Giáo trình Quang học

ạt bằng Sêri (Ce) và kích thích bằng tia tử ngoại trên (2500Ao) thì thấy phát 
quang ánh sáng tử ngoại 3500Ao. 
Bây giờ tăng hoạt cả Ce và Mn và kích thích bằng ánh sáng 2500Ao thì ta thấy ánh sáng 
phát quang gồm cả vạch 3500Ao và vạch đĩ nĩi trên. 
Người ta giải thích như sau: Khi được kích thích bằng tia 2500Ao, Ce chuyển năng 
lượng kích thích cho chất tăng hoạt Mn, như vậy, một cách gián tiếp, phốt phát calci với 
chất tăng hoạt là Mn đã bị kích thích bởi tia 2500Ao. Sự chuyển năng lượng giữa hai tâm 
sáng như trên (từ tâm sáng cĩ chứa Ce sang tâm sáng cĩ chứa Mn) được gọi là sự nhạy hĩa. 
Ce đợc gọi là chất nhạy hĩa. 
Chương XII 
LASER 
§§1. SỰ PHÁT MINH LASER. 
Việc phát minh ra tia Laser bắt nguồn từ các cố gắng của các nhà khoa học muốn tìm 
được cách sản xuất các luồng sĩng vơ tuyến cĩ bước sĩng thật ngắn. Trong kỹ thuật vơ 
tuyến, người ta biết rằng : Muốn tạo được các luồng sĩng vơ tuyến cĩ bước sĩng càng ngắn 
thì phải cĩ các máy phát sĩng cĩ kích thước càng nhỏ. Như vậy, các kỹ thuật gia trước một 
vấn đề nan giải là : Khơng thể chế tạo được các máy phát sĩng cĩ kích thước quá nhỏ. Để 
giải quyết khĩ khăn này, người ta đã nghỉ tới loại máy phát sĩng vơ cùng nhỏ cĩ sẵn trong 
thiên nhiên : Đĩ là các nguyên tử, các phân tử vật chất. Thực vậy, chúng ta đã biết ánh sáng 
là loại sĩng điện từ cĩ độ dài sĩng ngắn phát ra bởi các nguyên tử hay phân tử. Vậy sự bế 
tắc nĩi trên của ngành vơ tuyến, trên nguyên tắc cĩ thể được giải quyết. Tuy nhiên, một vấn 
đề rất khĩ đặt ra trước các nhà khoa học, kỹ thuật là: Làm thế nào bắt các máy phát sĩng tí 
hon đĩ hoạt động theo ý muốn của con người. Vì chúng ta đã biết, sự phát sĩng ánh sáng 
của các nguyên tử, phân tử xảy ra hồn tồn ngẫu nhiên, tự phát, khơng điều khiển được. 
Các nguyên tử trong một nguồn sáng phát ra ánh sáng theo tất cả mọi phương với vơ số 
bước sĩng khác nhau. Các sĩng được phát ra khơng cĩ liên hệ gì với nhau về biên độ cũng 
như về pha. Một nguồn sáng như vậy khơng cĩ lợi ích gì trong kỹ thuật vơ tuyến. 
Quá trình giải quyết vấn đề này (điều khiển được các bức xạ phát ra bởi các nguyên tử, 
phân tử) đưa đến sự phát minh ra MASER (viết tắt của Microwave Amplification by 
Stimulated Emission of Radiation) và LASER (Light Amplification by Stimulated Emission 
of Radiation). 
Hai nhà bác học Liên Xơ Prơkhơrơp và Basơp và nhà bác học Mỹ Townes là những 
người đã đĩng gĩp rất nhiều trong việc đưa đến các phát minh trên (lãnh chung giải Nobel 
về vật lý năm 1964). 
Máy Maser đầu tiên được thực hiện năm 1954 ở Mỹ và Liên Xơ. 
Tháng 7/1960, máy Laser đầu tiên xuất hiện do cơng trình của Maimain. 
§§2. SỰ PHÁT XẠ KÍCH ĐỘNG. 
