intTypePromotion=1
ADSENSE

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Khảo sát ảnh hưởng của chirp tần số và sự tán sắc đối với xung dạng secant-hyperbole trong hoạt động của laser màu buồng cộng hưởng vòng khóa mode bằng va chạm xung

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:112

74
lượt xem
5
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bố cục luận văn gồm 3 chương: Chương 1 - Laser xung cực ngắn, Chương 2 - Laser màu tạo xung cực ngắn bằng phương pháp bị động, Chương 3 - Khảo sát ảnh hưởng của chirp và tán sắc đối với xung dạng secant- hyperbole trong laser CPM khi xung đi qua cả chất hấp thụ bão hòa và môi trường khuếch đại một vòng và nhiều vòng quanh buồng cộng hưởng…

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Khảo sát ảnh hưởng của chirp tần số và sự tán sắc đối với xung dạng secant-hyperbole trong hoạt động của laser màu buồng cộng hưởng vòng khóa mode bằng va chạm xung

  1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Nguyễn Quyết Thắng ẢNH HƯỞNG CỦA CHIRP TẦN SỐ VÀ SỰ TÁN SẮC ĐỐI VỚI  XUNG DẠNG SECANT­HYPERBOLE TRONG HOẠT ĐỘNG CỦA  LASER MÀU BUỒNG CỘNG HƯỞNG VÒNG KHÓA MODE BẰNG  VA CHẠM XUNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2013
  2. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Nguyễn Quyết Thắng ẢNH HƯỞNG CỦA CHIRP TẦN SỐ VÀ SỰ TÁN SẮC ĐỐI VỚI  XUNG DẠNG SECANT­HYPERBOLE TRONG HOẠT ĐỘNG CỦA  LASER MÀU BUỒNG CỘNG HƯỞNG VÒNG KHÓA MODE BẰNG  VA CHẠM XUNG                      Chuyên ngành: Quang học Mã số: 60440109 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC                                                      NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:                                   PGS.TS. TRỊNH ĐÌNH CHIẾN                                                 CƠ QUAN: TRƯỜNG ĐHKHTN HÀ NỘI
  3. Hà Nội – Năm 2013 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành gửi lời cảm  ơn  đến các thầy cô trong bộ  môn Quang  Lượng Tử, các thầy cô trong và ngoài trường đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học   tập và hoàn thành bản luận văn này. Tôi xin gửi lời cảm  ơn sâu sắc đến PGS.TS. Trịnh Đình Chiến, người đã   luôn tận tình chỉ bảo, động viên, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình hoàn thành luận   văn này.  Tôi xin gửi lời cảm  ơn sâu sắc đến PGS.TS. Phạm Văn Bền, người đã đóng  góp những ý kiến quý báu cho tôi và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập! Tôi xin chân thành cảm ơn!   Học viên             Nguyễn Quyết Thắng
  4. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT : Biên độ cực đại của xung             CW: Bơm liên tục c: Vận tốc ánh sáng trong chân không C: Tham số chirp : Mật độ dòng photon : Cường độ hấp thụ bão hòa : Độ dài tán sắc : Hệ số chiết suất phi tuyến : Mật độ hạt (độ tích lũy) của nguyên tử ở các mức 1,2,3. N: Tổng số nguyên tử tham gia vào quá trình tương tác. : Chiết suất nhóm SPM: Sự tự biến điệu pha (Self ­ phase modulation) GVD: Sự tán sắc vận tốc nhóm (Group­Velocity dispersion) SAM: Sự tự biến điệu biên độ (Self ­ amplitude modulation) CPM: Laser màu khóa mode bị  động bằng va chạm xung ( Colliding Pulse  Mode­Locked) : Khoảng thời gian xung truyền giữa chất hấp thụ  bão hòa và môi trường khuếch   đại u: Vận tốc ánh sáng trong chất hấp thụ bão hòa : Năng lượng xung : Độ rộng xung : Thời gian tích thoát (hồi phục ngang) : Tiết diện hấp thụ hiệu dụng : Độ rộng phổ của xung : Tham số tán sắc vận tốc nhóm
