Khoa Sư phạm

Trong hơn hai thập kỷ qua, các nguồn laser tử ngoại đã trở thành một trong những công nghệ then chốt thúc đẩy nhiều tiến bộ trong khoa học – kỹ thuật hiện đại. Với bước sóng ngắn, năng lượng photon cao và khả năng tương tác mạnh với vật chất, laser tử ngoại mang lại những đặc tính mà các vùng phổ khả kiến hoặc hồng ngoại khó có thể thay thế. Nhờ những ưu thế vượt trội này, chúng đang đóng vai trò ngày càng quan trọng trong vi chế tạo chính xác, y sinh học, quan trắc môi trường, quang phổ phân tích cũng như nghiên cứu cơ bản.

Các nguồn phát laser tử ngoại

Trước hết, trong lĩnh vực vi chế tạo và công nghệ bán dẫn, các laser tử ngoại như excimer (KrF 248 nm, ArF 193 nm) hay các laser rắn Ce:LiCAF bơm bằng 266 nm được xem là các nguồn sáng lý tưởng cho quang khắc độ phân giải cao. Bước sóng ngắn cho phép giảm giới hạn nhiễu xạ, nhờ đó chế tạo được các chi tiết có kích thước nanomet với độ chính xác vượt trội. Đặc biệt, các hệ laser UV xung ngắn còn có khả năng gia công lạnh (cold ablation), hạn chế tối đa vùng ảnh hưởng nhiệt, nhờ đó rất phù hợp để xử lý vật liệu nhạy nhiệt như polymer, thủy tinh quang học hay vật liệu sinh học.

Quang khắc độ phân giải cao

Trong y sinh học, laser tử ngoại đã mở ra những kỹ thuật can thiệp đột phá. Tiêu biểu là phẫu thuật điều chỉnh khúc xạ LASIK sử dụng laser excimer, cho phép tái tạo bề mặt giác mạc với độ chính xác từng micromet nhờ khả năng bào mòn mô theo từng lớp cực mỏng. Ngoài ra, laser UV còn được ứng dụng trong kích thích huỳnh quang, phân tích mô sinh học và nghiên cứu tương tác sinh – quang học ở mức phân tử, hỗ trợ đắc lực trong chẩn đoán và điều trị không xâm lấn.

Phẫu thuật điều chỉnh khúc xạ LASIK

Trong quan trắc môi trường và khí quyển, các hệ laser tử ngoại được khai thác cho quang phổ hấp thụ và các kỹ thuật đo từ xa như LIDAR hoặc DOAS. Năng lượng photon cao làm tăng khả năng kích thích hoặc ion hóa các phân tử khí, từ đó nâng cao độ nhạy và độ chính xác của phép đo. Các hệ laser UV điều chỉnh bước sóng, đặc biệt là các laser phổ siêu rộng như Ce:LiCAF modeless, tạo điều kiện thuận lợi cho việc khảo sát các dải hấp thụ rộng của NO₂, SO₂, ozone hay các hợp chất hữu cơ bay hơi.

Hình ảnh thu được từ hệ LIDAR

Không chỉ dừng lại ở các ứng dụng kỹ thuật, laser tử ngoại còn phục vụ hiệu quả cho nghiên cứu khoa học cơ bản. Các phổ tử ngoại cung cấp nhiều thông tin về cấu trúc điện tử của nguyên tử và phân tử, hỗ trợ mạnh mẽ cho các nghiên cứu về động lực học phân tử, quang hóa học và các quá trình phi tuyến bậc cao. Các nguồn laser UV xung cực ngắn cũng là nền tảng quan trọng cho các thí nghiệm pump–probe, nghiên cứu quá trình siêu nhanh trong thời gian pico – femtosecond.