Ta đã biết rằng sự phát xạ bởi các hạt (nguyên tử, phân tử, ion) trong các nguồn sáng 
thơng thường là các quá trình xảy ra một cách tự phát, hồn tồn ngẫu nhiên. Khi nhận được 
một năng lượng thích hợp, hạt sẽ từ trạng thái bền nhảy lên trạng thái kích thích cĩ mức 
năng lượng cao hơn. Sau một thời gian, hạt sẽ rơi trở về trạng thái bền và phĩng thích năng 
lượng (đã hấp thụ) dưới dạng ánh sáng, nghĩa là phát ra photon. 
Năm 1917, khi nghiên cứu quá trình tương tác giữa ánh sáng và vật chất, Einstein cho 
rằng : Khơng những các hạt phát xạ một cách ngẫu nhiên như trên mà cịn cĩ thể phát xạ do 
tác động của bên ngồi. Khi ta chiếu vào hệ một bức xạ, thì các hạt đang ở mức năng lượng 
kích thích E2 sẽ rơi trở về căn bản E1 và phát ra bức xạ : Đĩ là hiện tượng bức xạ kích thích 
động (hay bức xạ ứng, bức xạ cưỡng bức). Đây là cơ sở hoạt động của máy Laser. 
Bây giờ ta xét trường hợp đơn giản : các hạt thay đổi giữa hai mức năng lượng E1 (căn 
bản) và E2 (kích thích). Khi ta kích thích bằng quang tử (photon) cĩ năng lượng. 
 hν = E2 – E1 
Thì các hạt từ mức E1 sẽ nhảy lên mức E2. Giả sử vào một thời điểm t, hệ khảo sát cĩ n1 
hạt ở mức căn bản E1 và n2 hạt ở mức kích thích E2. Số hạt từ mức E1 nhảy lên mức E2 
trong thời gian từ thời điểm t tới thời điểm t’ = t + dt là : 
- dn1 = Bn1 ζ dt 
B : là một hệ số dương, được gọi là xác xuất hấp thụ. 
( : là mật độ năng lượng kích thích. 
Số hạt ngẫu nhiên rơi trở về mức căn bản trong thời gian trên là: 
 - dn2 = A n2 dt 
A : hệ số dương, được gọi là xác xuất phát xạ tự nhiên. 
Số hạt phát xạ do kích động trong cùng thời gian trên là: 
- dn*2 = Bn2 ζ dt 
B: xác xuất phát xạ kích động, giả thuyết bằng xác xuất hấp thụ. 
Khi hệ đạt tới sự cân bằng nhiệt động lực học, số hạt ở mức E2 khơng thay đổi, vậy số 
hạt đi lên mức E2 phải bằng số hạt rơi trở về mức căn bản. 
- dn1 = - dn2 – dn*2 
Hay Bn1 ζ dt = A n2 dt + Bn2 ζ dt 
Suy ra Bn1 ζ = (A + B ζ) n2 
Vậy ĉ 
Nghĩa là số hạt ở mức năng lượng kích thích E2 (cao hơn) bao giờ cũng ít hơn ở mức 
năng lượng căn bản E1 (thấp hơn). 
Tĩm lại, khi ta chiếu vào hệ một chùm tia sáng kích thích cĩ năng lượng photon là h( thì 
trong một thời gian dt sẽ làm cho một số hạt từ trạng thái cơ bản E1 nhảy lên trạng thái kích 
thích E2 (sự hấp thụ), trong thời gian đĩ, một số hạt từ mức E2 tự phát rơi trở về E1, một số 
hạt khác bị đụng với photon kích thích cũng rơi trở về E1 (sự phát xạ ngẫu nhiên và phát xạ 
kích động). Nhưng luơn luơn n2 < n1. Do đĩ, các photon kích thích h( gặp các hạt ở mức E1 
nhiều hơn gặp các hạt ở mức E2, nghĩa là hiện tượng hấp thụ mạnh hơn hiện tượng phát xạ 
ánh sáng. Vì vậy, ở điều kiện bình thường, khi đi qua một mơi trường vật chất bao giờ ánh 
sáng cũng bị yếu đi. 
Khi một photon h( gặp một hạt ở trạng thái kích thích và làm hạt này rơi trở về mức căn 
bản thì photon được hạt phĩng thích cũng là h( (năng lượng do hạt hấp thụ khi đi từ E1 lên 
E2), photon mới sinh ra này hồn tồn giống photon kích 
động (về hướng đi, bước sĩng, sĩng, pha, tính phân cực). 
