TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƯ PHẠM

TÌM HIỂU MỘT SỐ
ỨNG DỤNG CỦA LASER TRONG KHÔNG GIAN

Luận văn Tốt nghiệp
Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÍ – CÔNG NGHỆ

GV hướng dẫn:

ThS. Lê Văn Nhạn

Sinh viên:

Trương Thị Ngọc Diễm
Lớp: SP. Vật Lí- Công Nghệ
Mã số SV: 1080313

Cần Thơ, 2011


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian thực hiện đề tài luận văn tôi đã gặp không ít khó
khăn , có lúc tưởng chừng không vượt qua nổi nhưng chính nhờ sự giúp đỡ
của thầy cô, bạn bè và sự ủng hộ nhiệt tình từ phía gia đình về mặt tinh thần
cũng như vật chất nên đến nay tôi đã hoàn thành đề tài.
Đầu tiên tôi xin gửi lời cám ơn đến tất cả thầy cô trong khoa Sư Phạm
Trường Đại học Cần Thơ đã truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm hết sức
qúy báu để tôi cũng như các bạn sinh viên hoàn thành khóa học của mình.
Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn đến thầy Lê Văn Nhạn – cán bộ hướng

dẫn đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu đề tài luận
văn này.
Xin gửi lời cám ơn đến tất cả các bạn lớp sư phạm Vật Lí – Công
Nghệ khóa 34, nhất là các bạn làm luận văn đợt này đã luôn sát cánh bên tôi
để cùng nhau vượt qua khó khăn, trở ngại trong suốt quá trình học tập và
nghiên cứu đề tài này.
Cuối cùng con xin ghi lòng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ, gia đình, những
người đã luôn yêu thương và cho con niềm tin, động lực để con vững bước
vượt qua mọi khó khăn trong quá trình học tập và đến khi hoàn tất luận văn
này.
Kính chúc tất cả sức khỏe, thành công và hạnh phúc trong cuộc sống.

Cần Thơ, ngày ....tháng…. năm 2012
Sinh viên thực hiện

Trương Thị Ngọc Diễm


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU…………………………………………………………………………….. 1
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI……………………………………………………… 1
2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI…………………………………………………... 1
3. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU………………………………………………….2
4. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU………………………………………………. 2
5. PHẠM VI NGHIÊN CỨU……………………………………………………2
6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU…………………………………………… 2
NỘI DUNG………………………………………………………………………….. 3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LASER.................................................................... 3
1.1 Khái niệm…………………………………………………………………3
1.2 Lịch sử nghiên cứu laser…………………………………………………. 3

1.3 Phân loại laser……………………………………………………………. 4
1.3.1 Laser chất rắn……………………………………………………………… 4
1.3.2 Laser chất khí……………………………………………………………… 4
1.3.3 Laser chất lỏng…………………………………………………………….. 4
1.4 Cơ chế phát laser………………………………………………………… 4
1.5 Cấu tạo máy phát laser………………………………………………….. 5
1.6 Đặc điểm của chùm tia laser…………………………………………….. 6
1.6.1 Tính chất vật lý…………………………………………………………….. 6
1.6.2 Tính chất sinh học………………………………………………………… 8
1.7 Chế độ hoạt động của laser……………………………………………… 9
1.7.1 Chế độ phát liên tục………………………………………………………. 9
1.7.2 Chế độ phát xung…………………………………………………………... 9
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ LASER ...................................................... 10
2.1 Quá trình hấp thụ, phát xạ tự phát và phát xạ cưỡng bức theo quan điểm
lượng tử……………………………………………………………………... 10
2.1.1 Quá trình hấp thụ……………………………………………………….. 11
2.1.2 Quá trình phát xạ tự phát………………………………………………. 12
2.1.3 Quá trình phát xạ cưỡng bức…………………………………………… 12
2.2 Hiện tượng khuếch đại………………………………………………… 14
2.3 Sự nghịch đảo mật độ…………………………………………………... 15
2.4 Ngưỡng phát……………………………………………………………. 16
CHƯƠNG 3: MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA LASER TRONG KHÔNG GIAN....... 17
3.1 Phóng tàu vũ trụ bằng tia laser…………………………………………. 17
3.1.1 Ý tưởng…………………………………………………………………… 17
3.1.2 Quá trình nghiên cứu……………………………………………………. 17
3.1.3 Cấu tạo của hệ thống…………………………………………………… 19
3.1.4 Nguyên tắc hoạt động……………………………………………………. 19
3.1.5 Ưu điểm…………………………………………………………………… 22
3.1.6 Các thử nghiệm gần đây………………………………………………… 22
3.1.7 Những vấn cần tiếp tục nghiên cứu……………………………………. 24

3.1.8 Triển vọng trong tương lai………………………………………………25
3.2 Tia laser giúp truyền tải năng lượng Mặt Trời từ vũ trụ về Trái Đất…… 25
3.2.1 Vai trò của nguồn năng lượng Mặt Trời……………………………… 25
3.2.2 Ý tưởng và những thử nghiệm về thu và truyền tải năng lượng Mặt
Trời từ vũ trụ về Trái Đất……………………………………………………… 27
3.2.3 Cấu tạo của hệ thống……………………………………………………. 30
3.2.4 Ưu điểm, nhược điểm…………………………………………………… 30

ii


3.2.5 Tầm quan trọng của phương pháp này……………………………….. 31
3.3 Giải quyết vấn đề rác vũ trụ…………………………………………… 32
3.3.1 Rác trên vũ trụ là gì?......................................................................... 32
3.3.2 Sự hình thành của rác vũ trụ…………………………………………… 33
3.3.3 Số lượng rác trên vũ trụ (những vật quan sát được)………………… 35
3.3.4 Mối nguy hại………………………………………………………………. 36
3.3.5 Các phương án giải quyết………………………………………………. 39
3.3.6 Bắn tia laser để giải quyết rác vũ trụ…………………………………. 42
3.4 Dùng tia laser lái chệch hướng thiên thạch……………………………... 42
3.4.1 Thiên thạch là gì?............................................................................. 42
3.4.2 Mối nguy hại từ thiên thạch……………………………………………. 43
3.4.3 Phát hiện và xác định đường bay của thiên thạch…………………… 44
3.4.4 Sử dụng tia laser để lái lệch hướng thiên thạch…………………….. 45
3.5 Đo khoảng cách Trái Đất - Mặt Trăng chính xác tới milimét…………...47
3.5.1 Nguyên tắc đo……………………………………………………………...47
3.5.2 Ứng dụng…………………………………………………………………. 49
3.6 Cầu nối laser giữa các vệ tinh…………………………………………... 49
3.6.1 Các thử nghiệm………………………………………………………….. 49
3.6.2 Ưu điểm…………………………………………………………………… 50

