Ra đời như “lời giải cho một bài toán khó”, laser năm nay đã vào tuổi 50 nhưng vẫn có vẻ gì đó thuộc về tương lai. Chùm ảnh thể hiện sự tiến triển của một công nghệ đặt nền tảng cho mọi thứ từ hệ thống cáp quang của mạng Internet cho đến việc tìm kiếm nguồn năng lượng nhiệt hạch sạch.
Laser đầu tiên trên thế giới
Ánh sáng phát ra từ đèn laser có tuổi bắt đầu từ một thỏi ruby cỡ bằng ngón tay bọc trong những cuộn dây quấn đèn chớp của thợ nhiếp ảnh. Theodore Maiman đã thiết kế và chế tạo tiểu laser đó tại Phòng nghiên cứu Hughes ở Malibu, California.
Maiman chứng tỏ được rằng ánh chớp phát ra từ ngọn đèn flash có thể kích thích thỏi ruby với năng lượng sau đó nó giải phóng thành một xung ánh sáng màu đỏ, trong đó mọi sóng đều kết hợp cùng pha vói nhau, giống như những người lính đi đều bước.
Vì chùm tia đủ mạnh để khoan những cái lỗ trong những lưỡi dao cạo, nên các nhà vật lí đã đo công suất của nó theo đơn vị gillette, hay số lưỡi cao bị xuyên thủng.
(Ảnh: Kathleen Maiman)
Vũ khí laser
Khi laser trở thành hiện thực, các cơ quan quân sự và các tác giả viết truyện khoa học viễn tưởng cũng đã nhìn thấy loại súng bắn tia trong truyện và phim ảnh đã trở thành thực tế và bắt đầu nghiên cứu về các loại vũ khí laser. Vào năm 1964, tên tội phạm hung bạo Auric Goldfinger đã đe dọa James Bond với thứ laser “công nghiệp” này, lúc ấy nó thuần túy là tưởng tượng thôi.
(Ảnh: SNAP/Rex Features)
Ánh sáng ba chiều
Ảnh toàn kí được phát minh ra vào năm 1948 để cải thiện độ phân giải của kính hiển vi điện tử, nhưng Emmett Leith và Juris Upatnieks đã phát minh lại nó, sử dụng laser vào năm 1964 để tạo ra những hình ảnh ba chiều đầu tiên có thể quan sát mà không cần những loại kính đặc biệt.
Họ đã ghi các ảnh toàn kí lên trên các kính ảnh bằng cách phân tách một chùm tia laser, cho một chùm phản xạ khỏi vật được ghi ảnh, rồi kết hợp hai chùm lại để rọi lên tấm kính ảnh.
Sau khi rửa kính ảnh, rọi lên nó với một laser giống laser đã dùng để phơi sáng nó sẽ chiếu lên một ảnh 3D về hướng người quan sát. Hình ảnh chiếc xe lửa đồ chơi này là một trong những hình đầu tiên họ ghi được tại Phòng thí nghiệm Willow Run thuộc trường đại học Michigan.
(Ảnh: Juris Upatnieks)
Laser muôn màu
Màu sắc laser hơi bị hạn chế: laser ruby và laser helium-neon phát ra ánh sáng đỏ, và những laser khác phát ra ánh sáng hồng ngoại không nhìn thấy. Laser đầu tiên phát ra màu sắc thuộc phần còn lại của cầu vồng là các laser ion, chế tạo bằng cách cho một sự phóng điện cao áp qua argon hoặc krypton.
Argon phát ra ánh sáng màu lam và lục, krypton phát ra một số màu khác, và trộn lẫn hai chất khí trên có thể làm phát ra toàn bộ phổ khả kiến. Trình diễn ánh sáng laser nghệ thuật ra đời.
