ĐẠ I HỌ C TH ÁI N GUYÊN
KH O A K H O A HỌ C T ự NH IÊN VÀ XÃ HỘ I
TRƯ Ơ NG THỊ LUYẾ N
Lớ p: CN Lý K2
TÌM HIỂ U Cơ CHẾ BƠ M LASER RẮ N
BẰ NG LASER BÁN DAN
KHÓA LUẬ N TỐ T NGHIỆ P ĐẠ I HỌ C
NGÀNH VẬ T LÝ
CHUYÊN NGÀNH VẬ T LÝ CHẤ T RAN
CÁN Bộ HƯ Ớ NG DẪ N: TH.S. NGUYÊN VĂN HẢ O
TH Á I N G U Y Ê N -2 0 0 8
ỉ - ờ i c ả m ơ n
Lờ i đầ u tiên trong khóa luậ n này, cho phép tôi gử i lờ i cả m ơ n sâu sắ c tớ i
toàn thể các thầ y cô giáo, nhữ ng ngư ờ i đã hế t mình truyề n thụ cho chúng tôi
nhữ ng kiế n thứ c vô cùng cầ n thiế t trong suố t quá trình họ c tậ p vừ a qua.
Vớ i tình cả m chân thành, tôi xin gử i lờ i cả m ơ n và bày tỏ lòng biế t ơ n
sâu sắ c nhấ t tớ i Ths. Nguyễ n Văn Hả o, ngư ờ i thầ y đã luôn tậ n tình hư ớ ng
dẫ n, trự c tiế p truyề n thụ cho tôi nhữ ng kiế n thứ c, nhữ ng ý tư ở ng khoa họ c
mớ i mẻ và sâu sắ c cùng nhữ ng kinh nghiệ m hế t sứ c cầ n thiế t và quỷ báu
trong suố t quá trình họ c tậ p và hoàn thành bả n khóa luậ n này.
Tôi xin chân thành cả m ơ n các thầ y, cô và các cán bộ ở Trung tâm
Lư ợ ng tử họ c điệ n tử - Việ n Vậ t lý & Điệ n tử đã tậ n tình hư ớ ng dẫ n và tạ o
mọ i điề u kiệ n thuậ n lợ i cho tôi trong suố t quá trình thự c nghiệ m thự c hiệ n
khóa luậ n.
Sau cùng, tôi xin gử i tớ i nhữ ng ngư ờ i thân trong gia đình lòng biế t ơ n
sâu sắ c và toàn thể bạ n bè, nhữ ng ngư ờ i đã luôn bên tôi, độ ng viên, giúp đỡ
tôi trong suố t quá trình họ c tậ p.
Thái nguyên, ngày 29 tháng 05 năm 2008
Sinh viên
Trư ơ ng Thị Luyế n
Sô hoa bơi Trung tâm Hoc liêu – ĐH TN http://www.lrc-tnu.edu.vn
Mụ c lụ c
T ra ng
Mở đầ u................................................................................................................1
P H Ả N l.L Ỷ T H U Y É T ...................................................................................................4
Chư ơ ng I. Tổ ng quan về laser bán dẫ n và laser r ắ n ..................................4
1.1. Laser bán dẫ n.........................................................................................4
1.1.1. Sự hấ p thụ và bứ c xạ trong bán d ẫ n ............................................ 4
1.1.2. Tiế p xúc p - n ............................................................................... 6
1.1.3. Điề u kiệ n nghị ch đả o độ tích lũy trong bán dẫ n
.........................
7
1.1.4. Buồ ng cộ ng hư ở ng laser bán d ẫ n
................................................ 9
1.1.5. Điề u kiệ n phát đố i vớ i laser bán d ẫ n ...........................................9
1.1.6. Đặ c trư ng củ a laser bán d ẫ n ........................................................ 10
1.2. Laser rắ n................................................................................................. 10
1.2.1. Laser Ruby.....................................................................................11
1.2.2. Laser Neodym............................................................................... 13
Chư ơ ng II. C ơ chế bơ m cho laser rắ n...........................................................17
2.1. Các Cơ chế bơ m cho laser.................................................................... 17
2.1.1. Bơ m quang họ c............................................................................. 17
2.1.2. Bơ m điệ n........................................................................................18
2.2. Cơ chế bơ m cho laser rắ n ..................................................................... 19
2.2ể 1. Bơ m bằ ng nguồ n sáng không kế t hợ p .........................................19
2.2.2ẳ Bơ m bằ ng nguồ n sáng kế t h ợ p .................................................... 24
2.3. Cơ chế bơ m cho laser rắ n bằ ng laser bán d ẫ n.....................................25
2.3ẽ 1. Nguồ n bơ m bằ ng laser bán d ẫ n....................................................25
2.3.2ễ Cấ u hình bơ m................................................................................. 27
PH À N 2: TH Ư C NG H IÊM .............................................................................. 29
Chư ơ ng III: K ế t quả thự c n gh iệ m .................................................................29
Sô hoa bơi Trung tâm Hoc liêu – ĐH TN http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.1ẵ Thiế t kế , khả o sát hệ laser rắ n Nd3+: YVO4 bơ m bằ ng laser diode....29
3.2. Nghiên cứ u và khả o sát các thông số hoạ t độ ng củ a laser diode ATC
31
3.2.1. Khả o sát đặ c trư ng dòng - công suấ t củ a laser diode A T C
......