3.7 Một vài ứng dụng khác………………………………………………… 50
3.7.1 Nghiên cứu về thiên thể lạ trong vũ trụ (như sao nơtron)…………... 50
3.7.2 Nghiên cứu lõi của Trái Đất……………………………………………. 51
3.7.3 Sử dụng trong quan sát thiên văn………………………………………. 53
KẾT LUẬN………………………………………………………………………… 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………….. 59

iii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
RVT

: Rác vũ trụ

HKVT

: Hàng không vũ trụ

NASA

: Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ

UAH

: Đại học Alabama (Mỹ) tại Huntsville

JAXA

: Cơ quan thám hiểm vũ trụ Nhật


iv


MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật hiện đại bắt đầu giữa những năm 40
thế kỉ 20. Những phát minh trong khoa học - kĩ thuật cuối thế kỉ 19 đầu thế kỉ
20 là tiền đề của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật hiện đại này. Cuộc cách
mạng trong giai đoạn này chủ yếu về công nghệ. Việc áp dụng những công
nghệ hoàn toàn mới đã tạo điều kiện cho sản xuất phát triển theo chiều sâu,
giảm hẳn tiêu hao năng lượng và nguyên liệu, giảm tác hại cho môi trường,
nâng cao chất lượng sản phẩm và dịch vụ, thúc đẩy mạnh mẽ sự phát triển của
sản xuất. Một trong những đóng góp to lớn cho khoa học kỹ thuật của ngành
vật lý trong thế kỷ 20 là laser.
Laser là một nguồn phát ánh sáng có những ứng ngày càng nhiều trong
cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Nó là nguồn ánh sáng nhân tạo thu được
nhờ sự khuếch đại ánh sáng bằng bức xạ phát ra khi kích hoạt cao nồng độ các
phần tử của một môi trường vật chất tương ứng. Laser là ánh sáng có nhiều
tính chất đặc biệt hơn hẳn ánh sáng tự nhiên hay nhân tạo khác và có những
công dụng rất hữu ích có thể áp dụng trong rất nhiều lĩnh vực khoa học kỹ
thuật và đời sống, tạo nên cả một cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật sau khi
nó ra đời. Một trong những ứng dụng mới hiện nay được nhiều nhà khoa học
trên thế giới quan tâm nhất đó là ứng dụng của laser trong không gian. Với
hướng nghiên cứu mới này thì công nghệ laser sẽ mở ra cho con người những
hiểu biết về vũ trụ, đến với những nguồn năng lượng mới trong vũ trụ hứa hẹn
sẽ đáp ứng nhu cầu năng lượng toàn cầu trong vòng 20 năm tới, giải quyết vấn
đề rác vũ trụ, lái lệch hướng thiên thạch và nhiều vấn đề mang tính cấp bách
của thời đại. Đó là những lý do mà đề tài “Tìm hiểu một số ứng dụng của
laser trong không gian” cần được tiến hành nghiên cứu.


2. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài này được nghiên cứu với mục đích sau:
− Tìm hiểu một cách tổng quát về laser.
1


−

Những ứng dụng của laser vào trong không gian hiện nay đã đạt được
những kết quả gì?

−

Những hướng nghiên cứu mới về không gian sử dụng công nghệ laser
trong tương lai là gì?

3. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
Để hoàn thành tốt đề tài nhiệm vụ cụ thể được đặt ra là:
−

Nghiên cứu và nắm vững các cơ sở lý thuyết về laser.

−

Thu thập tài liệu từ sách báo và Internet.

−

Tổng hợp, phân tích, so sánh và khái quát hóa tài liệu thu thập được.


4. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
Để đạt được mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu như đã đề ra đối tượng
nghiên cứu cần xác định là:
−

Tổng quan về laser: khái niệm, lịch sử nghiên cứu laser, cơ chế phát laser,
cấu tạo của máy phát laser, đặc điểm của chùm tia laser.

−

Cơ sở lý thuyết về laser.

−

Ứng dụng của laser trong không gian.

5. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đề tài nghiên cứu một cách tổng quan về laser, cơ sở lý thuyết về laser,
và những ứng dụng của laser trong nghiên cứu thiên văn hiện nay và trong
tương lai.

6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
−

Thu thập tài liệu.

−

Tổng hợp, xử lý, khái quát, phân tích tài liệu thu được.


−

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết, cơ sở lý luận của đề tài.

2


NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LASER
1.1 Khái niệm
Laser là tên viết tắt của cụm từ Light Amplification by Stimulated
Emission of Radiation trong tiếng Anh, và có nghĩa là "khuếch đại ánh sáng
bằng phát xạ cưỡng bức". Cụm từ này nêu rõ những sự kiện chính của quá
trình sinh ra ánh sáng laser. Mô tả một cách đơn giản nhất hoạt động của laser
như sau: một nguồn năng lượng kích thích các nguyên tử trong môi trường
hoạt chất để phát ra một bước sóng ánh sáng đặc biệt. Ánh sáng sinh ra được
khuếch đại nhờ một hệ thống phản hồi quang học nó làm cho chùm sáng phản
xạ qua lại trong môi trường hoạt chất để làm tăng cường độ, độ định hướng và
đồng pha cho đến khi phát ra một chùm tia laser.
Vậy laser là một nguồn sáng phát ra một chùm sáng cường độ lớn dựa
trên việc ứng dụng hiện tượng phát xạ cảm ứng.
1.2 Lịch sử nghiên cứu laser
Năm 1900 Max Planck là người đầu tiên chứng minh rằng năng lượng
của sóng điện từ được diễn tả như những gói rời rạc gọi là lượng tử, có mức
năng lượng tương ứng với tần số của sóng. Năm 1905, Albert Einstein đã phát
triển giả thuyết của Planck lên một bước và đề xuất thuyết lượng tử ánh sáng.
Năm 1917, Albert Einstein đã đưa ra định đề về lý thuyết của phát xạ
cưỡng bức. Tạo nền tảng cho những nghiên cứu về laser sau này.
Dựa theo ấn bản của Townes và Schawlow năm 1958, Theodore

Maiman, làm việc tại trung tâm nghiên cứu Hughes, đã tạo ra máy laser đầu
tiên. Ông công bố kết quả đạt được này tại buổi họp báo tại New York City
vào tháng 7 năm 1960. Laser Ruby của Maiman phát ra các xung ánh sáng đỏ
kết hợp cường độ mạnh có bước sóng 694 nm, trong một chùm hẹp có mức độ
định hướng cao.