Như vậy kết quả của sự kích động là từ một photon tới 
hạt, ta được hai photon phát xạ. 
H. 1 
hv 
hv E1 
E2 
hv 
§§3. SỰ KHUYẾCH ĐẠI ÁNH SÁNG ĐI QUA MỘT MƠI TRƯỜNG. 
Bây giờ ta thử giả thuyết cĩ một trường hợp: Trong một mơi trường số hạt ở trạng thái 
kích thích lớn hơn số hạt ở trạng thái căn bản : n2 > n1. Trong trường hợp này, photon kích 
động sẽ gặp các hạt ở trạng thái kích thích nhiều hơn ở trạng thái căn bản. Khi đĩ hiện 
tượng bức xạ sẽ mạnh hơn hiện tượng hấp thụ và kết quả ngược với trường hợp trên, khi 
truyền qua mơi trường, ánh sáng mạnh hơn lên. Thực vậy, khi một photon kích động gặp 
một hạt ở trạng thái kích thích và gây ra sự phát xạ thì một photon thành hai. Cứ như thế số 
photon tăng lên rất nhanh, Và khi truyền qua mơi trường, ta được một chùm tia sáng cĩ 
cường độ mạnh. 
Như vậy, vấn đề là: Muốn cĩ một chùm tia sáng cực mạnh bằng cách được khuyếch đại 
lên như trên, ta phải làm cách nào cĩ n2 > n1. Đĩ là sự “đảo ngược dân số“. Mơi trường khi 
bị đảo ngược dân số như vậy được gọi là mơi trường hoạt tính. 
Để số hạt cĩ năng lượng cao nhiều hơn hạt số hạt cĩ năng lượng thấp, người ta phải cung 
cấp năng lượng cho mơi trường, phải “bơm” năng lượng cho nĩ. Một trong các cách làm 
nghịch đảo dân số là phương pháp “bơm” quang học. Kỹ thuật này đưa đến giải Nobel về 
vật lý cho nhà bác học Pháp Kastler năm 1966 (cơng trình này của Kastler được thực hiện từ 
năm 1950). Kastler dùng một chùm tia sáng cĩ cường độ mạnh làm bơm để bơm năng 
lượng cho mơi trường khiến nĩ trở thành hoạt tính. Phương pháp bơm quang học thường 
được dùng với các chất rắn và chất lỏng. Với laser khí, người ta thường nghịch đảo dân số 
bằng cách phĩng điện trong khí kém. 
§§4. BỘ CỘNG HƯỞNG. 
Với điều kiện n2 > n1, mơi trường cho khả năng cĩ thể thực hiện sự khuyếch đại cường 
độ ánh sáng, nhưng muốn cĩ được một chùm tia Laser cĩ đặc tính định hướng cao độ thì chỉ 
cĩ mơi trường hoạt tính thì chưa đủ, mà cịn cần một bộ phận gọi là bộ cộng hưởng. Bộ 
phận này vừa cĩ tác dụng tăng cường cường độ ánh sáng, vừa cĩ tác dụng định hướng chùm 
tia laser khi nĩ phĩng ra khỏi máy. Trong trường hợp đơn giản nhất, bộ phận cộng hưởng 
gồm hai gương phẳng M1 và M2, thiết trí ở hai đầu máy. 
Các photon cĩ phương di chuyển thẳng gĩc với hai gương sẽ dội đi, dội lại nhiều lần 
trong mơi trường hoạt tính. Như vậy bộ phận cộng hưởng đĩng vai trị như một cái bẫy ánh 
sáng. Trong khi phản chiếu qua lại như thế, các photon đập vào các hạt ở trạng thái kích 
thích, làm phĩng thích các photon khác. Các photon này lại phản chiếu qua lại giữa M1 và 
M2, đập vào các hạt ở trạng thái kích thích và lại làm bật ra các photon mới nữa, cứ như thế 
cường độ ánh sáng tăng lên rất mạnh. 
Các photon này khơng di chuyển thẳng gĩc với hai gương thì sau một hồi di chuyển, 
chúng bị lọt ra ngồi máy. 
§§5. THỀM PHÁT XẠ KÍCH ĐỘNG. 