32
3.2.2. Khả o sát đặ c trư ng phổ củ a laser diode.......................................35
3.3 Khả o sát tìm ngư ỡ ng phát laser Nd:Y V04............................................36
3.4. Khả o sát sự phụ thuộ c củ a ngư ỡ ng phát vào hệ số phả n xạ gư ơ ng ra38
KẾ T LU Ậ N........................................................................................................41
TÀI LIỆ U TH A M K H Ả O
.............................................................................. 43
Sô hoa bơi Trung tâm Hoc liêu – ĐH TN http://www.lrc-tnu.edu.vn
M Ở ĐẦ U
Từ khi đư ợ c phát minh cho tớ i nay, vậ t lý và công nghệ laser đã không
ngừ ng đư ợ c nghiên cử u và phát triể n. Đặ c biệ t nhờ nhữ ng tiế n bộ trong lĩnh
vự c khoa họ c vậ t liệ u quang tử và quang điệ n tử , các laser ngày càng đư ợ c
phát triể n đa dạ ng về chủ ng loạ i do vậ y ngày càng đáp ứ ng đư ợ c các nhu cầ u
sử dụ ng rộ ng rãi trong hầ u hế t các lĩnh vự c nghiên cứ u khoa họ c và ứ ng dụ ng
hiệ n đạ i.
Các laser rấ n hiệ n nay - mà trong đó sử dụ ng môi trư ờ ng hoạ t chấ t pha
tạ p ion Neodym (Nd3+) - đang chiế m mộ t tỉ phầ n lớ n. Loạ i laser này là mộ t
nguồ n bơ m quang họ c quan trọ ng đư ợ c sử dụ ng rấ t rộ ng rãi trong các phòng
thí nghiệ m quang họ c và quang phổ . Hiệ n nay, các laser Neodym vẫ n chủ yế u
đư ợ c bơ m bằ ng đèn flash vớ i hiệ u suấ t chuyể n đổ i năng lư ợ ng laser khá thấ p,
chỉ khoả ng 1 - 2%. N ăng lư ợ ng củ a đèn bơ m bị mấ t mát chủ .yế u dư ớ i dạ ng
nhiệ t, gây ra nhữ ng hiệ u ứ ng không mong muố n cho môi trư ờ ng hoạ t chấ t -
vì vậ y các laser này đòi hỏ i phả i có các hệ thố ng làm nguộ i phứ c tạ p và cồ ng
kề nh. Nguyên nhân làm hiệ u suấ t chuyể n đổ i năng lư ợ ng laser thấ p đó là do
phổ phát xạ củ a đèn flash có phân bố rấ t rộ ng so vớ i phổ hấ p thụ củ a ion
Neodym (có thể trong mộ t dả i hấ p thu hẹ p khoả ng 2 nm).
Các nghiên cứ u nhằ m nâng cao hiệ u suấ t biế n đổ i năng lư ợ ng trong laser
Neodym cũng như các phư ơ ng pháp nhằ m cả i tiế n đèn flash đề u không mang
lạ i hiệ u quả cao. Rấ t may mắ n, nhờ sự phát triể n củ a công nghệ laser bán dẫ n
gầ n đây, công suấ t phát laser bán dẫ n có thể đạ t tớ i hàng chụ c oát (W) vớ i
phổ phát xạ có thể tậ p trung trong mộ t khoả ng phổ hẹ p (2 -ỉ - 3 nm) và đặ c biệ t
có thể phù hợ p tố t vớ i phổ hấ p thụ củ a các tinh the laser. Do vậ y, các phư ơ ng
pháp quang họ c bằ ng laser bán dẫ n để bơ m cho laser rắ n đã đư ợ c phát triể n
1
Sô hoa bơi Trung tâm Hoc liêu – ĐH TN http://www.lrc-tnu.edu.vn