3


1.3 Phân loại laser
1.3.1 Laser chất rắn
Laser rắn có môi trường hoạt chất ở thể rắn. Có khoảng 200 chất rắn có
khả năng dùng làm môi trường hoạt chất laser. Một số loại laser chất rắn thông
dụng:
−

YAG-Neodym: hoạt chất là Yttrium Aluminium Garnet (YAG) cộng thêm
2-5% Neodym, có bước sóng 1060 nm thuộc phổ hồng ngoại gần. Có thể
phát liên tục tới 100W hoặc phát xung với tần số 1000-10000 Hz.

−

Hồng ngọc (Rubi): hoạt chất là tinh thể Alluminium có gắn những ion
chrom, có bước sóng 694,3 nm thuộc vùng đỏ của ánh sáng trắng.

−

Bán dẫn: loại thông dụng nhất là diot Gallium Arsen có bước sóng 890 nm
thuộc phổ hồng ngoại gần.


1.3.2 Laser chất khí
Laser khí có môi trường hoạt chất ở thể khí. Một số loại laser chất khí
thông dụng:
−

He-Ne: hoạt chất là khí Heli và Neon, có bước sóng 632,8 nm thuộc phổ
ánh sáng đỏ trong vùng nhìn thấy, công suất nhỏ từ một đến vài chục MW.

−

Argon: hoạt chất là khí argon, bước sóng 488 và 514,5 nm.

−

CO2: bước sóng 10,6 nm thuộc phổ hồng ngoại xa, công suất phát xạ có
thể tới megawatt (MW).

1.3.3 Laser chất lỏng
Laser lỏng có môi trường hoạt chất ở thể lỏng, thông dụng nhất là laser
màu.
1.4 Cơ chế phát laser
Một ví dụ về cơ chế hoạt động của laser có thể được miêu tả cho laser
thạch anh như sau:

4


−

Dưới sự tác động của hiệu điện thế cao, các electron của thạch anh di

chuyển từ mức năng lượng thấp lên mức năng lương cao tạo nên trạng thái
nghịch đảo mật độ tích lũy của electron.

−

Ở mức năng lượng cao, một số electron sẽ rơi ngẫu nhiên xuống mức
năng lượng thấp, giải phóng hạt ánh sáng được gọi là photon.

−

Các hạt photon này sẽ toả ra nhiều hướng khác nhau từ một nguyên tử,
tương tác các nguyên tử khác, kích thích eletron ở các nguyên tử này rơi
xuống tiếp, sinh thêm các photon cùng tần số, cùng pha và cùng hướng bay,
tạo nên một phản ứng dây chuyền khuếch đại dòng ánh sáng.

−

Các hạt photon bị phản xạ qua lại nhiều lần trong vật liệu, nhờ các gương
để tăng hiệu suất khuếch đại ánh sáng.

−

Một số photon ra ngoài nhờ có gương bán mạ tại một đầu của vật liệu. Tia
sáng đi ra chính là tia laser.

1.5 Cấu tạo máy phát laser
Nguyên lý cấu tạo chung của
một máy laser gồm có: buồng cộng
hưởng chứa hoạt chất laser, nguồn
nuôi và hệ thống dẫn quang. Trong

đó buồng cộng hưởng với hoạt chất
laser là bộ phận chủ yếu.
−

Buồng cộng hưởng chứa hoạt chất
laser, đó là một chất đặc biệt có khả
năng khuếch đại ánh sáng bằng phát
xạ cưỡng bức để tạo ra laser. Khi 1
photon tới va chạm vào hoạt chất này

Hình 1. Cấu tạo cơ bản và cơ chế hoạt
động của laser.
1) vùng bị kích thích
2) năng lượng bơm vào vùng bị kích
thích
3) gương phản xạ toàn phần
4) gương bán mạ
5) tia laser

thì kéo theo đó là 1 photon khác bật ra bay theo cùng hướng với photon tới.
Mặt khác buồng cộng hưởng có 2 mặt chắn ở hai đầu, một mặt phản xạ toàn
phần các photon khi bay tới, mặt kia cho một phần photon truyền qua một
phần phản xạ lại làm cho các hạt photon va chạm liên tục vào hoạt chất
5


laser nhiều lần tạo mật độ photon lớn. Vì thế cường độ chùm laser được
khuếch đại lên nhiều lần. Tính chất của laser phụ thuộc vào hoạt chất đó, do
đó người ta căn cứ vào hoạt chất để phân loại laser.
−


Hoạt chất laser: Là môi trường chứa các hoạt chất có khả năng phát ra bức
xạ laser khi được kích hoạt bằng một nguồn năng lượng.

−

Nguồn nuôi: Là nguồn cung cấp năng lượng để duy trì hoạt động của môi
trường hoạt chất laser.

