TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ****0o0**** Nguyễn Tuấn Anh ĐỘNG HỌC PHỔ CỦA LASER MÀU RẮN BĂNG RỘNG Chuyên ngành: Quang học Mã số: 60.44.11.09 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: TS Đoàn Hoài Sơn Tp.HCM, năm 2013 Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, đã nhận được sự hướng dẫn, giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các anh chị và các bạn Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc xin được bày tỏ lới cảm ơn chân thành tới: Ban giám hiệu trường Đại học Vinh, Phòng đào tạo sau đại học, Khoa Vật lí đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ quá trình học tập và hoàn thành luận văn Tiến sĩ Đoàn Hoài Sơn, người thầy đã hết lòng giúp đỡ, dạy bảo, động viên và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp Các thầy, cô giáo khoa Vật lí, tổ bộ môn Quang học-quang phổ đã tận tình truyền dạy kiến thức cho suốt quá trình học tập Cuối cùng, Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình và tất cả bạn bè đã giúp đỡ động viên nhiều quá trình học tập và nghiên cứu Tp HCM, tháng 06 năm 2013 Học viên Nguyễn Tuấn Anh MỤC LỤC Danh mục hình vẽ - bảng biểu – chữ viết tắt .3 MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ LASER MÀU RẮN .8 A VẬT LIỆU MÀU HỮU CƠ B VẬT LIỆU CHO LASER MÀU RẮN 13 C LASER MÀU 25 CHƯƠNG II 33 ĐẶC TRƯNG ĐỘNG HỌC PHỔ .33 CỦA LASER MÀU RẮN BĂNG RỘNG 33 2.1 Hệ phương trình tốc độ .33 2.2 Đặc trưng động học phổ Laser màu rắn băng rộng 38 2.2.1 Động học phổ phát xạ laser phân tử màu rắn băng rộng 38 2.2.2 Động học phổ phát xạ laser màu rắn băng rộng từ BCH ngắn, Q thấp 43 KẾT LUẬN 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 Danh mục hình vẽ - bảng biểu – chữ viết tắt Danh mục hình vẽ Danh mục bảng biểu Bảng Hệ số khếch đại C490 môi trường 14 Danh mục chữ viết tắt Buồng cộng hưởng BCH MỞ ĐẦU Sự đời Laser thành tựu khoa học quan trọng kỷ 20, laser xem mười thành tựu khoa học công nghệ lớn kỷ Hơn 30 năm qua, vật lý công nghệ laser phát triển nhanh chóng, không ngừng, có ảnh hưởng to lớn trực tiếp đến lĩnh vực khác khoa học công nghệ Lịch sử phát triển laser màu (có môi trường hoạt chất chất màu hữu cơ) trải qua kiện quan trọng Năm 1966 lần người ta phát hiệu ứng laser màu bơm laser ruby đèn xung Năm 1970 nhờ phát vật lý công nghệ laser cho phép thu xạ laser màu đơn sắc cao, điều chỉnh liên tục bước sóng miền phổ tử ngoại gần đến hồng ngoại gần Ngày loại laser nói chung lase màu nói riêng thiết bị thiếu để phát triển phương pháp nghiên cứu quang phổ laser đại lĩnh vực vật lý, hoá học, khoa học vật liệu y sinh học Do việc nghiên cứu phát triển vật lý công nghệ laser luôn nhu cầu thực tiễn có ý nghĩa khoa học ứng dụng cao Như ta biết công nghệ laser có phổ huỳnh quang băng rộng (từ 50 đến 100 nm) vật liệu màu hữu đem đến đặc tính trội laser màu, khả thay đổi bước sóng Một laser sử dụng vật liệu màu dễ dàng thay đổi bước sóng laser miền rộng Việc sử dụng hỗn hợp vật liệu màu cho phép mở rộng thêm vùng quét phổ cho bước sóng laser màu Bên cạnh đó, đặc điểm phổ phát xạ huỳnh quang băng rộng vật liệu màu hữu tạo ưu lớn việc phát xung quang học cực ngắn Một ưu điểm lớn bật laser màu khả phát nhiều bước sóng khác điều chỉnh liên tục giải quang phổ rộng (khoảng hàng trăm A°) Nhờ có ưu điểm mà laser màu ứng dụng nhiều lĩnh vực Đối với laser màu dạng lỏng sử dụng từ lâu có đặc tính bật bước sóng thay đổi liên tục từ vùng tử ngoại gần hồng ngoại gần nhờ có tâm màu khác Tuy nhiên để loại trừ hiệu ứng lợi cho hoạt động laser sinh từ môi trường hoạt phân tử như: Hiệu ứng nhiệt, hiệu ứng thấu kính, thoái hoá phân tử màu, người ta phải dùng hệ thống luân chuyển