  5. : Toán tử mật độ  : Tần số của laser DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Mối quan hệ về thời gian xung và cường độ xung trước và sau khi đi qua   chất hấp thụ  bão hòa ……………………………………………….………...….…… 41 Bảng 3.2: Mối quan hệ thời gian và cường độ xung trước và sau khi đi qua chất hấp  thụ bão hòa…………………………………………………………………............…46 Bảng 3.3: Mối quan hệ của thời gian xung và cường độ xung của các xung có chirp  trước và sau khi đi qua chất hấp thụ bão hòa………………………………………… 49 Bảng 3.4: Tỷ số giữa thời gian xung và mật độ dòng photon của xung ra so với xung   vào khi đi qua môi trường khuếch đại…………………………………………..…… 52 Bảng 3.5: Tỷ số giữa thời gian xung và mật độ dòng photon của xung ra và xung đi   vào   môi   trường   khuếch  đại…………………………………………………………....55 Bảng 3.6: Mối quan hệ của thời gian xung và mật độ  dòng photon của xung ra so  với xung vào môi trường khuếch đại…………………………………………………. …..58 Bảng 3.7: Mối quan hệ của thời gian xung và mật độ  dòng photon giữa xung ra so  với xung vào cả  môi trường hấp thụ  và khuếch đại………………………………. ………60 Bảng 3.8: Mối quan hệ về thời gian xung và mật độ  dòng photon của xung secant­ hyperbole có chirp tuyến tính trước và sau khi đi qua cả môi trường hấp thụ bão hòa 
  6. và   khuếch   đại………………………………………………..…………………….. …….64 Bảng 3.9: Quan hệ của thời gian xung và mật độ  dòng photon giữa xung trước và   sau   khi   đi   qua   chất   hấp   thụ   bão   hòa   và   khuếch   đại………………………………………..68 Bảng 3.10: Mối quan hệ về độ rộng xung và mật độ dòng photon giữa xung ban đầu  và xung đi lại nhiều vòng trong buồng cộng hưởng……………………………….. …..71 Bảng 3.11: Mối quan hệ  về   độ  rộng xung và cường độ  xung của xung secant­ hyperbole có chirp tuyến tính của xung ban đầu so với xung đi lại nhiều lần quanh   buồng cộng hưởng………………………………………………..……………….….74 Bảng 3.12: Mối quan hệ  của xung secant­hyperbole có chirp phi tuyến với C=2   trước và sau khi đi lại nhiều lần quanh buồng cộng hưởng…………………..…….. ………81 Bảng 3.13: Mối quan hệ về độ rộng xung và cường độ của xung secant­hyperbole đi   qua   chất   hấp   thụ   bão   hòa   và   môi   trường   khuếch   đại   với   các   độ   dày   thay  đổi……………………………………………………………………………...….…..84 Bảng 3.14: Mối quan hệ về thời gian xung và mật độ dòng photon của xung secant­ hyperbole có chirp tuyến tính trong buồng cộng hưởng với các độ dày của chất màu  khác nhau……………………………………...………………………………………84 Bảng 3.15: Mối quan hệ về thời gian xung và mật độ dòng photon của xung secant­ hyperbole có chirp phi tuyến trong buồng cộng hưởng với các độ dày của chất màu  khác nhau……………………..……………………………………………………….86 DANH MỤC HÌNH Hình 3.1: Xung secant­hyperbole không có chirp trước và sau khi đi qua chất hấp thụ  bão hòa……………………………………………………………...…………………41