1.6 Đặc điểm của chùm tia laser
1.6.1 Tính chất vật lý
a) Độ định hướng cao
Khác với các nguồn sáng khác, các tia sáng laser được chọn lọc chỉ
phát ra những tia vuông góc với gương, nên hầu như song song với nhau (hay
nói theo ngôn ngữ vật lý là góc mở giữa các tia là rất nhỏ). Nhờ vậy, laser có
độ định hướng lý tưởng, có thể chiếu đi rất xa, đến mức người ta có thể dùng
laser để đo những khoảng cách trong vũ trụ.
b) Tính đơn sắc rất cao
Các tia sáng của laser có mức chênh lệch bước sóng nhỏ nhất, so với
các chùm sáng đơn sắc khác. Sự chênh lệch bước sóng này mô tả bởi phổ ánh
sáng của chùm ánh sáng. Phổ càng hẹp thì độ đơn sắc của chùm sáng càng
cao. Khi độ rộng vạch của chùm bằng không thì chùm có độ đơn sắc cao nhất.
Tính chất này rất quan trọng vì hiệu quả tác dụng của laser khi tương tác với
vật chất, với các tổ chức sinh học phụ thuộc vào độ đơn sắc này. Do vậy chùm
laser ít bị tán xạ (hầu như không) khi đi qua mặt phân cách của hai môi trường
có chiết suất khác nhau.
Ngoài ra, ánh sáng đơn sắc không bị ảnh hưởng bởi sắc sai ở các hệ
thấu kính. Do đó, ánh sáng đơn sắc có thể được hội tụ vào một tiêu điểm nhỏ
hơn nhiều so với ánh sáng trắng.


6


c) Có khả năng phát xung cực ngắn
Xung ngắn cỡ mili giây (ms), nano giây, pico giây (ps), femto giây (fs)
cho phép tập trung năng lượng tia laser cực lớn trong thời gian cực ngắn.
d) Độ rộng phổ
Độ chói của nguồn sáng được tính bằng cách chia công suất của chùm
sáng cho độ rộng của phổ. Vì độ rộng của phổ laser rất nhỏ nên laser có độ tập
trung các tia sáng rất cao, hay nói cách khác là độ chói rất cao so với các
nguồn sáng khác.
e) Cường độ sáng lớn
Cường độ là năng lượng của một chùm có kích thước góc nhất định.
Cường độ sáng phụ thuộc vào các tính chất sau:
∗ Tính đồng hướng
Laser phát ra một chùm sáng có độ phân kỳ rất nhỏ. Laser chỉ khuếch đại
những photon đi theo một đường rất hẹp giữa hai gương. Quá trình này là một
cơ chế rất hiệu quả cho ánh sáng chuẩn trực. Ở một laser điển hình, sau mỗi
quãng đường 1 m thì đường kính chùm tia tăng thêm khoảng 1 mm. Tính đồng
hướng giúp cho dễ dàng thu được toàn bộ năng lượng ánh sáng thành một
điểm nhỏ.
∗ Tính đồng pha
Đồng pha nghĩa là toàn bộ năng lượng được truyền từ nguồn đều cùng
pha. Biên độ, pha của sóng được lặp lại giá trị của chính mình và không biến
đổi trong mặt tiết diện ngang của buồng cộng hưởng sau quá trình sóng truyền
đi và về giữa hai gương phản xạ. Khi chiếu laser lên một mặt thô thì thu được
một hình ảnh lấp lánh đặc trưng gọi là đốm laser. Hiện tượng này là do sự
phản xạ không đều của ánh sáng đồng pha cao tạo ra những hình (hoặc đốm)
giao thoa không đều. Tính đồng pha của ánh sáng laser được dùng để tạo ra
các vân giao thoa trong giao thoa kế.

∗ Phân cực
7


Nhiều loại laser phát ánh sáng phân cực thẳng. Phân cực là một khía
cạnh khác của tính đồng pha. Tính phân cực trong hệ thống laser cho phép ánh
sáng truyền tối đa trong môi trường laser mà không bị mất mát do phản xạ.
f) Tính kết hợp của laser
Một bức xạ laser bất kỳ đều có tính kết hợp biểu hiện ở độ đơn sắc và
tính đẳng pha của mặt sóng. Các laser hoạt động ở chế độ đơn mode dọc hay
ngang được biểu hiện trong các sóng đơn sắc và đẳng pha nên chúng có bậc
kết hợp không gian - thời gian cao. Tính kết hợp thời gian liên hệ chặt chẽ với
độ đơn sắc của sóng laser. Tính kết hợp không gian được thể hiện rõ trong
hiện tượng giao thoa, hình ảnh giao thoa rõ ràng chứng tỏ tính kết hợp của
chùm laser.
1.6.2 Tính chất sinh học
a) Hiệu ứng kích thích sinh học
Thường xảy ra với laser công suất thấp cỡ mW, tác động lên các đặc
tính sống như: quá trình sinh tổng hợp protein, quá trình tích luỹ sinh khối,
quá trình hô hấp tế bào. Làm gia tăng quá trình phân bào, thay đổi hoạt tính
men, thay đổi tính thấm màng tế bào, tăng miễn dịch không đặc hiệu…
Tác dụng của laser lên cơ thể sống chia làm hai loại:
−

Phản ứng nhanh (hay trực tiếp) là tác dụng ngay sau khi chiếu laser, biểu
hiện là sự kích thích hô hấp tế bào.

−

Phản ứng chậm (hay gián tiếp) là tác dụng muộn sau hàng giờ hay hàng

ngày, biểu hiện bằng sự gia tăng quá trình phân chia tế bào.
b) Hiệu ứng nhiệt.
Công suất chùm tia có thể tới hàng trăm watt, khi đó quang năng của

laser biến thành nhiệt để đốt nóng các tổ chức sinh học. Hiệu ứng nhiệt có hai
cách tác dụng:
−

Công suất không cao, thời gian tác động dài: sẽ làm nóng chảy tổ chức
sinh học và sau đó các tổ chức bị đông kết lại (gọi là hiệu ứng quang đông)
8


có tác dụng tốt cho cầm máu trong ngoại khoa.
−

Công suất cao, thời gian ngắn: làm bay hơi tổ chức sinh học (gọi là hiệu
ứng bay hơi tổ chức) là cơ sở của dao mổ laser với nhiều ưu điểm trong
phẫu thuật.
c) Hiệu ứng quang ion
Hiệu ứng quang ion còn gọi là hiệu ứng quang cơ vì quang năng của

laser biến thành cơ năng để bóc lớp (không có tác động nhiệt) hay phá sỏi với
xung cực ngắn, công suất đỉnh cực cao.
1.7 Chế độ hoạt động của laser
Laser có thể được cấu tạo để hoạt động ở trạng thái bức xạ sóng liên tục
(hay CW - continuous wave) hay bức xạ xung (pulsed operation). Điều này
dẫn đến những khác biệt cơ bản khi xây dựng hệ laser cho những ứng dụng
khác nhau.
1.7.1 Chế độ phát liên tục

