HC VIN KHOA HC VÀ CÔNG NGH
-----------------------------
NGUYỄN VĂN ĐIỆP
NGHIÊN CỨU ĐNG HC KHUẾCH ĐẠI XUNG LASER
T NGOI 280-320 NM VÀ ĐỊNH HƯỚNG NG DNG
TRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG
LUN ÁN TIẾN SĨ QUANG HC
MÃ S: 9440110
Hà Ni 2023
B GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIN HÀN LÂM KHOA HC
VÀ CÔNG NGH VIT NAM
B GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIN HÀN LÂM KHOA HC
VÀ CÔNG NGH VIT NAM
HC VIN KHOA HC VÀ CÔNG NGH
-----------------------------
NGUYỄN VĂN ĐIỆP
NGHIÊN CỨU ĐNG HC KHUẾCH ĐẠI XUNG LASER
T NGOI 280-320 NM VÀ ĐỊNH HƯỚNG NG DNG
TRONG QUAN TRC MÔI TRƯỜNG
Chuyên ngành: Quang hc
Mã s: 9440110
LUN ÁN TIẾN SĨ QUANG HC
NGƯỜI HƯỚNG DN KHOA HC:
PGS.TS. Phm Hng Minh
GS. TS. Nguyễn Đại Hưng.
Hà Ni 2023
i
MC LC
Lời cam đoan ............................................................................................................ iv
Li cảm ơn ................................................................................................................. v
Bng ký hiu hoc ch cái viết tt .......................................................................... vi
Danh mc các bng biu ....................................................................................... viii
Danh mc các hình v, biu đ ............................................................................... ix
M đầu ...................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1: VT LÝ VÀ CÔNG NGH TRONG KHUCH ĐI LASER .... 5
1.1. Tng quan v khuếch đại laser ....................................................................... 5
1.1.1. Nguyên lý khuếch đi laser ........................................................................ 5
1.1.2. Mt s vấn đ vt lý trong khuếch đại laser .............................................. 6
1.1.3. Cu hình khuếch đi laser ....................................................................... 11
1.1.4. Phương trình Franz-Nodvik c điển ........................................................ 15
1.2. Tng quan v môi trưng laser Ce:LiCAF .................................................. 18
1.2.1. Môi trưng fluoride pha tp Cerium ....................................................... 18
1.2.2. Các đặc trưng của môi trường Ce:LiCAF ............................................... 20
1.2.3. H laser t ngoi da trên tinh th Ce:LiCAF ........................................ 22
1.3. ng dng ca laser t ngoi .......................................................................... 24
1.3.1. ng dng trong gia công vt liệu, vi cơ khí ............................................ 24
1.3.2. ng dng trong nghiên cứu môi trường .................................................. 25
Kết luận chương 1 ................................................................................................... 30
CHƯƠNG 2: ĐỘNG HC PH KHUẾCH ĐẠI CÁC XUNG LASER T
NGOI S DNG TINH TH Ce:LiCAF .................................. 31
2.1. Cu hình khuếch đại nhiu ln truyn qua s dng tinh th Ce:LiCAF .. 31
2.2. Mô hình lý thuyết cho khuếch đi laser ................................................................. 33
2.3. Thông s s dng trong mô phng ............................................................... 37
2.3.1. Thông số của linh kiện và thiết bị quang ............................................... 38
ii
2.3.2. Tiết din khuếch đi và hp th của môi trường Ce:LiCAF ................. 39
2.4. Động hc khuếch đại xung laser t ngoi s dng tinh th Ce:LiCAF .... 40
2.4.1. S thay đi ca nghch đảo đ tích y trong quá trình bơm và khuếch đi . 41
2.4.2. nh hưởng ca ng sut laser bơm lên công sut laser sau khuếch đại ..... 42
2.4.3. nh hưng ca công sut laser n hiu lên ng sut laser sau khuếch đi ... 44
2.4.4.
nh hưng ca bưc sóng laser tín hiu lên công sut laser sau khuếch đi
...... 45
2.4.5.
Ảnh hưởng của độ rng ph laser tín hiu lên ph laser sau khuếch đại
. 47
2.4.6.
Dch đnh ph laser tín hiu trong quá trình khuếch đi
.......................... 49
Kết luận chương 2. ............................................................................................. 52
CHƯƠNG 3: KHUẾCH ĐẠI XUNG LASER T NGOI S DNG TINH
TH Ce:LiCAF ............................................................................... 53
3.1. Phát trin h khuếch đại xung laser t ngoi băng rộng s dng tinh th
Ce:LiCAF ........................................................................................................ 53
3.1.1. Cu hình h khuếch đại ........................................................................... 53
3.1.2. Đặc trưng phát x ca h laser tín hiu Ce:LiCAF s dng cu hình bung
cộng hưởng Fabry-Perot ......................................................................... 56
3.1.3. Khuếch đi xung laser t ngoại băng rộng s dng tinh th Ce:LiCAF 58
3.2. Phát trin h khuếch đại xung laser t ngoi băng hẹp s dng tinh th
Ce:LiCAF ........................................................................................................ 61
3.2.1. Cu hình h khuếch đại ........................................................................... 61
3.2.2. Laser tín hiệu băng hẹp s dng cu hình bung cộng hưởng Littrow ... 62
3.2.3. Laser tín hiệu băng hẹp s dng cu hình bung cộng hưởng Littman .. 65
3.2.4. Khuếch đi xung laser t ngoại băng hẹp s dng tinh th Ce:LiCAF . 71
Kết lun chương 3 ................................................................................................... 75
iii
CHƯƠNG 4: NG DNG LASER T NGOI Ce:LiCAF TRONG QUAN
TRẮC MÔI TRƯỜNG ..................................................................... 76
4.1. Phát trin h quang ph hp th vi sai xác định mật độ khí SO2 ............ 76
4.1.1. H quang ph hp th vi sai ng dng laser t ngoi Ce:LiCAF........... 76
4.1.2. Đo mt đ khí SO2 bng h quang ph hp th vi sai ............................. 78
4.2. Nghiên cứu đặc trưng tán xạ ca mt s ht sol khí bng laser t ngoi
điu chỉnh bước sóng Ce:LiCAF................................................................. 79
4.2.1. Thông s s dng trong mô phng .......................................................... 80
4.2.2. Ảnh hưởng ca kích thước ht lên đặc trưng tán xạ theo góc ................. 81
4.2.3. Ảnh hưởng ca bước sóng kích thích đến tán x ngưc.......................... 83
Kết luận chương 4 ................................................................................................... 85
KT LUN CHUNG .............................................................................................. 86
DANH MC C CÔNG TRÌNH NG B LN QUAN ĐN LUN ÁN .... 88
TÀI LIU THAM KHO ...................................................................................... 90
PH LC .............................................................................................................. 101
A. Tiết din hp thphát x ca Ce:LiCAF ........................................ 101
B. Chương trình mô phng khuếch đại ..................................................... 103
C. Chương trình mô phng đng học phát đồng thi 2 bưc sóng ......... 106