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?./.