Laser - một công nghệ có tầm quan trọng bậc nhất ở thế kỷ XXI

Năm 1951, Giáo sư Charles Townes thuộc trường Đại học Columbia, New York đã thực hiện một thí nghiệm mang tên Maser, tức là khuếch đại vi sóng bằng bức xạ cảm ứng, và đã thành công.

Tiếp theo maser, Nhà khoa học Anthus Schawlow đã cố gắng để biến maser thành laser, nhưng mới trong phạm vi lý thuyết và tháng 8/1958 ông công bố phần lý thuyết đó trên Tạp chí “Physical Review”. Theodora Maiman, Nhà khoa học thuộc phòng thí nghiệm Hughes tại Malibu, California , dựa vào lý thuyết và nền tảng thực nghiệm của Townes và Schawlow đã trở thành người đầu tiên tìm ra tia laser.  Tháng 5/1960, T.Maiman chính thức tạo ra laser từ hồng ngọc. Tia sáng do ông tìm ra là luồng ánh sáng rất tập trung và có độ hội tụ lớn, mầu đỏ và bước sóng đo được là 0,694 micron.

Những năm tiếp theo, các nhà khoa học đã phát triển những thành quả laser ra thành nhiều loại, bằng cách: nếu đưa vào hoạt chất thể khí  (như CO ₂hoặc He , Ne , Ar ...) ta có tia laser từ thể khí; nếu đưa vào đó arseniure (từ galli) thì có tia laser từ bán dẫn; nếu đưa vào đó dung dịch các chất nhuộm mầu hữu cơ thì cho ta laser lỏng; sử dụng oxy-iot vạn năng ta có laser hoá học; rồi laser rắn v..v.. Điều kỳ diệu là tuỳ theo hoạt chất mà tạo ra những mầu sắc khác nhau. Ví dụ, tia laser từ helium-neon cho mầu đỏ; tia laser của argon cho mầu xanh đậm và xanh lá cây.

Muốn có mầu sắc của tia laser thích hợp, nhà sản xuất phải hiệu chỉnh. Chẳng hạn như Công ty Điện tử Pioneer đã tăng hoặc giảm tần số phát phổ sáng của loại laser thể rắn để tìm ra chùm tia xanh mà khách hàng ưa thích, (thao tác cân chỉnh này giống như dò giải tần sóng âm thanh để bắt được tín hiệu rõ nhất). Kể từ đó, laser có những bước phát triển vượt bậc. Người ta nhanh chóng phát minh ra laser từ excimere, nó xuất hiện trong tia tử ngoại và làm ra laser phát đi trong tia hồng ngoại mà mắt thường không thể thấy được. Đây là một thứ  rất lợi hại, được các nhà quân sự tận dụng triệt để. Người ta dự đoán, cùng với công nghệ bán dẫn, laser sẽ là một trong những lĩnh vực khoa học và công nghệ quan trọng vào bậc nhất của thế kỷ XXI.

Ứng dụng của laser trong công nghiệp:

Các nhà công nghiệp đánh giá rất cao tính chất hội tụ cùng mật độ quang năng lớn của tia laser (độ hội tụ ấy lên tới hàng triệu W/cm ²) với độ chính xác đáng nể của nó. Với môi trường công nghiệp thì laser khí từ CO ₂hoặc từ argon là sử dụng thích hợp nhất. Người ta có thể thiết kế  những cỗ máy tự động sử dụng laser công suất mạnh, kết nối với máy tính để điều khiển dùng trong các nhà máy cơ khí chính xác. Những tia laser mầu xanh có thể trở thành những dao 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 laser cũng có thể làm nên những “mũi giao khắc”, có thể khắc hoặc khoét đủ hình dáng lên ống thép của các nhà máy hoá chất, hoặc bồn chứa, ống dẫn dầu-khí, hoặc để cưa cắt  những tấm thép hợp kim rất dày (tới 20 mm) phục vụ công nghệ đóng tầu biển. Ngoài ra, để phá những tầu đã quá niên hạn, hoặc xe quân sự đã thanh lý đưa vào lò luyện thép, phải dùng laser hoá học công suất tới 100 kW thì mới làm nổi. Hoặc để chạm khắc lên những vật liệu khác như giấy carton, nhựa, gỗ... laser cũng áp dụng để hàn đủ thứ kim loại (từ kim loại mềm đến kim loại cứng nhất mà ta có thể gặp).