  7. Hình 3.2: Xung secant­hyperbole có chirp tuyến tính với C=3 trước và sau khi đi qua  chất hấp thụ  bão hòa……………………………………..…………………………… 44 Hình 3.3: Xung secant­hyperbole có chirp tuyến tính với C=6 trước và sau khi đi qua  chất   hấp   thụ   bão   hòa………………………..……………………………….. ……….44 Hình 3.4: Xung secant­hyperbole có chirp tuyến tính với C=15 trước và sau khi đi  qua chất hấp thụ  bão hòa…………………………………...……………………..…. ……45 Hình 3.5: Xung secant­hyperbole có chirp tuyến tính với C=25 trước và sau khi đi   qua   chất   hấp   thụ   bão   hòa………………………………….. ……………………………...45 Hình 3.6: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuyến với C=3  trước và sau khi đi qua  chất   hấp   thụ   bão  hòa…………………………………………………………………..47 Hình 3.7: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuyến với C=6  trước và sau khi đi qua  chất   hấp   thụ   bão   hòa…………………………………………...…………..………… 48 Hình 3.8: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuyến với C=15   trước và sau khi đi   qua   chất   hấp   thụ   bão   hòa……………………………………………………….... ……….48 Hình 3.9: Xung secant­hyperbole không có với C=0   trước và sau khi đi qua môi   trường   khuếch   đại…………………….……………………………………………… 52 Hình 3.10: Xung secant­hyperbole có chirp tuyến tính với C=3 trước và sau khi đi qua  môi   trường   khuếch   đại………………………………………...…………….. ……….54
  8. Hình 3.11: Xung secant­hyperbole có chirp tuyến tính với C=6 trước và sau khi đi qua   môi   trường   khuếch  đại………………………………………………………………..54 Hình 3.12: Xung secant­hyperbole có chirp tuyến tính với C=15 trước và sau khi đi   qua   môi   trường   khuếch   đại…………………………………………………... ……….55 Hình 3.13: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuyến với C=3 trước và sau khi đi qua  môi   trường   khuếch   đại…………………………………………………..…………… 56 Hình 3.14: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuyến với C=6 trước và sau khi đi qua  môi   trường   khuếch   đại………………………………………………………..……… 57 Hình 3.15: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuyến với C=15 trước và sau khi đi  qua   môi   trường   khuếch   đại…………………………………………….. ………………….57 Hình 3.16: Xung secant­hyperbole không có chirp với C=0 trước và sau khi đi qua cả  môi   trường   hấp   thụ   và   khuếch   đại………………………………………….. ………..59 Hình 3.17: Xung secant­hyperbole có chirp tuyến tính với C=1 trước và sau khi đi qua  cả môi trường hấp thụ và khuếch đại………………………………………………… 61 Hình 3.18: Xung secant­hyperbole có chirp tuyến tính với C=3 trước và sau khi đi qua   cả môi trường hấp thụ và khuếch đại………………………………………………… 61 Hình 3.19: Xung secant­hyperbole có chirp tuyến tính với C=6 trước và sau khi đi qua  cả môi trường hấp thụ và khuếch đại………………………………………………… 62