phân tử màu hoạt động laser( chất màu môi trường lỏng phải bơm liên tục qua buồng cộng hưởng) Điều làm cho hệ thống laser trở nên gọn nhẹ Phân tử màu dung môi hữu sử dụng thường gây độc, gây cháy Sau thời gian vận hành định, dung dịnh màu phải loại bỏ gây đề phân tử thải độc hại cho môi trường Trong trình làm việc yêu cầu bước sóng vùng phổ phát xạ phân tử màu dùng phải thay phân tử màu Việc làm hệ thống để thay phân tử màu phức tạp Để khắc phục nhược điểm phải tìm môi trường khác để thay môi trường lỏng Môi trường phải đáp ứng yêu cầu: Trong suốt đồng mặt quang học, khả phân tán tâm màu cao, truyền nhiệt tốt bền mặt học Ngoài môi trường phải có công nghệ chế tạo nhiệt độ nhỏ 200°C ngưỡng phá huỷ nhiệt loại tâm màu Việc đưa tâm màu vào rắn giảm nhẹ vấn đề Các lase màu rắn hệ thống luân chuyển phân tử màu kèm, dao động laser gọn nhẹ hơn, nhờ mà việc ứng dụng bên phòng thí nghiệm dễ dàng Sự độc hại không đáng kể Trong laser màu rắn giữ nguyên ưu laser màu dung dịch (laser màu lỏng) Do laser màu rắn trở thành hướng nghiên cứu hấp dẫn hy vọng tương lai laser màu rắn thay laser màu dạng lỏng Ở Việt nam nghiên cứu vật lý laser màu rắn bắt đầu vào cuối năm 1970 Hiện nghiên cứu lĩnh vực không dừng lại nghiên cứu mà thực gắn liền với yêu cầu cấp thiết để phát triển công nghệ laser phương pháp quang phổ laser đại, phù hợp với điều kiện Việt nam Trong năm gần đây, hệ laser màu rắn băng rộng, laser màu băng hẹp điều chỉnh bước sóng laser màu phát xung ngắn picô – giây bơm laser nitơ, laser ruby, laser Nd:YAG, chế tạo thành công đưa vào sử dụng hiệu phòng thí nghiệm quang học quang phổ viện nghiên cứu chuyên nghành Nội dung luận văn tập trung tìm hiểu lý thuyết thực nghiệm: “Động học phổ Laser màu rắn băng rộng” Việc nghiên cứu đặc trưng phổ laser màu rắn băng rộng cho phép biết tiến trình phổ trình phát xạ xung laser Nó giúp ích cho việc tối ưu hoá hoạt động công nghệ laser tạo điều kiện để sử dụng cho ứng dụng khác Nội dung luận văn trình bày hai chương: Chương I: Tổng quan laser màu rắn Chương trình bày khái quát công nghệ vật liệu màu rắn: tính chất phân tử chất màu, sơ đồ mức lượng, quang phổ chất màu, đặc điểm loại vật liệu màu trạng thái rắn, điều kiện phát laser màu bơm quang học cho laser màu rắn Những kiến thức làm sở cho việc tìm hiểu nghiên cứu nội dung chương Chương II: Đặc trưng động học phổ laser màu rắn băng rộng Trình bày hệ phương trình tốc độ laser màu Nghiên cứu động học phổ trình phát xạ xung laser phân tử màu băng rộng rắn Sự phụ thuộc động học phổ laser màu rắn băng rộng vào thông số phân tử, thông số buồng cộng hưởng (BCH) thông số bơm Động học phổ laser buồng cộng hưởng (BCH) ngắn, Q thấp CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ LASER MÀU RẮN A VẬT LIỆU MÀU HỮU CƠ 1.1 Cấu trúc hoá học phân tử màu Hoạt chất laser màu phân tử hữu đa nguyên tử Cấu trúc hoá học chất màu tổ hợp vòng Benzen (C 6H6), vòng piridin (C5H5N), vòng Azin (C4H4N2) vòng Piron (C4H5N) Những vòng nối trực tiếp với qua nguyên tử trung hoà C, N nhánh thẳng gồm số nguyên tử thuộc nhóm CH = CH (Polien) Chất màu chia thành hợp chất ion trung hoà Nó có tính chất vật lý hoá học khác Chất màu dạng trung hoà điển Butadiene CH2=CH-CH=CH2 hợp chất thơm Pyrene, perylene Điểm nóng chảy nhóm thấp, độ hoà tan lớn dung môi không phân cực benzen, octan, cyclohexane, chloroform Ngược lại, chất màu ion có điểm nóng chảy cao, hoà tan mạnh dung môi có cực cồn Trong dung dịch, đa số chất màu bị phân ly thành ion Tuỳ theo độ pH dung dịch, nghĩa độ axit hay độ kiềm mà ion chất màu anion hay cation Hình 1 Cấu trúc của các chất màu điển hình thuộc nhóm chính a) p-Terphenyl; b) POPOP; c) Coumarin; d) Rhodamine 