Tác dụng của tia Laser

Có rất ít những sáng tạo trong thế kỷ qua có thể “bì” được với tia laser xét về mức độ hữu ích khi đem ra ứng dụng trong cuộc sống. Nếu nhìn ở góc độ thí nghiệm, dường như không có giới hạn cụ thể nào về khả năng phục vụ của laser.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tác dụng của tia Laser Tác dụng của tia Laser Có rất ít những sáng tạo trong thế kỷ qua có thể “bì” được với tia laserxét về mức độ hữu ích khi đem ra ứng dụng trong cuộc sống. Nếu nhìn ở gócđộ thí nghiệm, dường như không có giới hạn cụ thể nào về khả năng phục vụcủa laser. Chỉ vài năm sau khi tia laser được phát minh, những đồng nghiệp củaCharles Townes- tác giả phát minh, thường trêu đùa ông vì “sự lạc lõng” của tialaser với cuộc sống. Một vài người còn không ngần ngại tuyên bố laser là “một giảipháp sẽ khơi mào cho những phiền toái mới”. Tuy nhiên, tiến sĩ Townes (ngườisau này được trao giải Nobel) vẫn kiên trì với lý tưởng của mình. Thực tế đã chứngminh ông đúng.Trong vòng 4 thập kỷ, công nghệ laser đã biến đổi từ một khái niệm mơ hồ trongphòng thí nghiệm trở thành một công nghệ phổ biến, được ứng dụng trong nhiềulĩnh vực của cuộc sống. Tia laser hiện có mặt ở khắp mọi nơi - từ những đầu đọcđĩa DVD cho tới các mạng điện thoại liên lạc, hệ thống vũ khí dành cho mục tiêuquân sự…. Tia laser có thể hướng đạo cho tên lửa, điều hướng các thiết bị hầm mỏvà cho phép các nhà thiên văn học có được những bức ảnh sắc nét hơn về bầu trời.Tia laser cũng trực tiếp đảm đương nhiều tác vụ tầm thường khác như in ấn vănphòng, gọt tỉa tóc tai v.v& Đương nhiên, ngay cả nhà phát minh cũng không thểtiên đoán hết tác dụng công nghệ họ đang nghiên cứu từ những thập kỷ 50.Người đầu tiên dự báo về công nghệ laser không phải là Townes mà là AlbertEinstein. Năm 1917, nhà vật lý vĩ đại tuyên bố nguyên lý một nguyên tử có thể phátra một gói năng lượng (photon) theo một phương thức được kiểm soát thông quaquá trình kích thích phát xạ (“stimulated emission”). Vấn đề đặt ra là làm saonguyên lý này có thể thực hiện được trên thực tế?… Loé sángTheo tiến sĩ Townes, ý tưởng bất chợt đến khi ông đang ngồi trong công viênFranklin (Washington, Mỹ) vào một buổi sáng mùa xuân. Ngay lập tức ông chộp lấymảnh giấy trong túi áo của mình và ghi lại những gì vừa xuất hiện trong đầu. Rấtmay là tôi đã có một mẩu giấy bên mình. Đây là phong bì thư đã cũ với những dòngchữ nguệch ngoạc của một vị bác sĩ mà trước đó tôi đã ghé thăm, Townes thuậtlại.Xét về bản chất, tia laser hoạt động dựa trên một chuỗi phản ứng trong đó photonthuộc một bước sóng nhất định kích thích các nguyên tử khác “nhả” ra nhữngphoton tương tự. Để đảm bảo sự hoạt động trơn tru của chuỗi này, cần tới nhữngvật liệu thích hợp (gọi là chất trung gian- gain medium) có thể là chất rắn, lỏnghoặc khí. Khởi đầu, chất trung gian sẽ được kích thích nhờ va chạm (bump) bởimột chùm sáng hoặc dòng điện. Động thái này kích thích nguyên tử trong chấttrung gian, làm một số nguyên tử nhả photon thuộc một bước sóng cụ thể. Khiphoton va chạm vào một nguyên tử khác ở trạng thái bị kích thích có thể khiếnnguyên tử này