  9. Hình 3.20: Xung secant­hyperbole có chirp tuyến tính với C=10 trước và sau khi đi  qua cả môi trường hấp thụ và khuếch đại……………………………………….…… 63 Hình 3.21: Xung secant­hyperbole có chirp tuyến tính với C=15 trước và sau khi đi  qua cả  môi trường hấp thụ  và khuếch đại…………………………………………… 63 Hình 3.22: Xung secant­hyperbole có chirp tuyến tính với C=25 trước và sau khi đi  qua   cả   môi   trường   hấp   thụ   và   khuếch  đại……………………………………………..63 Hình 3.23: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuyến với C=1 trước và sau khi đi qua  cả   môi   trường   hấp   thụ   và   khuếch   đại………………………………………….. ……..65 Hình 3.24: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuyến với C=3 trước và sau khi đi qua  cả   môi   trường   hấp   thụ   và   khuếch   đại…………………………………………….. …..65 Hình 3.25: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuyến với C=6 trước và sau khi đi qua  cả   môi   trường   hấp   thụ   và   khuếch   đại………………………………………... ……….66 Hình 3.26: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuyến với C=10 trước và sau khi đi  qua   cả   môi   trường   hấp   thụ   và   khuếch   đại……………………………………….. ………..66 Hình 3.27: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuyến với C=15 trước và sau khi đi   qua   cả   môi   trường   hấp   thụ   và   khuếch   đại…………………………………….. …………..67 Hình 3.28: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuyến với C=25 trước và sau khi đi  qua   cả   môi   trường   hấp   thụ   và   khuếch   đại……………………………………….. ……….67
  10. Hình 3.29: Xung secant­hyperbole không có chirp đi N=2 vòng quanh buồng cộng  hưởng………………………………………………………………………………….6 9 Hình 3.30: Xung secant­hyperbole không có chirp đi N=3 vòng quanh buồng cộng  hưởng………………………………………………………………………………….6 9 Hình 3.31: Xung secant­hyperbole không có chirp đi N=4 vòng quanh buồng cộng  hưởng………………………………………………………………………………….7 0 Hình 3.32: Xung secant­hyperbole không có chirp đi N=5 vòng quanh buồng cộng  hưởng……………………………………………………………..…………….…….70 Hình 3.33: Xung secant­hyperbole có chirp tuyến tính với C=2 đi lại N=2 vòng quanh  buồng cộng hưởng……………………………..……………………………..………72 Hình 3.34: Xung secant­hyperbole có chirp tuyến tính với C=2 đi lại N=3 vòng quanh  buồng cộng hưởng……………………………………………………………….…..72 Hình 3.35: Xung secant­hyperbole có chirp tuyến tính với C=2 đi lại N=4 vòng quanh  buồng cộng hưởng……………………………………………………………….…..73 Hình 3.36: Xung secant­hyperbole có chirp tuyến tính với C=2 đi lại N=5 vòng quanh  buồng cộng hưởng………………………………………………………………..….73 Hình 3.37: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuyến với C=2 đi lại N=2 vòng quanh  buồng cộng hưởng……………………………..………………………………….…75 Hình 3.38: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuyến với C=2 đi lại N=3 vòng quanh  buồng cộng hưởng………………………………………………………..……….…75 Hình 3.39: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuyến với C=2 đi lại N=4 vòng quanh  buồng cộng hưởng…………………………………………………..………….……76 Hình 3.40: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuyến với C=2 đi lại N=5 vòng quanh  buồng cộng hưởng…………………………………………………..……………..…76