Ta nhận thấy trong cách cấu tạo trên của máy laser, cĩ thể một phần năng lượng sẽ bị 
mất đi do sự phản chiếu trên hai gương M1, M2 và do sự nhiễu xạ làm lệch phương di 
chuyển của các photon. Do đĩ, ta chỉ thực sự cĩ hiện tượng khuyếch đại cường độ ánh sáng 
nếu cơng suất P sinh ra do sự phát xạ kích động lớn hơn cơng suất P’ bị mất đi 
Ta cĩ νhdt
dn
dt
dwP == 
dn/dt là số photon phát ra do sự phát xạ kích động trong một đơn vị thời gian. 
Vậy P = (n2 – n1)B ( h( 
* Mất năng lượng do phản chiếu : 
Trên thực tế, năng suất phản xạ ( của các gương bao giờ cũng nhỏ hơn 1. Do đĩ một 
phần ánh sáng bị mất đi do sự phản xạ trên các gương. Cường độ ánh sáng mất đi trong một 
đơn vị thời gian do sự phản xạ là : 
 với 
L = chiều dài giữa hai gương M1 và M2 
C = vận tốc truyền sáng. 
* Mất năng lượng do nhiễu xạ : 
Một phần ánh sáng cũng bị mất đi do hiện tượng nhiễu xạ khi ánh sáng tới các gương 
M1 và M2. Cường độ ánh sáng mất đi trong một đơn vị thời gian do hiện tượng này là : 
với 
Cường độ giảm tổng cộng là : 
Với 
Máy càng tốt thì T cĩ trị số càng lớn, năng lượng mất đi do các hiện tượng trên càng 
nhỏ. 
Từ điều kiện P > P’ hay (n2 – n1) B( h( > P’, ta suy ra 
 (trị số dương) 
( ) ( ) ζBnn
dt
dn
dt
dn
dt
dn
12
1
*
2 −=−−−=
1T
I
dt
dt
px
−= 
)1(1 α−= C
LT 
2nx
dI I
dt T
−= 
λC
DT
2
2 = 
T
I
TT
I
dt
dI −=⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ +−=
21
11
21
111
TTT
+= 
νζhB
pnn
'
12 >− 
TBh
nn
T
P ν
ζ 1
12
' >−⇒=
M1 
H. 2 
L 
D 
M2 
P’ được tính bởi cơng thức 
Như vậy muốn cĩ được sự khuyếch đại cường độ ánh sáng, khơng những ta phải cĩ điều 
kiện đầu tiên n2 > n1 mà n2 – n1 phải lớn hơn một trị số (dương) xác định. Trị số này được 
gọi là thềm phát xạ kích động. Ta cĩ trị số càng lớn thì thềm phát xạ kích động càng thấp. 
Chỉ khi vào n2 – n1 vượt qua thềm, thì mới cĩ ánh sáng laser phát ra. 
§§6. CÁC ĐẶC TÍNH CỦA TIA LASER. 
1. Tính đơn sắc. 
Các photon phát xạ kích động mang cùng một năng lượng h( nên ánh sáng rất đơn sắc. 
Nếu xét ánh sáng phát ra bởi ngọc hồng tảo thì trong trường hợp laser, bề rộng PP’ của vạch 
6943Ao hẹp khoảng 10-4 lần so với bề rộng QQ’ của vạch này trong trường hợp phát xạ 
thơng thường. 
2. Tính điều hợp . 
Với một nguồn sáng thơng thường, ánh sáng 
phát ra bởi các hạt là ánh sáng khơng điều hợp 
nhau, nghĩa là khơng cĩ một sự liên hệ nào về 
pha giữa các chấn động phát ra bởi các hạt. Trong 
trường hợp nguồn sáng laser, các photon phát ra 
đều đồng pha nên ánh sáng laser là một chùm ánh 
sáng điều hợp. Chính vì vậy, chùm tia laser cĩ thể gây ra những tác dụng rất mạnh (tổng 
hợp các chấn động đồng pha). 
3. Tính song song. 
Chùm tia laser phát ra song song với trục, với một gĩc loe rất nhỏ. 
Năm 1962, một chùm tia laser được chiếu lên mặt trăng cĩ gĩc loe là 3 x 10-5 rad. 
§§7. CHẾ TẠO LASER. 