Trong chế độ phát liên tục, công suất của một laser tương đối không đổi
so với thời gian. Sự đảo nghịch mật độ (electron) cần thiết cho hoạt động laser
được duy trì liên tục bởi nguồn bơm năng lượng đều đặn.
1.7.2 Chế độ phát xung
Trong chế độ phát xung, công suất laser luôn thay đổi so với thời gian,
với đặc trưng là các giai đoạn “đóng” và “ngắt” cho phép tập trung năng lượng
cao nhất có thể trong một thời gian ngắn nhất có thể. Có rất nhiều phương
pháp để đạt được điều này, như:
−

Phương pháp chuyển mạch Q (Q-switching)

−

Phương pháp kiểu khoá (modelocking)

−

Phương pháp bơm xung (pulsed pumping)

9


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ LASER
2.1 Quá trình hấp thụ, phát xạ tự phát và phát xạ cưỡng bức theo quan
điểm lượng tử
Electron trong nguyên
tử không phân bố đều mà
xếp theo từng lớp, mỗi lớp
chỉ có thể có tối đa một số

electron nhất định. Mỗi lớp
tương ứng với mỗi mức năng
lượng riêng biệt. Các mức
năng lượng tương ứng với
các quỹ đạo riêng biệt của
electron xung quanh hạt
nhân. Electron ở bên ngoài
sẽ có mức năng lượng cao hơn

Hình 2. Phát xạ tự phát (a), phát xạ

những electron ở phía bên trong.

cưỡng bức(b), hấp thụ (c)

Khi có sự tác động vật lý hay hóa học bên ngoài, các hạt electron này cũng có
thể nhảy từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao hay ngược lại.
Các quá trình này có thể sinh ra hấp thụ hay phát xạ các tia sáng, theo
giả thuyết của Albert Einstein. Bước sóng (hay màu sắc) của tia sáng phụ
thuộc vào sự chênh lệch năng lượng giữa các mức.
Giả sử ta có một tập hợp các nguyên tử hoặc phân tử với hai mức năng
lượng, trong đó một mức gọi là mức 1 tương ứng với năng lượng là E1 còn
mức kia gọi là mức 2 tương ứng với năng lượng là E2 (E2 > E1). Mật độ cư trú
trên các mức đó được xác định là N1 và N2. Theo định luật phân bố Boltzmann
thì:
− E1

N 1 = N 0 .e KT

(2.1)


− E2

N 2 = N 0 .e

(2.2)

KT

10


với N0 là mật độ cư trú của hạt ở trạng thái cơ bản,K là hằng số Boltzmann, T
là nhiệt độ của hệ hạt.
Khi một chùm sáng gồm các photon với năng lượng hv = E 2 − E 1 ( h là
hằng số Planck, v là tần số của photon chiếu vào) có mật độ photon ρ chiếu
vào tập hợp các nguyên tử đó thì các quá trình sau đây sẽ xảy ra:
2.1.1 Quá trình hấp thụ
Quá trình hấp thụ là quá trình khi có tác động của trường ánh sáng ngoài,
các nguyên tử ở mức cơ bản nhận năng lượng của photon ngoài để nhảy lên
mức kích thích.
Năm 1943 Bohr đề xuất: mỗi nguyên tử bất kỳ gồm một hạt nhân và các
điện tử quay theo các quỹ đạo nhất định xung quanh hạt nhân. Mỗi quỹ đạo
tương ứng với một mức năng lượng khác
nhau. Hạt ở mức năng lượng E 1 , khi
được cung cấp một nguồn năng lượng hv ,
chúng sẽ hấp thụ và có sự dịch chuyển lên
các mức năng lượng E 2 với năng lượng
mà nó nhận được (từ mức thấp E 1 lên
mức E 2 ). Năng lượng photon khi đó

phải bằng hiệu hai mức năng lượng của dịch

Hình 3. Quá trình hấp thụ

chuyển.
hv = E 2 − E 1

(2.3)

Quá trình hấp thụ được mô tả như sau : A * + hv = A * *

(2.4)

với : A* là hạt ở trạng thái kích thích thấp,
A** là hạt ở trạng thái kích thích cao hơn,
hv là năng lượng của photon kích thích.

Xác suất hấp thụ khi hạt dịch chuyển từ mức 1 lên mức 2 trên một đơn
vị thời gian P12 được tính như sau :
11


dP12
= B12 ρ
dt

(2.5)

Trong đó: B12 là hệ số Einstein của dịch chuyển hấp thụ,
ρ là mật độ photon chiếu vào.


Quá trình hấp thụ khác quá trình tự phát ở chỗ nó phụ thuộc vào tác động
bên ngoài. Nếu mật độ photon càng lớn thì số hoạt động hấp thụ trong môi
trường sẽ xảy ra mạnh hơn.
2.1.2 Quá trình phát xạ tự phát
Phát xạ tự phát là quá trình các
nguyên tử đang ở mức năng lượng cao hơn
tự nhảy xuống mức năng lượng thấp hơn
mà không cần kích thích từ bên ngoài
(không cần ánh sáng kích thích). Khi đó
hạt sẽ bức xạ ra một lượng tử năng lượng

Hình 4. Phát xạ tự phát

điện từ (photon).
2.1.3 Quá trình phát xạ cưỡng bức
Năm 1917, khi nghiên cứu lí thuyết
phát xạ, Einstein đã chứng minh rằng: ngoài
hiện tượng phát xạ tự phát, còn có hiện
tượng phát xạ mà ông gọi là phát xạ cưỡng

Hình 5. Hai photon ε và ε

'

bức (hay phát xạ cảm ứng). Hiện tượng
như sau:
Nếu một nguyên tử đang ở trong
trạng thái kích thích, sẵn sàng phát ra một
photon có năng lượng


ε = hv , bắt gặp

một photon có năng lượng ε

'

