A. KIẾN THỨC TRỌNG TÂM I. Laze là gì? Laze là một nguồn sáng phát ra ánh sáng có cường độ lớn dựa trên hiện tượng phát xạ cảm ứng. Tia sáng do laze phát ra được gọi là tia laze Về mặt cấu tạo, người ta chia laze ra làm 3 loại: Laze rắn, laze khí và laze bán dẫn. Bút chỉ bảng (phát ra ánh sáng đỏ) thường dùng thuộc loại laze bán dẫn. II. Hiện tượng phát xạ cảm ứng Nếu một nguyên tử đang ở trạng thái kích thích sẵn sàng phát ra một phôtôn có năng lượng ε mà bắt gặp một phôtôn có năng lượng ε ‘đúng bằng ε bay lướt qua thì ngay lập tức nguyên tử phát ra phôtôn có năng lượng ε đó. Nếu trong một khối chất có một số lượng lớn các nguyên tử đều đang ở trạng thái kích thích và sẵn sáng phát ra phôtôn có năng lượng ε mà có một phôtôn có năng lượng đúng bằng ε bay lướt qua thì tất cả các nguyên tử đó sẽ đồng loạt phát ra phôtôn ε. Các phôtôn này có cùng năng lượng phôtôn nên ánh sáng do laze phát ra có tính đơn sắc cao. Tất cả các phôtôn này được phát ra cùng lúc, bay cùng phương với phôtôn kích thích do đó chùm sáng do laze phát ra có tính định hướng cao. Ngoài ra, do được phát ra đồng thời nên mọi phôtôn trong chùm tia laze có cùng pha dao động. Ta nói "Tia laze có tính kết hợp cao". III. Đặc điểm của tia laze Có cường độ lớn. Có tính kết hợp cao. Có tính đơn sắc cao. Có tính định hướng cao. IV. Laze rubi 1. Cấu tạo: Laze rubi là một khối hình trụ bằng đá hồng ngọc (màu đỏ hồng) đặt bên trong một đèn xê-nôn. Hai mặt được mài nhẵn, vuông góc với trục của thanh. Mặt (1) được mạ bạc trở thành một gương phẳng (G1) có mặt phản xạ quay vào phía trong. Mặt (2) là mặt bán mạ, tức là mạ một lớp rất mỏng để cho khoảng 50% cường độ của chùm sáng chiếu tới bị phản xạ, còn khoảng 50% truyền qua. Mặt này trở thành một gương phẳng (G2) có mặt phản xạ quay về phía G1. Hai gương G1 và G2 song song với nhau. 2. Hoạt động Ánh sáng phát ra từ đèn xê-nôn kích thích cho các iôn crôm trong thanh rubi chuyển lên mức năng lượng cao. Sau đó, nếu có một phôtôn do một iôn crôm phát ra bay dọc theo trục của thanh thì chính nó sẽ gây ra sự phát xạ cảm ứng ở các iôn crôm khác. Kết quả là có một lượng lớn các phôtôn phát ra bay cùng hướng với phôtôn ban đầu. Do chùm phôtôn này bị phản xạ nhiều lần trong thanh rubi (nhờ hệ hai gương ở hai đầu thanh rubi) mà cường độ chùm phôtôn sẽ tăng lên rất nhiều. V. Ứng dụng của laze Ngày nay, laze có rất nhiều ứng dụng: Dùng để đo khoảng cách, ví dụ như để đo khoảng cách chính xác từ Trái Đất đến Mặt Trăng, trong biểu diễn nghệ thuật, để khoan cắt các lỗ nhỏ trên các bề mặt kim loại, trong các phẫu thuật tinh vi, dùng là đầu đọc đĩa CD, làm bút chỉ bảng, trong thông tin bằng cáp quang. B. BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI Câu 