* Để phục vụ cho công nghiệp và nghiên cứu khoa học, người Nga đã sớm xây dựng máy phát laser ở vùng ngoại ô Matxcơva với công suất bước đầu là 1 MW. Để khởi động máy phát này, người ta phải cắt điện trong một phạm vi rộng lớn quanh vùng. Nhưng người Đức lại có cách nhìn thực dụng hơn, họ sớm thiết lập nhiều công ty cung cấp công nghệ laser, nhờ đó chiếm đến 40% thị phần mặt hàng này trên thị trường thế giới, hàng năm sản xuất ra tới 600 máy laser đáp ứng mọi nhu cầu của nền công nghiệp nội địa và theo đơn đặt hàng của nhiều nước. Đặc biệt, có các máy gia công sử dụng công nghệ laser thích hợp cho những doanh nghiệp vừa và nhỏ. Những hãng ô-tô nổi tiếng như BMW hoặc Peugeot dùng laser vào các rôbốt để đảm trách các công đoạn: lắp ráp, hàn, sơn... những thao tác của rôbốt trở nên cực kỳ chính xác, nhanh và tiện lợi.

Để phục vụ cho các công trình công nghiệp như nhà máy điện, những khu vực nhậy cảm, những hệ thống viễn thông, người Pháp đã thiết lập hệ thống thu lôi bằng laser tại Saint Privat - d’Allier. Đó là vùng thường xẩy ra dông - sét về mùa hè. Hệ thống này hợp thành “hàng rào” bảo vệ. Những chùm tia laser được chiếu thẳng vào lúc khởi đầu tia chớp có tác dụng như  một ống máng để dồn sét vào nơi người định sẵn.

* Trong lĩnh vực công nghiệp nhẹ, thương mại và viễn thông, laser được ứng dụng vào các công đoạn cắt vải đạt độ chính xác cao, rà soát mã số sản phẩm công nghiệp, báo giá các mặt hàng cho người thu ngân lưu giữ vào máy, phát hiện tiền giả, in bao bì sản phẩm, đánh dấu những sợi cáp nhỏ nhất trong công nghiệp điện tử, hay vẽ đường nét (theo thiết kế) lên những vi mạch... laser cũng được dùng rộng rãi trong ngành viễn thông (Pháp và Mỹ đã lập mạng liên lạc đường dài với nhau từ năm 1988, bằng Hệ thống liên lạc hồng ngoại laser nhờ sợi cáp quang dài chừng 150 ngàn km vượt qua biển Đại Tây Dương). Như vậy, tia laser đã được thu vào một sợi cáp quang rất mảnh (nhỏ hơn sợi tóc) và được điều khiển bởi một hệ thống phức tạp. Loại dây dẫn này có khả năng chứa nhiều thông tin hơn các loại dây dẫn khác nhiều lần. Chỉ khoảng 4 sợi lắp trong hệ thống xuyên đại dương có thể chuyển 40 ngàn cuộc nói chuyện cùng một lúc, trong khi hệ thống cáp xuyên Thái Bình Dương làm năm 1957 bằng dây đồng chỉ chuyển được 90 cuộc điện đàm cùng một lúc.  

Laser phục vụ sức khoẻ và đời sống văn hoá, tinh thần

Người ta có thể sử dụng các nguồn laser với công suất khác nhau, vì rất thuận tiện trong việc sử dụng vào nhiều lĩnh vực khác nhau của cuộc sống.  Trong y học, người ta sớm dùng laser như một dao mổ, kết hợp với nội soi nên tăng thêm sự chính xác khi điều trị bằng phẫu thuật u bướu lành tính cũng như ác tính trong nội tạng của bệnh nhân. Laser kết nối với máy tính có thể phẫu thuật mắt, hoặc phẫu thuật thần kinh, tai mũi họng, hoặc khai thông những mạch máu bị tắc chính xác và hiệu quả. Có thể dùng tia laser để đốt những vết sắc tố ngoài da, tẩy vết săm, hoặc tẩy mụn ...   

Trong văn hoá, nghệ thuật, thể thao, nhờ độ phân giải cao, laser đã nhanh chóng xâm nhập vào  đĩa compact và video. Trong trường hợp này người ta dùng nhiều  laser xanh vì so với laser đỏ, laser xanh có thể đọc được nhiều tin hơn trên cùng một không gian ghi. Để chứa một cuốn phim video thời lượng 2 giờ, nếu dùng laser xanh chỉ cần nén vào một đĩa CD là đủ, nhưng nếu dùng laser đỏ phải cần đến 3 đĩa CD. Ngày nay, trong các buổi trình diễn nghệ thuật, thể thao, trong công viên nước, trong vũ trường... không thể thiếu những ánh sáng kỳ diệu nhiều mầu sắc: xanh, đỏ, hồng, vàng, cam, tím... của  laser .

Nguồn: Industry, 2005