đúng bằng

ε = hv , bay lướt qua nó, thì lập tức nguyên

tử này cũng phát ra photon ε . Photon ε

Hình 6. Photon tăng theo cấp số
nhân

có cùng năng lượng và bay cùng phương với photon ε ' . Ngoài ra, sóng điện
12


từ ứng với photon này hoàn toàn cùng
pha và dao động trong một mặt phẳng
song song với mặt phẳng dao động của
sóng điện từ ứng với photon ε ' . Khi 1
photon thích hợp bay qua một nguyên tử
ở trạng thái kích thích thì do hiện tượng
phát xạ cảm ứng sẽ xuất hiện hai photon
như nhau bay cùng phương. Hai photon

Hình 7. Phát xạ cưỡng bức


này bay qua 2 nguyên tử trong trạng thái kích thích sẽ xuất hiện 4 photon
giống nhau bay cùng phương… Do đó số photon tăng theo cấp số nhân.
Vậy quá trình phát xạ cưỡng bức là quá trình khi có tác động của photon
có năng lượng ε , các hạt đang ở mức kích thích bị cưỡng bức nhảy về mức cơ
bản sớm hơn. Cùng với sự dịch chuyển này sẽ phát ra photon cũng có năng
lượng ε có tính chất giống hệt với phonton đã cưỡng bức hạt nhảy xuống mức
thấp. Hiện tượng phát xạ cưỡng bức mang tính chất khuếch đại theo phản ứng
dây chuyền : 1 sinh ra 2, 2 sinh ra 4....
Xác suất số nguyên tử nhảy xuống mức cơ bản trên một đơn vị thời gian
xác định như sau:
dP
= B 21 ρ
dt

(2.6)

trong đó: B21 là hệ số Einstein của dịch chuyển cưỡng bức,
ρ là mật độ photon phát ra.

Quá trình phát xạ cưỡng bức được mô tả như sau:
A ** + (hv )1 → A * (hv )1 + (hv ) 2

(2.7)

với A* là hạt ở trạng thái kích thích thấp,
A** là hạt ở trạng thái kích thích cao hơn,
(hv )1 là năng lượng của photon sơ cấp (kích thích),
(hv )2 là năng lượng của photon thứ cấp.
13



Einstein chứng minh được rằng trong trạng thái cân bằng nhiệt động, số
photon bị hấp thụ và số photon được phát xạ bằng nhau:
B 21 = B12

(2.8)

Vấn đề quan trọng nhất trong việc tạo được phát xạ laser cưỡng bức là
dưới những điều kiện cân bằng nhiệt động lực học bình thường số hạt ở mỗi
mức năng lượng, không thuận lợi cho sự phát xạ cưỡng bức. Do các nguyên tử
và phân tử có xu hướng tự rơi xuống các mức năng lượng thấp hơn nên số
nguyên tử hay phân tử ở mỗi mức sẽ giảm khi năng lượng tăng. Muốn duy trì
cơ chế phát xạ cưỡng bức thì phải có số nguyên tử ở trạng thái kích thích
nhiều hơn số nguyên tử ở trạng thái năng lượng thấp hơn, sao cho các photon
phát xạ có khả năng gây kích thích phát xạ nhiều hơn là bị hấp thụ. Đây chính
là nghịch đảo trạng thái cân bằng ban đầu nên nó được gọi là sự nghịch đảo
mật độ.
2.2 Hiện tượng khuếch đại
Với quá trình phát xạ
cưỡng bức thì photon tăng
theo cấp số nhân. Muốn duy
trì quá trình phát xạ cưỡng bức
ta phải làm cho số nguyên tử ở
trạng thái năng lượng cao hơn
nhiều hơn số nguyên tử ở
trạng thái năng lượng thấp

Hình 8. Khuếch đại ánh sáng


hơn. Lúc đó phát xạ cưỡng

bức sẽ lấn át và ta thu được dòng thác photon. Photon phát xạ ban đầu sẽ kích
thích sự phát xạ của nhiều photon hơn, những photon này sau đó lại kích thích
sự phát xạ ra nhiều photon hơn nữa, và cứ thế tiếp diễn. Kết quả là dòng thác
photon tăng lên với số lượng lớn ta gọi đây là hiện tượng khuếch đại ánh sáng.
Giả sử có hệ nguyên tử, phân tử hai mức năng lượng với số nguyên tử
nằm ở mức năng lượng cao lớn hơn số nguyên tử nằm ở mức năng lượng thấp
(N2>N1). Tức hệ nguyên tử, phân tử đang ở môi trường nghịch đảo mật độ cư
14


trú. Nếu ta chiếu vào môi trường này một chùm sáng với 3 photon có năng
lượng tuân theo hệ thức:
hv = E 2 − E 1

(2.9)

Khi đó quá trình có thể xảy ra như sau: một photon bị hấp thụ và làm cho
một nguyên tử từ mức E1 lên mức E2, 2 photon còn lại kích thích cưỡng bức
làm cho hai nguyên tử đang ở trạng thái E2 chuyển về trạng thái E1 và sinh
thêm 2 photon. Vậy với 3 photon vào ta sẽ có 4 photon ra.
Hệ số khuếch đại được xác định bằng công thức :
g =

Wr
Wv

(2.10)


trong đó Wr, Wv là năng lượng photon ra và năng lượng photon vào. Môi
trường có g>1 gọi là môi trường khuếch đại, nếu g<1 là môi trường hấp thụ.
Trên cơ sở lí thuyết khuếch đại ánh sáng người ta chế tạo laser.
2.3 Sự nghịch đảo mật độ
Các nguyên tử và phân tử có thể chiếm giữ nhiều mức năng lượng, và
mặc dù một số dịch chuyển trạng thái này có khả năng xảy ra hơn so với một
số dịch chuyển trạng thái khác (do các quy luật của cơ học lượng tử và vì
những lí do khác), nhưng sự chuyển trạng thái có thể xảy ra giữa bất kì hai
mức năng lượng nào. Theo phân bố Boltzmann số hạt ở trạng thái E2 là
: N 2 = N 1e

− hv
kT

với nhiệt độ dương số nguyên tử ở trạng thái có năng lượng

thấp bao giờ cũng lớn hơn số nguyên tử ở trạng thái năng lượng cao tức là
N1>N2. Mà yêu cầu tối thiểu cho sự phát xạ cưỡng bức và khuếch đại, hay hoạt
động laser là ít nhất phải có một trạng thái năng lượng cao hơn có mật độ hạt
nhiều hơn một trạng thái năng lượng thấp hơn tức là N2>N1. Đây được gọi là
sự nghịch đảo mật độ. Trạng thái này gọi là trạng thái “nhiệt độ âm” không
tuân theo phân bố Boltzmann.
Tùy vào loại nguyên tử, phân tử người ta có cách để tạo ra sự nghịch đảo
mật độ khác nhau. Ví dụ đối với chất rắn thì dùng bơm quang học, đối với chất
15


khí thì dùng hiệu ứng va chạm giữa những nguyên tử hoặc phân tử khí với
những điện tử tự do chuyển động nhanh dưới tác dụng của điện trường ngoài,
đối với bán dẫn thì dùng phương pháp bơm bằng dòng điện.

