Lý 12 Bài 34: Sơ lược về laze

a. Laze là gì?

Laze là một nguồn sáng phát ra một chùm sáng cường độ lớn dựa trên việc ứng dụng hiện tượng phát xạ cảm ứng.

b. Sự phát xạ cảm ứng

• Năm 1917, Anhxtanh nghiên cứu lý thuyết phát xạ.

• Sự phát xạ cảm ứng: Nếu một nguyên tử đang ở trong trạng thái kích thích, sẵn sàng phát ra một phôtôn có năng lượng \(\varepsilon =h.f\), bắt gặp một phôtôn có năng lượng ε’ đúng bằng \(h.f\)  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 ε hoàn toàn cùng pha và dao động trong một mặt phẵng song song với mặt phẳng dao động của sóng điện từ ứng với phôtôn ε’.

• Như vậy, nếu có một phôtôn ban đầu bay qua một loạt các nguyên tử đang ở trong trạng thái kích thích thì số phôtôn sẽ tăng lên theo cấp số nhân.

c. Cấu tạo của laze rubi

• Laze rubi gồm một thanh rubi hình trụ. Hai mặt được mài nhẵn vuông góc với trục của thanh. Mặt (1) được mạ bạc trở thành gương phẵng (G1) có mặt phản xạ quay vào phía trong. Mặt (2) là mặt bán mạ, tức là mạ một lớp mỏng để cho khoảng 50% cường độ chùm sáng chiếu tới bị phản xạ, còn khoảng 50% truyền qua. Mặt này trở thành gương phẳng (G2) có mặt phản xạ quay về phia G1. Hai gương G1 và G2 song song với nhau.

• Dùng 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 hai gương thì ánh sáng sẽ phản xạ đi phản xạ lại nhiều lần giữa hai gương và sẽ làm cho một loạt ion crôm phát xạ cảm ứng. Anh sáng sẽ được khuếch đại lên nhiều lần. Chùm tia laze được lấy ra từ gương bán mạ G2.

• Tia laze có ưu thế đặc biệt trong thông tin liên lạc vô tuyến (như truyền thông thông tin bằng cáp quang, vô tuyến định vị, điều khiển con tàu vũ trụ, ...)

• Tia laze được dùng như dao mổ trong phẩu thuật mắt, để chữa một số bệnh ngoài da (nhờ tác dụng nhiệt), ...

• Tia laze được dùng trong các đầu đọc đĩa CD, bút chỉ bảng, chỉ bản đồ, dùng trong các thí nghiệm quang học ở trường phổ thông, ...

• Ngoài ra tia laze còn được dùng để khoan, cắt, tôi, ... chính xác các vật liệu trong công nghiệp.

 Dùng laze CO₂ có công suất P = 10 W để làm dao mổ. Khi tia laze được chiếu vào vị trí cần mổ sẽ làm cho nước ở phần mô chỗ đó bốc hơi và mô bị cắt. Biết chùm laze có bán kính r = 0,1 mm và di chuyển với vận tốc v = 0,5cm/s trên bề mặt của mô mềm. Biết thể tích nước bốc hơi trong 1 s là 3,5 mm³. Chiều sâu cực đại của vết cắt là:

A. 1 mm.        B. 2 mm.

C. 3,5 mm.      D. 4 mm.

Hướng dẫn giải

Chiều sâu cực đại của vết cắt là:

\(h = \frac{V}{S} = \frac{V}{{2{\rm{r}}vt}} = \frac{{3,5}}{{2.0,1.0,5.10}} = 3,5\,mm \)

⇒ Chọn đáp án C

Hướng dẫn giải

Ta có:

\(\begin{array}{l} \left\{ \begin{array}{l} {P_A} = {n_A}.\frac{{hc}}{{{\lambda _A}}} \Rightarrow {n_A} = \frac{{{P_A}{\lambda _A}}}{{hc}}\\ {P_B} = {n_B}.\frac{{hc}}{{{\lambda _B}}} \Rightarrow {n_B} = \frac{{{P_B}{\lambda _B}}}{{hc}} \end{array} \right.\\ \Rightarrow \frac{{{n_B}}}{{{n_A}}} = \frac{{{P_B}{\lambda _B}}}{{{P_A}{\lambda _A}}} = \frac{{0,6.0,6}}{{0,8.0,45}} = 1 \end{array} \)

Vậy: Tỉ số giữa số phôtôn của laze B và số phôtôn của laze A phát ra trong mỗi giây là 1.