sản sinh ra một photon giống hệt - quá trình được gọi là sự phát xạdo kích thích. Quá trình liên tục được lặp lại (liên tiếp có photon mới sản sinh) vàchất trung gian đóng vai trò khuếch đại chùm sáng. Cũng từ đây, laser được đặt têncho công nghệ (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation- phóngđại nguồn sáng bằng việc bức xạ do kích thích).Tia laser có một vài thuộc tính khá đặc biệt. ánh sáng này là đơn sắc bởi chúngđược tạo ra bởi cùng các photon giống nhau và cùng bước sóng. Bản thân bướcsóng cũng quy định màu sắc của ánh sáng. Ngoài ra, tia laser cũng khá “nhất quán”về biên độ, bước sóng. Cũng chính từ đặc tính này mà chùm sáng laser thường rất“chặt” và tập trung, không phân tán.Tiến sĩ Townes, phụ trách phòng thí nghiệm bức xạ thuộc Đại học Columbia (NewYork), đã áp dụng ý tưởng của mình để tạo ra các chùm bức xạ vi sóng vô hình sửdụng chất trung gian là a-mô-ni-ắc. Đồng nghiệp của Townes gọi thiết bị là maser(microwave amplification by stimulated emission of radiation- tạm dịch: khuếchđại vi sóng thông qua kích thích bức xạ). Maser đầu tiên không có khả năng phát racác chùm bức xạ liên tiếp và người tìm ra giải pháp khắc phục vấn đề này là cácnhà khoa học Nga, Nikolai Basov và Aleksandr Prokhorov. Năm 1964, hai nhà khoahọc này vinh dự nhận giải Nobel cùng với tiến sĩ Townes.Ngay sau sự ra đời của maser, câu hỏi lớn là liệu công nghệ này có được áp dụngđể tạo ra các chùm sáng hữu hình (visible). Tiếp tục hành trình, tiến sĩ Townescùng em rể Arthur Schawlow (làm việc cho phòng thí nghiệm danh tiếng Bell) đãđặt nền tảng lý thuyết cho một “maser quang học” trên tạp chí Physical Reviewxuất bản năm 1958. Đặc biệt, họ có ý tưởng đặt gương ở hai đầu chất trung gian,nhờ đó các photon có thể bật qua bật lại, tăng hiệu năng của laser. Tuy nhiên, ýtưởng quan trọng quyết định tính khả dụng của laser hữu hình chỉ xuất hiện vàonăm 1957 và người tình cờ nắm bắt được ý tưởng này là Gordon Gould- nghiêncứu sinh của Đại học Columbia (học trò của tiến sĩ Townes). Ngay sau khi tia chớpsáng tạo vụt qua, Gould đã viết đầy 6 trang giấy về chi tiết phương thức hoạt độngcủa thiết bị. Trong ghi chép của mình, Gould cũng là người đầu tiên sử dụng thuậtngữ laser (trong khi tiến sĩ Townes vẫn gọi là maser quang học). Sau khi phác thảohết ý tưởng, Gould lập tức tới phòng công chứng địa phương để công chứng bảnthảo. Tuy nhiên, ông đã sai lầm khi không đăng ký bản quyền. Gould đã tỏ ra nôngcạn khicớngh tới chuyện xây dựng một mẫu thiết bị (prototype) trước khi đăngký bản quyền.Trong cuộc chiến bản quyền kéo dài suốt 30 năm sau đó, tiến sĩ Gould đã tuyên bốở rất nhiều hội thảo rằng Townes đã đánh cắp ý tưởng của mình. Bản thân ôngcũng cho rằng mình nhìn thấy tiềm năng thực sự của tia laser trong các ứng dụngthực tế- vốn được mô tả khá sơ sài trong bằng sáng chế dành cho Townes vàSchawlow. Trong những năm 70 và 80, Gould đã giành chiến thắng trong một vài“cuộc chiến pháp lý”, sở hữu được một số bản quyền liên quan tới laser. Thời điểmđó, chắc chắn đã có nhiều người ngạc nhiên vì cả Townes và Schawlow đều khôngphải là người đầu t ...