2.4 Ngưỡng phát
Để phát ra được photon sau khi được khuếch đại thì hệ số khuếch đại
phải lớn hơn một giá trị giới hạn, giới hạn đó chính là ngưỡng phát. Giá trị
ngưỡng này phụ thuộc vào sự mất mát xảy ra trong quá trình khuếch đại, quá
trình nghịch đảo mật độ tích lũy. Trong buồng cộng hưởng của laser xảy ra cả
hai quá trình: khuếch đại photon và photon bị mất mát. Mất mát này có thể do
nhiễu xạ, phản xạ, tán xạ, …

16


CHƯƠNG 3: MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA LASER TRONG
KHÔNG GIAN
3.1 Phóng tàu vũ trụ bằng tia laser
3.1.1 Ý tưởng
Để thoát khỏi sức hút Trái Đất lâu nay loài người vẫn sử dụng tàu con
thoi, loại tàu phải mang theo hàng tấn nhiên liệu và hai tên lửa đẩy lớn. Nhưng
không lâu nữa, các con tàu vũ trụ sẽ lướt vào không gian trên một chùm tia
laser, cần rất ít hoặc không cần chất nổ đẩy và không hề gây ô nhiễm.
Ý tưởng được bắt đầu tại Học viện tổng hợp Resselaer ở Troy, bang
New York, Mỹ. Động cơ đẩy cải tiến của thế kỷ 21 sử dụng các tia laser để
cung cấp lực đẩy cho phương tiện bằng cách tạo sóng nổ bằng tia laser. Không
quân Hoa Kỳ và NASA đã bắt đầu phát triển kỹ thuật để đưa những vật nhẹ
lên quỹ đạo thấp của Trái Đất với chi phí khoảng 1,5 triệu đô la. Trong số
những sự lựa chọn kỹ thuật sẵn có, một phương pháp có tiềm năng thành công
cao là sử dụng một xung laser năng lượng cao dưới đất cung cấp năng lượng
cho động cơ. Ý tưởng cơ bản đằng sau kỹ thuật đẩy bằng ánh sáng là sử dụng
các tia laser từ mặt đất để đốt nóng không khí đến mức làm không khí nổ tung,
đẩy con tàu tiến lên phía trước. Nếu thành công, kỹ thuật đẩy bằng ánh sáng sẽ
làm con tàu nhẹ hơn hàng nghìn lần, hiệu quả hơn so với các động cơ tên lửa

sử dụng chất hoá học và không gây ô nhiễm. Động cơ đẩy laser có những ưu
điểm là lực đẩy mạnh và xung lực riêng lớn, kết cấu đơn giản và độ tin cậy cao
bởi vì có rất ít bộ phận của động cơ chuyển động và hệ thống ống dẫn chất nổ
đẩy đơn giản. Hạn chế của phương pháp này là công suất của laser, sự hấp thụ
và biến dạng của tia laser đẩy khi xuyên qua khí quyển và việc kết nối laser
với thiết bị bay trong suốt quá trình bay.
3.1.2 Quá trình nghiên cứu
Ý tưởng của động cơ đẩy laser bắt nguồn từ những năm 1960, sau khi
phát minh ra laser, các nhà khoa học khi nghiên cứu về laser đã phát hiện ra
hiện tượng khi laser tập trung vào một khối khí sẽ ion hóa và biến nó thành
17


plasma, tạo ra lực đẩy cơ bản của động cơ đẩy. Sang những năm 1970, sự chú
ý được tập trung chủ yếu vào những nghiên cứu cơ bản về việc sử dụng năng
lượng laser để đánh giá tiềm năng và tính khả thi của năng lượng laser cho
động cơ đẩy tên lửa. Một vài nghiên cứu với quy mô phòng thí nghiệm cho
thấy khả năng thành công của ý tường này. Một trong những ý tưởng xuất hiện
đầy hứa hẹn trong thời điểm này là khi một xung laser được bắn vào phần sau
của một gương phản xạ parabol, các tia laser hội tụ tại một lượng chất nổ đẩy
gây ra một sự đánh thủng, làm nhiệt độ tăng cao, hình thành plasma, nhanh
chóng giãn nở. Plasma này như một luồng sóng khí siêu âm, phụt ra nhanh tạo
nên lực đẩy.
Những nghiên cứu trước đây cho thấy sự ăn mòn và hư hỏng bề mặt
làm giảm hiệu suất quá trình hấp thụ laser. Raiser đã tính toán (năm 1977) với
cường độ tia laser I = 105 MW/cm2, mật độ khí ρo=1.3×10-3 g/cm2 và tỉ số
nhiệt dung riêng γ =1,33 thì vận tốc nổ VLSD = 133 km/s và nhiệt độ cân bằng
Tequilibrium = 910.000 K. Những giá trị này phù hợp với thực nghiệm VLSD =
110 km/s và T= 700.000 K. Vì vậy, những cải tiến trong tương lai của động cơ
đẩy xung laser nhắm đến yêu cầu phải giảm những ảnh hưởng làm hao hụt vật