1 trang 173 SGK Vật lí 12. Laze là gì? Laze là máy khuếch đại ánh sáng dựa vào sự phát xạ cảm ứng. Câu 2 trang 173 SGK Vật lí 12. Các đặc điểm của tia laze: có - tính đơn sắc - tính định hướng - tính kết hợp - có cường độ lớn Câu 3 trang 173 SGK Vật lí 12. Năm 1917, khi nghiên cứu lí thuyết phát xạ, Anh-xtanh đã chứng minh rằng: ngoài hiện tượng phát xạ tự phát còn có hiện tượng phát xạ mà ông gọi là phát xạ cảm ứng. Hiện tượng đó như sau: Nếu một nguyên tử đang ở trong trạng thái kích thích, sẵn sàng phát ra một phôtôn có năng lượng ε = hf, bắt gặp một phôtôn có năng lượng ε’ đúng bằng hf, bay lướt qua nó, thì lập tức nguyên tử này cũng phát ra phôtôn ε. Phôtôn ε có cùng năng lượng và bay cùng phương với phôtôn ε’. Ngoài ra, sóng điện từ ứng với phôtôn e hoàn toàn cùng pha với sóng điện từ ứng với phôtôn ε’ (H.49.2). Như vậy, nếu có một phôtôn ban đầu bay qua một loạt nguyên tử đang ở trạng thái kích thích thì số phôtôn sẽ tăng lên theo cấp số nhân (H.46.3). Các phôtôn này có cùng năng lượng (ứng với sóng điện từ có cùng bước sóng; do đó tính đơn sắc của chùm sáng rất cao); chúng bay theo cùng một phương (tính định hướng của chùm sáng rất cao); tất cả các sóng điện từ trong chùm sáng do các nguyên tử phát ra điều cùng pha (tính kết hợp của chùm sáng rất cao). Ngoài ra, vì số phôtôn bay theo cùng một hướng rất lớn nên cường độ của chùm sáng có cường độ rất mạnh. Câu 4 trang 173 SGK Vật lí 12. Laze này gồm một thanh rubi hình trụ có chiều dài thỏa mãn hệ thức. Hai mặt được mài nhẳn, vuông góc với trục của thanh. Mặt (3) được mạ bạc; mặt (4) là mặt bán mạ. Một bóng đèn xeon (2) được quấn quanh thanh rubi. Khi laze hoạt động thì thanh rubi sẽ rất nóng, nên người ta phải gắn nó vào những cánh tỏa nhiệt (5). Tuy vậy, laze rubi cũng chỉ hoạt động ở chế độ xung, lúc phát, lúc nghỉ. Bài 5 trang 173 sgk vật lí 12. Có những loại laze gì? Hướng dẫn. Có ba loại laze chính xác là laze khí, laze rắn và laze bán dẫn. Bài 6 trang 173 sgk vật lí 12. Trình bày một vài ứng dụng của laze. Hướng dẫn. - Ứng dụng của laze: - Trong y học: chữa một số bệnh ngoài da. - Trong công nghiệp: để cắt, khoan kim loại. - Trong trắc địa: để đo khoảng cách, ngắm đường thẳng. - Dùng trong các đầu lọc đĩa CD, bút chỉ bảng. Bài 7 trang 173 sgk vật lí 12. Hãy chọn câu đúng. Chùm sáng do laze rubi phát ra có màu gì? A. Trắng B. Xanh. C. Đỏ. D. Vàng. Hướng dẫn. Đáp án: C. Bài 8 trang 173 sgk vật lí 12. Tia laze không có đặc điểm nào dưới đây? A. Độ đơn sắc. B. Độ định hướng. C. Cường độ lớn. D. Công suất lớn. Hướng dẫn. Đáp án: D. Bài 9 trang 173 sgk vật lí 12. Bút laze mà người ta thường dùng để chỉ bảng thuộc loại laze nào? A. Khí. B. Lỏng. C. Rắn. D. Bán dẫn. Hướng dẫn. Đáp án: D.