1. Laser hồng ngọc (Ngọc hồng tảo). 
Hồng ngọc (Rubis) là tính thể oxid nhơm Al2O3 cĩ lẫn một lượng nho ion Cr +++, 
chính các ion Cr +++ này đĩng vai trị hạt hoạt tính. Loại máy này gồm một thanh hồng 
ngọc hình trụ dài vài cm, đường kính vài mm (gần đây người ta dùng thanh hồng ngọc tới 
20cm) để làm đảo ngược dân số. 
M1 
H. 4 
M2 
λ (Ao)
Q’ Q 
2
MI
(Ao)
I 
IM 
P’ P 
6943 
H. 3 
Khi máy tụ điện phĩng điện vào đèn Xênon, đèn phát ra xung ánh sáng cĩ cường độ rất 
mạnh rọi vào thanh hồng ngọc trong một thời gian ngắn. Các xung phát ra liên tiếp này đã 
bơm năng lượng để biến mơi trường thành hoạt tính. Các photon do đèn phát ra tới thẳng 
gĩc với thanh hồng ngọc. Các ion Cr +++ hấp thụ ánh sáng trong vùng vàng lục của đèn 
chiếu tới, nhảy từ mức năng lượng cơ bản E1 lên mức năng lượng E3. Đời sống ở mức này 
rất ngắn nên gần như tức thời các hạt Cr +++ rơi xuống mức năng lượng E2 cĩ đời sống khá 
dài (( 5.10-3s), chính vì vậy hạt ở mức E2 mới cĩ thể lớn hơn số hạt ở mức E1. 
Khi bị kích thích, các ion Cr +++ từ E2 rơi trở về mức căn bản E1 và phát ánh sáng đỏ 
cĩ độ dài sĩng 6.943Ao. các photon này di chuyển song song với trục của thanh hồng ngọc, 
bị dội đi dội lại giữa hai gương M1 và M2 khiến số photon tăng lên nhanh và gấp bội, khi đã 
vượt qua thềm phát xạ kích thích, tia laser bắn ra ngồi. 
Như vậy ta thấy laser hồng ngọc tảo đỏ hoạt động theo chế độ phát xung. Tia laser bắn 
ra cách nhau chừng vài phút, tác động mỗi lần trong một thời gian rất ngắn (( 10-6s) và phát 
ra một năng lượng ( 0,1 joule, nghĩa là cĩ cơng suất 105 watt (trong thời gian đĩ tiêu thụ tới 
1.000J). 
Người ta cũng chế tạo được laser hồng ngọc phát xạ liên tục nhưng cơng suất rất yếu. 
2. Laser khí He – Ne. 
Trong hỗn hợp này, Ne là chất chính, cịn He chỉ đĩng vai trị trung gian (chất mơi). Sỡ 
dĩ phải cần chất mồi vì năng suất hấp thụ của Ne kém và nhất là mức năng lượng của Ne 
hẹp nên nếu kích thích trực tiếp Ne thì gặp phải khĩ khăn là phải cĩ ánh sáng kích thích rất 
đơn sắc. 
Ống chứa hỗn hợp khí He – Ne cĩ hình trụ dài 1m. đường kính 25mm. Hai đầu ống là 
hai tấm kính trong suốt A và B nghiêng sao cho gĩc tới của tia sáng là gĩc tới Brewster (để 
làm giảm ánh sáng mất đi do phản chiếu). 
Nguyên tử He bị kích thích nhảy từ mức cơ bản E1 lên mức E4 và chuyển năng lượng 
của nguyên tử Ne đang ở mức cơ bản. 
A 
M2 
iB 
M1 
B 
H. 6 
H.5
E3 
E2 
6943A 
E1 
Các nguyên tử Ne ở mức năng lượng kích thích nhảy xuống mức E3 rồi rơi xuống E2 
phát ra ánh sáng đỏ 6328Ao. Số hạt ở mức E2 nhỏ nên sự đảo ngược dân số dễ thực hiện 
hơn và sự phát xạ chỉ địi hỏi một thềm năng lượng tương đối nhỏ hơn trường hợp Laser 
hồng ngọc. 
Laser He – Ne hoạt động theo hế độ phát xạ liên tục nhưng cơng suất rất yếu (vài 
miliwatt). Tia sáng Laser bắn ra qua lỗ thủng ở gương M2. 
