90 cuộcđiện đàmcùngmột lúc). Việt Namcũng đã thamgia vàohệ thống cáp quanghiện đại này (trong chương trìnhSea-Me-Wezgồm 32 nước tham gia). Hệ thốngnày, ngoài việc phụcvụ điện tín, fax, điện thoại nó cònhỗ trợ đắclực cho hệ thống Internet trên toàncầu. 2/- Lazephục vụ sức khoẻ và cuôcsống văn hoá, tinh thần chocon người: Ngườita có thể sử dụngcác nguồn lazevới công suất khác nhau, vì rất thuận tiện trong việc sử dụng vào nhiều lĩnhvực khácnhau của cuộc sống.Ví như Trongy học, ngườita sớm dùng laze như một giao mổ, kết hợpvới nộisoi nên tăng thêmsự chínhxác khi điều trị bằng phẫu thuật u bướulành tínhcũngnhư ác tính trong nội tạng của bệnh nhân.laze kết nối với máy tính có thể phẫu thuậtmắt, hoặc phẫu thuật thần kinh,tai mũi họng, hoặc khai thôngnhững mạch máubị tắc chínhxác và hiệu quả. Cóthể dùngtia laze để đốt những vết sắc tố ngoài da, tẩy vết săm, hoặc tẩymụn Trongvăn hoá,nghệ thuật, thể thao, nhờ độ phân giải cao, laze đã nhanh chóng xâm nhập vào đĩa compactvà vidéo. Trong trườnghợp này ngườita dùngnhiều đến laze xanh vì sovới Laserđỏ thì laze xanhcó thể đọcđược nhiều tin hơn trên cùng một không gian ghi. Để chứa mộtcuốn phim vidéothời lượng2 giờ, nếu dùng laze xanhchỉ cần nén vào một đĩa CD là đủ,nhưng nếu dùng lazeđỏ phải cần đến 3 đĩa CD mới chứa hết. Ngàynay trongcác buổi trình diễn nghệ thuật, thể thao, trong công viên nước,trong vũ trường không thể thiếu nhữngánh sángkỳ diệunhiều mầu sắc: xanh, đỏ,hồng, vàng, cam,tím của laze(xemhình-2)v v 3/- Laser dùng trong quân sự : Từ khi laze rađời, một thế hệ vũ khí mới xuất hiện, chúng rất nguy hiểm cho loàingười, chỉ với những gì đã biết dưới đây đã nói lên điều đó: * Thời chiến tranh lạnh, người Nga đã có cơ sở nghiên cứu vũ khí lazerấtsớm ở Smoliachkov (gầnSt. Petersburg), chínhhọ đã nêu lên nhiều ý tưởng vũ khí laze hiện đại.Nhưngtừ 1990 trở lạiđây, khả năng tài chínhkhông cho phép, do vậy người Nga chỉ thực hiênđược mộtphầntham vọngcủa mình. Mặtkhác họ rất kín đáo về lĩnh vực lazetrong quốc phòng. Người có công lớn trong lĩnh vực mới này là Viện sĩ Fedo Bunkin.Ông đã được nhà nước trao giải thưởng về những ứng dụng quan trọng này. * Còn người Mỹ, người Pháp đã vàđang thànhlập nhà máy lazesiêu mạnh, để phục vụ cho công nghiệp, kỹ nghệ vũ trụ Viện Nghiên cứu Lawrence Livermore NationalLaboratory ở California (Mỹ) đã lắp đặt một máy lazethuộc loại lớn nhất thế giới, siêu mạnh và siêuhiện đại trên diện tích rộng bằng 2 sân bóng đá,với giá 1,8 tỷ USD. Nhưng giới thạotin thì cho rằng: nó để tạo thành nguồn điện như dòng điện xuất hiện trong quátrinh phảnứng nhiệt hạch trên mặt trời để từ đó quan sát quá trìnhphảnứng hạt nhân của hydro phụcvụ việcchế tạo và hoànthiện bom kinh phí có sứcphá huỷ khủng khiếp. Cũng phải nói thêmrằng: Máy laze dù lớn hay bé,đều có chungmộtnguyênlý tạo thành giốngnhau, chỉ khác ở kích cỡ,công suất nănglượngcho đầu vào và phải giải quyết khâu làm lạnh chotất cả hệ thống, để làm lạnh, thườngphải nhờ vào nitơ lỏng. Còn máy laze củangười Pháp đượcđặt ở Bordeaux, chủ yếu dưới ngầm, được đầu tư 1,5 tỷ USD. Theo họ, đó là để kích thích quá trìnhgây nổ trong việc thử bom khinhkhí. Công việc trênsẽ được hoàn thành vào năm 2005. Kể từ năm 1999, hãng Boeingcủa Mỹ đã sảnxuất và đã thử nghiệm bước đầu loại máy baycó trangbị vũ khílaze. Trên đó có buồng chứa 6 máy laze hoáhọc