Câu 1: Cho nguồn laze phát ra chùm bức xạ có bước sóng 0,45µm với công suất 1,2W. Trong mỗi giây, số photon do chùm sáng phát ra là bao nhiêu?

Câu 2: Người ta dùng một laze hoạt động dưới chế độ liên tục để khoan một tấm thép. Công suất của chùm laze là P = 10 W. Đường kính của chùm sáng là d = 1 mm, bề dày của tấm thep h = 1 mm. Nhiệt độ ban đầu là t₁=30^oC. Biết: Khối lượng riêng của thép , ρ=7800 kg/m³; nhiệt dung riêng của thép là c = 448 J/kg.K ; nhiệt nóng chảy riêng của thép λ = 270 kJ/kg ; điểm nóng chảy của thép t₂=1535^oC. Thời gian khoan thép là bao nhiêu?

Câu 3: Người ta dùng một laze CO₂ có công suất 8 W để làm dao mổ. Tia laze chiếu vào chỗ nào sẽ làm cho nước của phần mô ở chỗ dod bốc hơi và mô bị cắt. Biết nhiệt dung riêng, khối lượng riêng và nhiệt hóa hơi của nước là: c= 4,18 kJ/kg.K, ρ=10³ kg/m³, L = 2260 kJ/kg, nhiệt độ ban đầu của nước là 37^oC. Thể tích nước mà tia laze làm bốc hơi trong 1s là bao nhiêu?

Câu 4: Một laze có công suất 10 W làm bốc hơi một lượng nước ở 30°C. Biết rằng nhiệt dung riêng của nước là c = 4,18 kJ/kg.độ, nhiệt hóa hơi của nước L = 2260kJ/kg, khối lượng riêng của nước D = 1000kg/m3. Thể tích nước bốc hơi được trong khoảng thời gian 1s là bao nhiêu?

Câu 5: Laze A phát ra chùm bức xạ có bước sóng 0,45 μm với công suất 0,8W. Laze B phát ra chùm bức xạ có bước sóng 0,60 μm với công suất 0,6 W. Tỉ số giữa số phôtôn của laze B và số phôtôn của laze A phát ra trong mỗi giây là bao nhiêu?

Câu 1: Người ta dùng một laze hoạt động dưới chế độ liên tục để khoan một tấm thép. Công suất của chùm laze là P = 10 W. Đường kính của một chùm sáng là d = 1 mm. Bề dày của tấm thép là e = 2 mm. Nhiệt độ ban đầu là t₀ = 30°C. Khối lượng riêng của thép: ρ = 7 800 kg/m³. Nhiệt dung riêng của thép: c = 448 J/kg.độ. Nhiệt nóng chảy riêng của thép: λ = 270 kJ/kg. Điểm nóng chảy của thép: Tc = 1 535°C. Bỏ qua mọi hao phí. Tính thời gian khoan thép.

A. 2,16 s      B. 1,16 s

C. 1,18 s      D. 1,26 s

Câu 2: Tìm phát biểu sai. Các loại laze thông thường đã được sản xuất là

A. laze rắn        B. laze khí

C. laze lỏng        D. laze bán dẫn

Câu 3: Hiệu suất của một laze:

A lớn hơn 100%        B. nhỏ hơn 100%

C. bằng 100%        D. rất lơn so với 100%

Câu 4: Tìm phát biểu sai về tia laze:

A. tia laze có tính định hướng cao

B. tia laze bị tán sắc khi qua lăng kính

C. tia laze là chùm sáng kết hợp

D. tia laze có cường độ lớn

Câu 5: Tia laze không có đặc điểm:

A. độ định hướng cao

B. độ đơn sắc cao

C. cường độ lớn

D. công suất trung bình có giá trị lớn

Qua bài giảng Sơ lược về laze này, các em cần hoàn thành 1 số mục tiêu mà bài đưa ra như :  

• Trả lời được câu hỏi: Laze là gì và nêu được những đặc điểm của chùm sáng do laze phát ra.

• Trình bày được hiện tượng phát xạ cảm ứng.

• Nêu được một vài ứng dụng của laze.