Ngày nay, người ta thực hiện được sự phát xạ laser với rất nhiều mơi trường khác nhau : 
rắn, lỏng hay khí chất bán dẫn. 
§§8. ỨNG DỤNG CỦA LASER. 
- Dùng để tạo các mật độ năng lượng rất lớn, nhiệt độ cao. 
- Vì tính đơn sắc nên rất đắc dụng trong việc áp dụng vào giao thoa kế học . 
- Áp dụng vào ngành vơ tuyến điện. 
- Đo khoảng cách và định vị trí 
- Trong y khoa để giải phẩu các tế bào. 
- Hướng dẫn mục tiêu. 
- Chụp ảnh tồn ký. 
v.v.. 
§§9. GIỚI THIỆU VỀ QUANG HỌC PHI TUYẾN. 
Quang học khảo sát với các nguồn sáng thơng thường (khơng phải là nguồn laser) được 
gọi là quang học tuyến tính. Các nguồn sáng thơng thường này cho ta các chùm bức xạ với 
cường độ điện trường tương đối yếu (khoảng 103 V/cm) so với cường độ điện trường bên 
trong nguyên tử (từ 107 V/cm đến 109 V/cm). Khi các chùm tia bức xạ này truyền qua một 
mơi trường thì sẽ tạo ra véctơ phân cực điệnĠ là một hàm tuyến tính theo điện trườngĠ của 
bức xạ truyền qua. 
 ( ) ( ), ,P t E tγ λ γ=r rr r
H. 7
E1 
E4 
He 
He* 
E1 
E3 
E4 
6328Ao
E2 
Ne 
Ne*
He* + Ne Ỉ Ne* + He 
Trong mơi trường đẳng hướng, ( là một vơ hướng và được gọi là độ cảm điện mơi tuyến 
tính của mơi trường. 
Trong một mơi trường dị hướng tự nhiên, ta phải thay thế biểu thức trên bởi biểu thức 
tensơ. Với một thành phần Pi củaĠ, ta cĩ: 
( ) ( ), ,i ij jP t E tγ λ γ=r rr 
Trong đĩ (ij là các phân tử của một tensơ cấp 2, gọi là tensơ độ cảm điện mơi tuyến tính. 
Trong quang học tuyến tính, ta đã thấy các tính chất quang học của mơi trường tùy thuộc 
vào tần số của bức xạ truyền qua và khơng tùy thuộc vào cường độ điện trường của bức xạ 
này. 
Sau sự ra đời của bức xạ laser, với các chùm tia laser cĩ cường độ điện trường khá mạnh 
(từ 105 V/cm tới 108 V/cm), xấp sỉ với cường độ điện trường bên trong nguyên tử. Người ta 
thấy các tính chất quang học của mơi trường khơng những tùy thuộc vào tần số của bức xạ 
tương tác mà cịn tùy thuộc cường độ điện trường của bức xạ này. Đồng thời ghi nhận được 
nhiều hiệu ứng quang học mới do sự tương tác của các chùm tới laser với mơi trường. Từ 
đĩ, hình thành một ngành quang học mới, được gọi là quang học phi tuyến tính. Danh từ 
này bắt nguồn từ biểu thức phi tuyến tính giữa véctơ phân cực điệnĠ và điện trườngĠ. Ở 
đây ta cĩ biểu thức tổng quát hơn giữaĠ vàĠ 
 ( )i ij j
j
P E Eλ=∑ r 
Trong đĩ tensơ độ cảm điện mơi ( phụ thuộc vào điện trườngĠ. 
Khai triển (ij (E) theo các lũy thừa của cường độ điện trường với sự gần đúng bậc nhất, 
ta cĩ : ( ) k
k
ijijij EE ∑+= λλλ r 
Vậy ta cĩ biểu thức phi tuyến tính giữaĠ vàĠ như sau: 
i ij j ijk j k
j jk
P E E Eλ λ= +∑ ∑ 
Trong đĩ (ij là các phân tử của tensơ độ cảm điện mơi tuyến tính. (ijk là các phân tử của 
tensơ độ cảm điện mơi phi tuyến. 
j
j
ij
t
i EP ∑= λ là thành phần của véctơ phân cực tuyến tính. 
kj
kj
ijk
pt
i EEP ∑=
,
λ là thành phần của véctơ phân cực phi tuyến. 