liệu trong vùng bức xạ laser chiếu tới, gây ra bởi nhiệt độ plasma cao gần bề
mặt.
Báo cáo của Pirri năm 1974 về việc sử dụng chất khí nổ đẩy trong động
cơ đẩy laser đã nêu lên cách tốt nhất để đạt được xung lực mạnh là cho laser
chiếu thẳng vào khí chứ không chỉ cho laser chiếu vào chất nổ đẩy trước. Và
để cải thiện hơn nữa động cơ laser, một hỗn hợp của chất nổ đẩy có nguyên tử
khối nhỏ và một lượng nhỏ những hạt ion hoá (như là H2 hay He cộng với Li
hay Cs). Sự cải tiến cho phép xung laser năng lượng cao ngắn hơn, nâng cao
thời gian đẩy và xung lực riêng mạnh hơn.
Trong quá khứ, một vài nghiên cứu đã được tiến hành để tìm hiểu
những ảnh hưởng khác nhau, bao gồm ngưỡng cường độ laser đánh thủng trên
các bề mặt khác nhau trong không khí, ảnh hưởng của áp suất và mật độ
không khí trên ngưỡng năng lượng, và sự bay hơi của các vật liệu khác nhau.
18


Báo cáo của Maher năm 1973 về ngưỡng bốc cháy của các vật liệu được xác
định trong không khí ở cùng một áp suất không khí. Loại vật liệu phản xạ
cũng có ảnh hưởng quan trọng. Ví dụ nhôm, cường độ giới hạn laser đo được
là 59 J/cm2 và silic oxit nấu chảy là 310 J/cm2. Vì thế cần phải cẩn thận trong
việc lựa chọn vật liệu để làm bề mặt phản xạ. Hettche kết luận rằng xung lực
tác động lên bề mặt rắn bị ảnh hưởng bởi tương tác giữa năng lượng laser và
không khí bị đánh thủng ở bề mặt.
Họ cũng chú ý đến áp suất đo được gây ra bởi dòng laser 1×108 đến
3×108 W/cm2 áp suất sinh ra khoảng 20 đến 220 atm. Tuy nhiên áp suất đo
được nhanh chóng giảm sau khi nổ plasma. Sự tương tác của áp suất với bề
mặt sau khi kết thúc giai đoạn đầu phụ thuộc vào tương tác hỗn hợp giữa độ
không trong suốt do plasma tán sắc với cường độ chùm sáng tới.
3.1.3 Cấu tạo của hệ thống
Gồm 4 bộ phận chính:

−

Tia laser carbon dioxit: được chiếu từ mặt đất đến tàu, cung cấp năng
lượng cho tàu hoạt động.

−

Gương parabole: Phần đáy của tàu vũ trụ là một gương parabole để hội tụ
chùm laser vào khoang chứa không khí hay chất nổ đẩy trên tàu.

−

Khoang hút thu: Không khí được hướng vào trong khoang này; tại đây
không khí bị đốt nóng lên bởi chùm laser, giãn nở ra và đẩy con tàu đi.

−

Hydro trên tàu: Một lượng nhỏ chất nổ đẩy hydro được sử dụng để đẩy tàu
khi khí quyển quá loãng không thể cung cấp đủ không khí.

3.1.4 Nguyên tắc hoạt động
Trước khi bay lên khỏi mặt đất, một luồng không khí nén sẽ đẩy nhẹ
con tàu lên đến vận tốc khoảng 10.000 vòng/phút. Khi nó đang lượn xoáy với
một tốc độ tối ưu, tia laser sẽ được bật lên, thổi con tàu lên không trung. Tia
laser 10 kW này hoạt động ở chế độ xung từ 25-28 lần/giây. Khi phát tia laser
đốt nóng không khí cho đến khi cháy. Mỗi lần không khí cháy lại tạo ra một
19


tia sáng loé lên. Bằng cách phát xung laser, nó liên tục đẩy con tàu lên phía

trên.
Chùm tia sáng được hội tụ bởi gương parabole ở đáy của con tàu đốt
nóng không khí lên tới khoảng từ 10.000-30000 0C, nóng hơn bề mặt của Mặt
Trời vài lần. Khi không khí bị đốt nóng đến nhiệt độ cao như vậy, nó sẽ biến
đổi sang thể plasma (loại khí có số lượng các hạt mang điện âm, dương, tương
đương nhau trên Mặt Trời và phần lớn các vì sao) - thể plasma này sau đó nổ
tung để đẩy con tàu lên phía trên.
Ngoài ra, người ta cũng sẽ đặt các gương bên trong con tàu để chiếu
một số chùm năng lượng về phía trước. Sức nóng từ chùm laser sẽ tạo ra một
cụm khí làm chệch hướng đi của một phần luồng không khí đi qua con tàu, từ
đó giúp giảm bớt ma sát và giảm lượng khí nóng mà con tàu hấp thụ.
Hoạt động của động cơ xung phản lực dựa vào sự tác động đồng bộ của
những hiện tượng như: sự hình thành và lan truyền của sóng nổ, nhiệt sinh ra
do laser, sự cung cấp thêm không khí trong giai đoạn hút khí - giai đoạn thứ
nhất, và việc thêm chất nổ đẩy trong giai đoạn hỏa tiễn - giai đoạn thứ hai.
Hiện tượng chính xảy ra bên trong vòi phun là sự ion hoá khí, bốc cháy
plasma và lan truyền sóng nổ. Sự ion hoá ban đầu của plasma xảy ra khi hội tụ
chùm laser cường độ cao vào khối khí trong khoang, tạo ra electron tự do. Khi
plasma bắt đầu bắt lửa, bán kính Debye của nó được tính:
L= 2VLSD.tp

(3.1)

Trong đó L là bán kính Debye ban đầu của plasma, VLSD là vận tốc nổ
plasma, và tp là khoảng thời gian phát của một xung laser.
Trong giai đoạn plasma này, năng lượng tia laser được hấp thụ vào
trong khối khí và L tỉ lệ với quãng đường tự do của electron. Quá trình ion hoá
diễn ra rất nhanh và thời gian ion hoá ngắn hơn một xung laser. Trong suốt
phần còn lại của xung laser, electron tự do được gia tốc cho đến khi xung laser
laser kết thúc. Nhiệt độ khối khí tăng lên rất cao 10.000-30.000 0C, nóng hơn

bề mặt của Mặt Trời vài lần, bán kính Debye của plasma tăng lên, dẫn đến sự
20