  11. Hình 3.41: Xung secant­hyperbole không có chirp đi lại quanh buồng cộng hưởng   với độ  dày chất màu: L=90 μm, Lk=500 μm……………………………………….. ……79 Hình 3.42: Xung secant­hyperbole không có chirp đi lại quanh buồng cộng hưởng   với độ dày chất màu: L=70 μm, Lk=400 μm………………………………………….. …79 Hình 3.43: Xung secant­hyperbole không có chirp đi lại quanh buồng cộng hưởng   với   độ   dày   chất   màu:   L=50   μm,   Lk=300   μm…………………………………….. ………80 Hình 3.44: Xung secant­hyperbole không có chirp đi lại quanh buồng cộng hưởng   với   độ   dày   chất   màu:   L=30   μm,   Lk=200   μm……………………………………... ………80 Hình 3.45: Xung secant­hyperbole không có chirp đi lại quanh buồng cộng hưởng   với   độ   dày   chất   màu:   L=10   μm,   Lk=100   μm.   ………………………………..….. ………81 Hình 3.46: Xung secant­hyperbole có chirp tuyến tính C=2 đi lại quanh buồng cộng  hưởng với độ dày chất màu: L=90 μm, Lk=500 μm…………………………….…..82 Hình 3.47: Xung secant­hyperbole có chirp tuyến tính C=2 đi lại quanh buồng cộng   hưởng   với   độ   dày   chất   màu:   L=50   μm,   Lk=300   μm………..…………………. ……..83 Hình 3.48: Xung secant­hyperbole có chirp tuyến tính C=2 đi lại quanh buồng cộng  hưởng với độ  dày chất màu: L=10 μm, Lk=100 μm……………………..…….…..… 83 Hình 3.49: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuyến C=2 đi lại quanh buồng cộng   hưởng   với   độ   dày   chất   màu:   L=90   μm,   Lk=500   μm…………..…………………. …..85
  12. Hình 3.50: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuyến C=2 đi lại quanh buồng cộng   hưởng   với   độ   dày   chất   màu:   L=50   μm,   Lk=300   μm………………………….. ……..85 Hình 3.51: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuyến C=2 đi lại quanh buồng cộng  hưởng với độ  dày chất màu: L=10 μm, Lk=100 μm………………………….....…… 86 MỤC LỤC Lời   mở   đầu: ………………………………………………………......1 CHƯƠNG   1:   LASER   XUNG   CỰC   NGẮN……………………………………….....3 1.1   Giới   thiệu   chung   về   laser   xung   cực   ngắn………………………………………...3 1.2.   Các   phương   pháp   đồng   bộ   mode   tạo   xung   cực   ngắn…………………………..5 1.2.1:   Phương   pháp   đồng   bộ   mode   chủ   động…………………………………7 1.2.2:   Phương   pháp   đồng   bộ   mode   bị   động: …………………………………..8      
  13. 1.2.3: Phương pháp đồng bộ mode hỗn hợp:…………………………….. ….11 1.2.4:   Một   số   phương   pháp   khác……………………………………………..12 1.3: Laser màu xung cực ngắn……………………………………………………… 15 1.3.1: Khái quát về laser màu……………………………………………...…15 1.3.2:   Một   số   tính   chất   của   laser   màu……………………………………. ….16 1.3.3: Một số  sơ đồ  khóa mode tạo xung cực ngắn cho laser màu………. …18 CHƯƠNG 2: LASER MÀU TẠO XUNG CỰC NGẮN BẰNG PHƯƠNG PHÁP  BỊ ĐỘNG  2.1: Laser màu CPM………………………………………………………………..23 2.1.1:   Giới   thiệu   laser   màu   CPM   ………………………………………….....24 2.1.2:  Đồng bộ   mode  bị   động  cho  laser  màu CPM………………………. ….24 2.2: Một số  hiệu  ứng phi tuyến  ảnh hưởng đến xung cực ngắn trong buồng   cộng   hưởng  laser………………………………………………………………………..….25 2.2.1: Sự  mở  rộng xung do tán sắc vận tốc nhóm GVD…………………. ….25 2.2.2:   Sự   mở   rộng   xung   do   sự   tự   biến   điệu   pha   SPM…………….. ………...26
  14. 2.2.3: Quá trình tạo chirp…………………………………………………..… 27 2.2.4:  Quá  trình  bù  trừ   chirp………………………………………………… 28 2.3: Kỹ  thuật nén xung……………………………………………………………… 29 2.3.1:   Nén   xung   trong   buồng   cộng   hưởng………………………. …………..32 2.3.2:   Nén   xung   ngoài   buồng   cộng   hưởng………………….