và hệ thống ống teleđường kính1,8m để hội tụ và hướngtia laze vào mục tiêu. Máy laze này được coilà một thứ súng, nhưng tínhnăng của súng này phụ thuộc vào khí quyển. Được biết,nếu súngnày ở tầm cao 11ngàn km(tức là nơi khôngcònkhí quyển nữa) thì tầm hiệu dụng củasúng là 300km. Nếuvượt quátầm này thì tia laze không đủ sức làm nóng chảy kimloại, nghĩa là không sát thương được mục tiêu. * Súng Laser dùngcho bộ binh thường hướngvào:làm thế nào vô hiệuhoá được chiến binh của đối phương, cản trở sự triển khai vũ khí và phươngtiện chiến tranh của đối phương.Ví dụ, ta biết rằng, hệ tiêu hoá của chúng ta luôn có tần số tự nhiênkhoảng dưới 10 hertz.Do vậy vào những năm sau1960, người Mỹ đã chế tạo ra “súng âm thanhtrầm” cótầnsố tươngứng như vậy. Khi súnghướng vào bụng, dạ dầy của đối phươngtạo ra sự cộng hưởng với biên độ tăngdần, làmcho đối phươngbuồnnôn kèm theo chóng mặt, hoa mắt mà không sao cưỡng lại được. Ngườitrúng loại “đạn âmthanh” đó tức khắcbị loại ra khỏicuộc chiến. Cũngnhư vậy, người ta đã dùng sóngradioxấp xỉ với sóngcủa não người để gây rối loạn đầu óc củađối phương.Những loại súngnày thường gọn nhẹ (chỉ bằng cây bútchì). Có khi dùngtia lazelàm mù mắt của đối phương Ngườita dùnglaze để chế tạo ra súngphunnhựa (lanceglu)phun vào đối phương, ngay tức khắcngười bị dính nhựa không cựa quây được (giốngnhư mạng nhện bao bọclấy con ruồi), đến mức khôngthể sử dụng súng để chốngtrả được nữa, chỉ chờ được cứu, hoặc chờ bị bắt. Vẫn biết rằng,khôngthiếu gì dungmôi hoà tan nhựa, nhưng hoà tan đượcnhựa thì cũng hoà tan cả tế bào da,nên lại bị bỏng nặng. Hoặc có khi bơmvào đối phương “những bọt dầu nhớt”như bọt xà phòng. làm đối phươngkhông nghethấygì v.v * Ngoài ra, laze còn dùng để đo khoảng cáchcác mục tiêu quân sự , biết được thời gian đi và về của tia sáng ta dễ dàngtính ra đượckhoảng cách. Bằngcáchnày, các nhà khoahọc đã dùng laze để đo khoảng cách từ trái đất tới mặt trăng một cách chínhxác. Như trong cuộc chiến ở Irắc vừa qua,ngườiMỹ dùng laze để điều khiển các tên lửa vàkích cho nó nổ khi đã đến mụctiêu v.v Quađây ta thấy, laze dùng trong quân sự làkhá nguyhiểm. Nếu những nghiên cứu của cácnước giầu nêu trênthànhcông thì trở thành mối lo ngại choloàingười. Cũng phải nói thêmrằng, kể từ năm 1997,Bộ quốc phòngMỹ ngangnhiên xemxét đạo luật “coi khoảng không gian gần trái đất là vùng quyền lợi củanước Mỹ” (!) Một mặt, họ đẩy nhanhviệc phóngvệ tinh lên đây vàdự kiếnđến 2010 sẽ có 1.700 vệ tinh trên đó là của người Mỹ. Mặt khác,họ tăng cường vũ khí lazeở trên vùng này để bảo vệ “quyền lợi” của họ Vậy màvũ khí lazevẫnkhông có một tổ chức nào, mộtcơ chế nào củacộng đồngquốc tế để kiểm soát chúng.Phải chăng đó là một tai hoạ khủng khiếp vẫn còn được che đậy?./. . Phát triển của laser (laze) và những ứng dụng quan trọng Ngày nay Laser hiện diện ở nhiều nơi, nhưng khách quan mà nói, chúng ta hiểu về nó còn rất hạn chế. Laser phát triển mạnh vào những. thêm: Laser là gì ? Laserxuất hiện như thế nào ? những chặngđường pháttriển của nó ? những tính chất gì của Laser được ứng dụngvào trong đời sống ? Hy vọng bài viết này phần nào làmsáng tỏ thêmnhững. cácnhà quân sự tận dụngtriệt để.Người ta dự đoán, cùng với bándẫn, lazesẽ là một trongnhững lĩnh vực khoahọc và công nghệ quantrọng vào bậc nhất của thế kỷ XXI ;Những ng dụngdưới đây của laze cho chúng