(Ảnh: Action Press/Rex Features)
Laser hiện diện khắp nơi
Các laser đã trở thành một công nghệ thường nhật khi các siêu thị ở Mĩ quyết định tự động hóa khâu kiểm tra hàng hóa cuối cùng, sử dụng mã vạch có thể đọc bằng một laser helium-neon ánh sáng đỏ lắp tại quầy tính tiền.
Những phương pháp cải tiến nhằm chế tạo các diode laser bán dẫn – cái đã mang lại cho Zhores Alferov và Herbert Kroemer giải thưởng Nobel vật lí năm 2000 – đã làm cho các laser thật sự có mặt ở mọi nơi.
Những con chip như thế này được tìm thấy ở mọi nơi từ máy hát CD và Blu-ray cho đến những đèn trỏ laser màu đỏ và khung xương của mạng viễn thông toàn cầu.
(Ảnh: NASA/JPL-Caltech)
Lưỡi gươm vô tận
Trong công nghiệp, các laser là những lưỡi cưa và máy khoan không bao giờ bị cùn. Chúng có thể thao tác trên những vật liệu rất cứng, như kim cương, hay những vật liệu rất mềm, thí dụ núm bình sữa của trẻ nhỏ.
Các laser công suất thấp có thể cắt và hàn plastics, các laser công suất cao có thể cắt và hàn kim loại. Những laser công nghiệp buổi đầu đã phải thật to mới đủ mạnh, nhưng các laser bán dẫn mới thì nhỏ đến mức ấn tượng: ngày nay, chiều dài của sợi quang mỏng hay một đĩa cỡ con chip chỉ dày một phần của một mili mét có thể phát ra hàng kilo watt, đủ để cắt lát một bản kim loại đi một lớp dày chừng đôi centi mét.
(Ảnh: Giuseppe Aresu/Bloomberg/Getty Images)
Laser phẫu thuật
Những thành công lớn đầu tiên của laser trong lĩnh vực y khoa xuất phát từ việc tiến hành những ca phẫu thuật bên trong mắt mà không cắt cắt mổ nhãn cầu.
Từ năm 1962, laser ruby đã được sử dụng để hàn võng mạc bị rách trong cầu mắt của bệnh nhân để cứu lấy khả năng nhìn của họ. Một thành công lớn hơn nữa xuất hiện năm 1968 khi bác sĩ phẫu thuật Francis L'Esperance và các kĩ sư Phòng thí nghiệm Bell sử dụng laser argon-neon để phá hủy các mạch máu bất bình thường, mà nếu không chúng sẽ phân tán khắp võng mạc và làm mù mắt bệnh nhân bị đái tháo đường. Liệu pháp đó ngày nay đã cứu lấy cái nhìn của hàng triệu con người.
Ngày nay, laser còn được sử dụng để cắt mô khỏi giác mạc nhằm hiệu chỉnh các tật khúc xạ của mắt (xem hình) và tẩy các vết bớt và vết xăm.
(Ảnh: Stephen Jaffe/AFP/Getty Images)
Mẹ của mọi laser
Sự nhiệt hạch hạt nhân có điều khiển lâu nay là niềm hi vọng nhiều nhất của chúng ta cho việc sản xuất năng lượng sạch, và vào năm 1962 nhà vật lí John Nuckolls thuộc Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore ở Livermore, California, Mĩ, đã đề xuất thu lấy nó bằng cách sử dụng các xung laser để làm nóng và nén các viên nhiên liệu của đồng vị hydrogen nặng.
Livermore đã và đang theo đuổi ý tưởng đó với sự xuất hiện liên tiếp của những laser ngày một to hơn, lên tới cực điểm là Thiết bị Đánh lửa Quốc gia. Nó là một hệ phức tạp gồm 192 chùm tua hồi năm ngoái đã tạo ra một xung với một megajoule năng lượng trong vài phần tỉ của một giây, khiến nó là laser mạnh nhất từng được chế tạo.
(Ảnh: National Ignition Facility)
Theo New Scientist