…. …………….34 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CHIRP VÀ TÁN SẮC ĐỐI VỚI  XUNG DẠNG SECANT­HYPERBOLE TRONG LASER CPM 3.1:   Khảo   sát   ảnh   hưởng   của   chirp   khi   xung   secant­hyperbole   đi   qua   môi   trường   hấp   thụ   bão   hòa   trong   buồng   cộng   hưởng   laser   CPM…….....................................36 3.1.1: Khảo sát sự tương tác xung trong chất hấp thụ bão hòa……………… 36 3.1.2:   Khảo   sát   xung   secant­hyperbole   không   có   chirp……………………….40 3.1.3: Khảo sát xung secant­hyperbole có chirp…………………………...….42 3.2:   Khảo   sát   ảnh   hưởng   của   chirp   khi   xung   secant­hyperbole   đi   qua   môi  trường   khuếch   đại   trong   buồng   cộng   hưởng   laser  CPM……………………………..……50 3.2.1:   Tương   tác   của   xung   khi   đi   qua   môi   trường   khuếch   đại………. ……..50 
  15. 3.2.2:   Khảo   sát   trường   hợp   xung   secant­hyperbole   không   có   chirp………...52 3.2.3:   Khảo   sát   trường   hợp   xung   secant­hyperbole   có   chirp ……………....53 3.3: Khảo sát xung secant hyperbole  đi qua cả  môi trường hấp thụ  và môi  trường   khuếch  đại…………………………………………………………………………....59 3.3.1:Trường   hợp   xung   secant­hyperbole   không   có   chirp…………………..59 3.3.2:   Trường   hợp   xung   secant­hyperbole   có   chirp………………………….60 3.4:   Khảo   sát   xung   secant­hyperbole   đi   nhiều   vòng   quanh     buồng   cộng  hưởng...69  3.4.1: Xung secant­hyperbole không có chirp………………………………....69  3.4.2:Xung secant­hyperbole có chirp…………………...……………………72 3.5:   Khảo  sát   ảnh  hưởng   của   tán   sắc   đối  với   xung   dạng  secant­hyperbole   trong   buồng   cộng   hưởng   laser   CPM…………………………………………….. ………..78 3.5.1: Xung secant­hyperbole không có chirp…………………………………80 3.5.2:Xung secant­hyperbole có chirp…………………………………………82 Kết   luận   ……...……………………………………………………………. …..89
  16. MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, các công trình nghiên cứu và  ứng dụng của kỹ  thuật laser nói chung và laser xung cực ngắn nói riêng đã ngày càng phát triển và  đóng góp vào nền khoa học tiên tiến của nhân loại. Trong quang phổ học laser, xung   cực ngắn được dùng để  nghiên cứu các quá trình xảy ra cực nhanh trong lý, hóa,  sinh… Xung cực ngắn còn được nghiên cứu trong  ứng dụng đồng hồ  nguyên tử,  đặc biệt là trong thông tin quang. Để tăng tốc độ truyền dẫn thông tin các xung cực   ngắn thường được sử dụng và người ta ngày càng cố gắng thu hẹp tối ưu độ  rộng   của xung sáng. Vì vậy, việc nghiên cứu lý thuyết cũng như  thực nghiệm để  phát  triển và truyền dẫn là vấn đề có tính thời sự. Từ những năm 1960 trở lại đây, khi các laser bắt đầu ra đời và phát triển thì   các kỷ lục về xung laser cực ngắn luôn được các phòng thí nghiệm trên thế giới tạo   ra.  Từ  laser Ti:Saphia và các loại laser rắn khác được đồng bộ  mode (khóa mode)   tạo ra các xung pico giây. Cho đến năm 1981 khi C.V. Shank đã cải tiến buồng cộng  hưởng   vòng   cho   laser   màu   để   thực   hiện   va   chạm   xung   (phương   pháp   CPM:   colliding pulse mode­looking) thì độ dài xung đạt được là 90 fs. Sau đó thì một loạt   các kỷ lục mới được tạo ra với xung giảm đến vài femto giây bằng việc bù trừ  tán  sắc và biến điệu pha trong buồng cộng hưởng. Các kỹ thuật nén xung sáng cũng đã  được áp dụng triệt để vào laser CPM để giảm độ rộng của xung sáng