Ta cĩ Pi = Pit + Pipt 
§§10. SƠ LƯỢC VỀ MỘT SỐ HIỆU ỨNG QUANG PHI TUYẾN. 
1. Sự phát sinh sĩng họa tần bậc hai (SHH). 
Đĩ là hiện tượng khi chiếu vào mơi trường một chùm laser cĩ tần số ( thì khi bức xạ lĩ 
ra khỏi mơi trường, ta thấy xuất hiện thêm một bức xạ mới cĩ tần số 2(. Ta cĩ thể thực hiện 
sự phát SHH bằng cách cho một chùm tia laser hồng ngọc cĩ cơng suất trung bình (( 10 kw) 
hội tụ vào mặt một bản tinh thể thạch anh. Trong ánh sáng lĩ, người ta thấy xuất hiện một 
bức xạ mới cĩ bước sĩng bằng một nữa bước sĩng của laser hồng ngọc. SHH này, trong các 
thí nghiệm đầu tiên cĩ cường độ rất yếu (≈ 1 miliwat). 
Cần lưu ý là khơng phải mọi mơi trường đều cĩ khả năng phát SHH. Thí dụ khơng thể 
tạo ra sự phát SHH với một mơi trường đẳng hướng hoặc với một tinh thể cĩ tâm đối xứng 
nghịch đảo. 
Lý thuyết và thực nghiệm cho thấy để làm tăng hiệu suất biến đổi từ sĩng cơ bản (laser 
chiếu tới mơi trường) thành SHH, người ta phải cho chùm tia laser (song song hoặc hội tụ 
yếu) đi qua một tinh thể theo một phương đặc biệt sao cho chiết suất của sĩng cơ bản và của 
SHH bằng nhau. Điều kiện này được gọi là sự điều hợp chiết suất. Trong các thí nghiệm của 
nhĩm Maker và Giordmaine thực hiện với tinh thể KDP (KH2PO4) và với laser hồng ngọc, 
người ta thấy phương đặc biệt này làm với trục quang học của tinh thể một gĩc ( 50o. 
2. Sự phát sĩng họa tần bậc ba (SHB). 
Hiện tượng phát sĩng họa tần bậc ba đã được thực hiện với calcit bởi nhĩm nghiên cứu 
Terhune, sĩng mới phát sinh cĩ tần số gấp ba lần tần số bức xạ laser cơ bản. 
3. Sự tổ hợp tần số. 
Đây được coi là hiệu ứng biến đổi tổng quát hơn về tần số bức xạ do tương tác với mơi 
trường. 
Các thí nghiệm đầu tiên về tổ hợp tần số đã được thực hiện trong tinh thể TGS 
(Triglycine Sulphate) ở nhiệt độ của N2 lỏng với hai chùm tia laser cĩ hiệu số bước sĩng là 
(( = 8Ao, người ta ghi nhận được, ngồi các SHH, một bức xạ tổng tần ((1 + (2) 
Người ta cũng thực hiện được các thí nghiệm trong đĩ ghi nhận được sự phát sinh của 
bức xạ hiệu tần (ν1 - ν2). 
Các thí nghiệm trên được thực hiện lần đầu tiên năm 1962. 
4. Sự hội tụ của chùm tia sáng. 
Khi chiếu một chùm tia laser song song đi qua một mơi trường, thí dụ CS2, chùm tia 
laser làm cho mơi trường trở thành khơng đồng tính; chiết suất của mơi trường tăng dần khi 
đi từ ngồi vào trung tâm chùm tia, khiến chùm tia laser bị hội tụ lại. Năng lượng của chùm 
tia thay vì bị tiêu tán như trường hợp thơng thường, thì ở đây được tập trung lại trong một 
con kênh ánh sáng cĩ thiết diện hẹp. 
5. Sự biến mất giới hạn đỏ trong hiệu ứng quang điện. 
Với các chùm tia laser cĩ cường độ đạt tới giá trị đủ mạnh, hiệu ứng quang điện ngồi 
xảy ra với những tần số thấp hơn tần số ngưỡng. 
H. 8