Ánh sáng đơn sắc là ánh sáng chỉ có một bước sóng, hay một khoảng bước sóng rất hẹp, nên có một màu duy nhất và không thể tách thêm bằng lăng kính. Laser là nguồn đơn sắc tiêu biểu: tia laser đỏ, lục hay lam chỉ có đúng màu đó, lại đi thành chùm hẹp gần như không toả ra. Đèn đường hơi natri màu vàng cam cũng gần như đơn sắc, và dưới ánh đèn ấy mọi màu khác dường như biến mất.
Đơn sắc khác ánh trắng thế nào
Ánh nắng, ánh đèn trong nhà là hỗn hợp nhiều bước sóng. Cho đi qua lăng kính, chúng toả thành dải màu. Ánh sáng đơn sắc thì khác: qua lăng kính nó chỉ bị bẻ hướng, vẫn giữ nguyên một màu. Newton đã thấy điều này khi cho một màu tách ra từ lăng kính thứ nhất đi qua lăng kính thứ hai. Trong sách Vật lý, ánh sáng đơn sắc được định nghĩa đúng như vậy: ánh sáng không bị tán sắc khi qua lăng kính.
Trong thực tế, không có nguồn nào đơn sắc tuyệt đối; luôn có một khoảng bước sóng nhỏ. Laser có khoảng này rất hẹp, đèn natri hẹp, đèn LED màu rộng hơn, còn kính lọc màu thì rộng hơn nữa.
Laser: ánh sáng có trật tự
Laser là viết tắt tiếng Anh của "khuếch đại ánh sáng bằng phát xạ kích thích". Ý tưởng phát xạ kích thích do Albert Einstein nêu năm 1917. Laser hoạt động đầu tiên do Theodore Maiman chế tạo năm 1960, dùng một thanh hồng ngọc (ruby), phát ra ánh đỏ ở bước sóng khoảng 694 nm.
Ánh sáng laser có ba tính chất đặc biệt:
- Đơn sắc: gần như một bước sóng duy nhất.
- Kết hợp: các sóng đi cùng nhịp, đỉnh trùng đỉnh, như một đoàn người bước đều.
- Định hướng: chùm tia rất hẹp, đi xa mà ít toả rộng.
Ánh đèn pin thì ngược lại: nhiều bước sóng, các sóng lộn xộn, toả rộng ngay sau khi ra khỏi đèn.
Màu của các loại laser thường gặp
| Loại | Bước sóng gần đúng | Màu | Thường gặp ở |
|---|---|---|---|
| Laser bán dẫn đỏ | 635–670 nm | Đỏ | Bút chỉ, máy quét mã vạch, thước đo khoảng cách |
| Laser lục | 532 nm | Lục sáng | Bút chỉ, máy cân bằng trong xây dựng |
| Laser lam tím | 405 nm | Tím | Đầu đọc đĩa Blu-ray |
| Laser hồng ngoại | 780–1.550 nm | Mắt không thấy | Đầu đọc CD, cáp quang |
Một chi tiết thú vị: laser lục 532 nm cùng công suất trông sáng hơn laser đỏ rất nhiều, vì mắt người nhạy nhất với vùng lục. Nhiều bút laser lục loại phổ thông thực chất là laser hồng ngoại được "nhân đôi tần số" qua một tinh thể, đổi bước sóng 1.064 nm thành 532 nm.
Đèn natri: màu biến mất dưới ánh vàng cam
Đèn đường hơi natri áp suất thấp, từng phổ biến ở nhiều nước, phát ánh sáng gần như chỉ ở hai vạch rất sát nhau quanh 589 nm, màu vàng cam. Dưới loại đèn này, một chiếc xe đỏ, một chiếc xe lục và một chiếc xe lam đều trông như những mảng đậm nhạt của cùng một màu vàng xám. Lý do đơn giản: nguồn sáng chỉ có một màu, vật nào cũng chỉ có thể hắt lại màu đó nhiều hay ít. Không có ánh đỏ chiếu vào thì xe đỏ không thể hiện màu đỏ.
Đây là minh hoạ trực quan nhất cho nguyên tắc "màu cần nguồn sáng". Ngày nay nhiều thành phố đã thay đèn natri bằng đèn LED trắng, nên trải nghiệm này hiếm dần. Đèn natri cao áp, loại có ánh vàng cam pha chút trắng, vẫn còn ở một số nơi; dưới đèn này màu sắc có hiện ra nhưng nhạt và lệch.