laser. Qua đó  đã chứng tỏ  ưu điểm của việc dùng buồng cộng hưởng vòng và kỹ  thuật nén xung  trong việc tạo ra các xung laser cực ngắn. Do vậy laser CPM vẫn luôn là đề tài hấp  dẫn đối với các công trình nghiên cứu về laser xung cực ngắn hiện nay. Khi xung sáng truyền trong môi trường phi tuyến sẽ bị tác động bởi hiệu ứng   tán sắc vận tốc nhóm (GVD) và tự  biến điệu pha (SPM) làm mở  rộng xung đồng   thời còn làm xung bị méo dạng tín hiệu khi lan truyền. Để hiểu rõ về các quá trình   biến đổi xung sáng trong buồng cộng hưởng laser thì việc khảo sát ảnh hưởng của   tán sắc, các hiệu  ứng phi tuyến, đặc biệt là  ảnh hưởng của chirp tần số  đối với   xung là rất quan trọng. Đã có nhiều tác giả  nghiên cứu về  đề  tài  ảnh hưởng của   16
  17. chirp tần số đối với xung  khi đi qua chất hấp thụ  bão hòa và môi trường khuếch   đại. Nhưng quá trình xung đi qua cả chất hấp thụ và khuếch đại nhiều vòng quanh  buồng cộng hưởng thì chưa được khảo sát. Đồng thời chúng tôi cũng khảo sát sự  phụ  thuộc của độ  dày chất hấp thụ  và khuếch đại đối với cường độ  và độ  rộng   xung secant­hyperbole trong buồng cộng hưởng laser. Qua đó nhằm tìm ra những  điều kiện tối  ưu cho laser màu CPM phát các xung cực ngắn cỡ femto giây. Nhằm   đạt được các mục đích trên tôi đã quyết định chọn đề  tài:  “Khảo sát  ảnh hưởng   của chirp tần số và sự tán sắc đối với xung dạng secant­hyperbole trong hoạt động   của laser màu buồng cộng hưởng vòng khóa mode bằng va chạm xung”.  Bố cục luận văn gồm 3 chương: Chương 1: Laser xung cực ngắn Chương 2: Laser màu tạo xung cực ngắn bằng phương pháp bị động Chương 3: Khảo sát  ảnh hưởng của chirp và tán sắc đối với xung dạng  secant­   hyperbole trong laser CPM khi xung đi qua cả chất hấp thụ bão hòa và môi  trường khuếch đại một vòng và nhiều vòng quanh buồng cộng hưởng…   17
  18. CHƯƠNG 1: LASER XUNG CỰC NGẮN 1.1 Giới thiệu chung về laser xung cực ngắn Trong công cuộc công nghiệp hóa và hiện đại hóa của đất nước nói riêng và  của cả nhân loại nói chung thì công nghệ laser luôn là một đề tài hấp dẫn cũng như  có nhiều  ứng dụng to lớn trong kỹ thuật công nghệ  và cả  đời sống. Và laser xung   cực ngắn nói riêng là một lĩnh vực mới mẻ và vẫn đang được nghiên cứu phát triển,   ứng dụng…. Laser xung cực ngắn là những laser mà xung sáng có độ rộng xung cỡ  vài pico, hoặc femto giây và nhỏ  hơn nữa. Đã có rất nhiều thành tựu về  lý thuyết   cũng như  cả  về  thực nghiệm trong việc tạo ra các xung cực ngắn với một nguồn  laser. Người ta đã chỉ ra được rằng các biến đổi Fourier của một xung ánh sáng cực  ngắn sẽ có phổ  rất rộng. Tuy nhiên, một buồng cộng hưởng laser sẽ chỉ cho phép  dao động trong một khoảng hẹp tần số trên các tần số cộng hưởng riêng biệt νq =  qc/2L (trong đó q là một số nguyên, c là tốc độ ánh sáng và L là chiều dài quang học   của buồng cộng hưởng laser). Do đó một laser không thể  cung cấp các xung cực   ngắn trong khi hoạt động ở chế độ bình thường của nó. Các tần số tạo nên sự phân  bố các mode dọc của laser. Nhưng qua một cơ chế thích hợp tạo được mối quan hệ  pha xác định giữa các mode dao động khác nhau trong buồng cộng hưởng laser thì ta   có thể tạo nên laser phát ở chế độ xung cực ngắn. Laser như vậy được gọi là laser  được đồng bộ mode hay khóa mode (mode looking).  