Có thể mô phỏng ở nhà bằng cách đốt ngọn lửa có muối ăn: rắc chút muối lên ngọn lửa bếp gas, lửa loé vàng cam vì natri trong muối. Trong phòng tối, dưới ánh lửa ấy đồ vật màu đỏ trông sẫm lại. Chỉ làm khi có người lớn, cẩn thận lửa.
Ánh sáng đơn sắc trong đời sống và khoa học
- Quang phổ học: mỗi nguyên tố phát ra những vạch đơn sắc riêng. Pháo hoa có màu nhờ các muối kim loại: stronti cho đỏ, bari cho lục, đồng cho lam, natri cho vàng.
- Đo lường: từ năm 1983, mét được định nghĩa dựa trên quãng đường ánh sáng đi trong chân không trong một khoảng thời gian xác định. Laser đơn sắc giúp đo khoảng cách cực kỳ chính xác.
- Cáp quang: laser hồng ngoại mang dữ liệu Internet qua sợi thuỷ tinh mảnh như sợi tóc, đi xuyên đại dương.
- Y học: laser được dùng trong nhiều kỹ thuật điều trị mắt, da, phẫu thuật. Đây là việc của cơ sở y tế có chuyên môn, không tự làm tại nhà.
An toàn khi dùng bút laser
Bút laser là đồ dùng phổ biến khi thuyết trình, nhưng không phải đồ chơi. Tia laser hội tụ năng lượng vào một điểm rất nhỏ trên võng mạc; bút công suất cao có thể gây tổn thương mắt vĩnh viễn chỉ trong khoảnh khắc. Vài nguyên tắc:
- Không chiếu vào mắt người, vào động vật, vào gương hay mặt kính có thể phản xạ ngược.
- Tuyệt đối không chiếu lên máy bay, xe cộ đang di chuyển; tia laser có thể làm phi công, tài xế loá mắt, gây tai nạn. Nhiều nước xử phạt rất nặng hành vi này.
- Không để trẻ em tự chơi bút laser. Chọn bút công suất thấp, có ghi rõ phân loại an toàn.
- Nếu bị tia laser chiếu vào mắt và thấy nhìn mờ, có đốm tối, hãy đi khám bác sĩ mắt sớm.
Góc nhìn hôm nay: thấy chùm laser trong không khí
Tia laser bình thường vô hình trong không khí sạch, ta chỉ thấy chấm sáng nơi nó chạm vào. Muốn thấy chùm tia, cần hạt nhỏ để tán xạ: hơi nước từ ấm đun, một chút bụi phấn, sương phun. Đây cũng là cách các buổi biểu diễn ánh sáng laser dùng máy tạo khói. Thử chiếu bút laser đỏ công suất thấp qua cốc nước có pha vài giọt sữa, tia sẽ hiện rõ như một sợi chỉ đỏ trong nước, một cách quan sát an toàn vì tia không hướng vào mắt ai.
Câu hỏi thường gặp
Ánh sáng đơn sắc là gì?
Là ánh sáng chỉ có một bước sóng, hoặc một khoảng bước sóng rất hẹp, nên có một màu duy nhất. Đi qua lăng kính, nó chỉ bị bẻ hướng chứ không tách thành nhiều màu.
Laser được phát minh khi nào?
Laser hoạt động đầu tiên do Theodore Maiman chế tạo năm 1960, dùng thanh hồng ngọc phát ánh đỏ. Nền tảng lý thuyết là phát xạ kích thích do Einstein đề xuất năm 1917.
Vì sao dưới đèn đường vàng không phân biệt được màu xe?
Đèn natri áp suất thấp phát ánh sáng gần như đơn sắc vàng cam. Mọi vật chỉ hắt lại được màu đó nhiều hay ít, nên xe đỏ, xe xanh đều trông như vàng xám đậm nhạt.
Bút laser có nguy hiểm không?
Có thể. Tia laser tập trung năng lượng vào một điểm trên võng mạc, bút công suất cao có thể gây tổn thương mắt. Không chiếu vào mắt người, động vật, máy bay hay xe cộ, và không để trẻ tự chơi.