Các mode dọc có thể  tự  dao động trong chế  độ  đa mode tự  do của laser là   những mode mà có sự  khuếch đại không bão hòa lớn hơn hao phí của buồng cộng   hưởng laser. Số lượng các mode này là N, trong điềù kiện này ta thấy cường độ tức   thời biến thiên theo các đường có chiều rộng là Δτ  ≈ 1/ΔνL, là nghịch đảo của độ  rộng đường cong khuếch đại. Và lớn hơn số mode liên quan, nhỏ hơn giá trị của Δτ.   Nếu bây giờ chúng ta giả sử các mode có độ lệch pha không đổi, laser lối ra sẽ bao   18
  19. gồm một loạt các xung đơn tuần hoàn liên tiếp, sau mỗi Δτ, chu kỳ  lặp lại được   cho bởi eT=2L / c. Trong điều kiện này, tia laser được gọi là hoạt động trong chế  độ đồng bộ mode. Hình 1.1: Biểu đồ các mode dao động trong buồng cộng hưởng có chiều dài L,   với hệ số khuếch đại G > 0. [19] Gọi τp là tổng  độ rông xung tại một nửa cực đại, và được cho bởi: [19] Mặc dù phân bố biên độ dạng Gauss của các mode đã được lựa chọn để đơn  giản hoá về mặt toán học, hình dạng thực tế của phân bố  biên độ  ảnh hưởng đến   hình dạng của xung. Các  phân bố biên độ  khác của các mode với khoảng cách tần   số  như  nhau và tương đương với quang phổ  rộng Δ, tiếp đó, với một chuỗi tuần   hoàn của các xung không có dạng Gauss, nhưng có một thời gian xung gần đúng với  và một chu kỳ T = 2L / c. Để hiểu được nguyên nhân về tính chu kỳ của xung laser,  chúng ta có thể  phân tích sự  phân bố  không gian­thời gian của sóng điện từ  dừng  tồn tại bên trong các buồng cộng hưởng laser khi nó hoạt động với chế độ đồng bộ  mode (khóa mode). Từ  đó có thể  làm một phép tính tương tự  cho các phách của N   mode dọc, nhưng có tính đến phân bố thời gian­không gian riêng của mỗi mode bên   trong buồng laser. Tính toán này cho thấy nếu quá trình tạo phách xảy ra lập tức tại   một điểm B cụ thể, thì ngay lập tức thời điểm đó các phách của mode khác sẽ triệt  tiêu ở tất cả các điểm khác của buồng cộng hưởng.  19
  20. Độ rộng xung τp luôn tỷ lệ nghịch với độ rộng phổ Δ của sự phân bố biên độ  các mode (với số  N của mode đồng bộ  pha). Rõ ràng là các laser có khuếch đại  trung   bình   sẽ   phát   ra   xung   ngắn   nhất.   Một   laser   ion   Argon   có   độ   rộng   dải    nm; laser Ruby có    ~ 0,2 nm, laser   cho    ~ 10nm;  laser màu   ~ 100 nm; laser Ti: sapphire     ~ 400 nm. Những dữ  liệu này cho  thấy rằng độ rộng xung nhỏ nhất mà người ta có thể hy vọng có được trực tiếp tại   đầu ra của laser với chế độ  đồng bộ  pha khác nhau là từ  150 ps đối với một laser   ion Argon đến 3 fs (3 × 10s) cho laser Ti: sapphire. Độ  rộng phổ  có thể  được đo  bằng một máy quang phổ  hoặc với một giao thoa kế Fabry_Pérot… Mô hình minh  họa sau đây là hình ảnh xung trong một laser buồng cộng hưởng vòng. [19] Hình 1.2: Mô tả xung được hình thành trong buồng cộng hưởng laser vòng.[19] Điều này là do sự có mặt của một lượng lớn các mode mà các bước sóng λn  đều khác nhau. Việc tăng số lượng các mode N sẽ càng rút ngắn khoảng cách này.  20
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2