6G; e) DOTC; g) xanthenone (rhodamone) 1.2 Cấu trúc lượng dịch chuyển quang học Hình 1.2 trình bày cấu trúc mức lượng chung phân tử chất màu Ký hiệu Si Ti (i = 0,1,2 ) biểu diễn trạng thái điện tử đơn bội ba tương ứng số lượng tử spin toàn phần S = S = Ở nhiệt độ phòng hầu hết điện tử trạng thái S00, nhiệt độ tăng lên có điện tử mức dao động cao trạng thái S0 Sau hấp thu ánh sáng phân tử chất màu chuyển từ trạng thái lên trạng thái đơn kích thích S 1, S2 Do xác suất dịch chuyển S → S1 lớn nên sau kích thích quang học, phân tử chủ yếu dịch chuyển lên trạng thái S 1, cụ thể dịch chuyển lên trạng thái kích thích dao động S 1i Quá trình tương ứng với tạo thành phổ hấp thu băng rộng phân tử màu Ở trạng thái này, khử kích hoạt phân tử chất màu diễn theo nhiều cách Hình Cấu trúc mức lượng và các chuyển dời quang học của phân tử màu Sự hồi phục dao động không xạ phân tử S1i trạng thái S10 thời gian ngắn cỡ 10-12 s Trạng thái S10 có thời gian sống tương đối dài (từ 10-9 – 10-8 s) từ phân tử chuyển xuống trạng thái bản: S10 → S0i Quá trình tương ứng với tạo thành phổ huỳnh quang băng rộng phân tử màu Bức xạ laser hình thành sau: Thực tế, nhiệt độ phòng mức S 0v trống phân bố phân tử tuân theo phân bố Boltzmann Khi cường độ bơm đủ mạnh, độ tích lũy phân tử S 10 lớn mức S0v, môi trường nghịch đảo độ tích lũy Do vậy, cần nghịch đảo mật độ tích lũy không lớn mức S10 đủ để phát laser nhờ dịch chuyển S10 → S0i Qua ta thấy, vùng phổ laser màu nằm vùng phổ huỳnh quang phân tử màu Từ mức S1 phân tử thực trình chuyển dời khác trình hấp thụ S1 → S2, dịch chuyển nội không xạ trạng thái không bội: Singlet-Triplet, gọi dịch chuyển tương tác chéo hệ (intersytem crossing) Trạng thái bội ba T1 trạng thái siêu bền (thời gian sống 10 2.2 Đặc trưng động học phổ Laser màu rắn băng rộng Trong phần trình bày nghiên cứu chủ yếu đặc trưng phổ laser băng rộng, tích phân theo thời gian laser phân tử màu hữu rắn Sự phụ thuộc động học phổ laser màu rắn băng rộng vào thông số phân tử, thông số BCH thông số bơm Động học phổ laser BCH ngắn, Q thấp 2.2.1 Động học phổ phát xạ laser phân tử màu rắn băng rộng Để nghiên cứu trình cường độ phổ - thời gian xảy trình phát xạ laser màu rắn xung băng rộng, sử dụng hệ phương trình tốc độ (2.14), (2.15), (2.16) mở rộng cho n bước sóng laser Môi trường laser có thông số sau: Nồng độ PM 567 là10 -4M/l, chiết suất rắn polyme P((MMA:TEGDA) 90:10) 1.491, chiều dài môi trường hoạt tính l = 1cm , tiết diện hấp thụ σai, tiết diện phát xạ σei bước sóng λi môi trường hoạt tính BCH có chiều dài L =10 cm, hệ số phản xạ gương phẳng R1=1, R2= 0.1, nồng độ phân tử màu N = 5.1017 cm −3 Xung bơm có dạng Gauss, độ dài xung ns Miền phổ khảo sát miền hoạt động laser từ bước sóng 550 - 585nm môi trường hoạt tính, với bước lấy phổ 0.5 nm Trên hình 2.2, 2.3, 2.4, 2.5 kết tính toán tiến trình phổ phát xạ laser phân tử màu rắn mức bơm khác nhau: 5, 20, 45, 60 lần ngưỡng Từ kết thu ta thấy tiến trình phổ - thời gian xạ laser phân tử màu rắn có đặc điểm chung sau: - Ở mức bơm thấp gần ngưỡng (r = 5), tồn có dao động (hình 2.2) 38 Hình 2 Tiến trình phổ phát xạ laser màu của PM 567/polymer BCH L=10cm,l = 1cm, R1=1, R2=0.1, N = x1017cm-3, r =5 - Ở mức bơm cao ngưỡng, phát xạ laser băng rộng thể rõ quét phổ rõ Cường độ laser màu hàm thời gian bước sóng ( hình 2.4 – 2.5) - Ban đầu phổ laser băng rộng, sau hẹp lại nhanh cực đại phổ dịch phía sóng dài Dao động hồi phục laser phụ thuộc mạnh vào bước sóng Ở phía sóng ngắn, dập tắt dao động diễn nhanh (từ hình 2.2 đến hình2.5) 39 Hình Tiến trình phổ phát xạ laser màu của PM 567/polymer BCH L=10cm,l = 1cm, R1=1, R2=0.1, N = x1017cm-3, r =20 Hình Tiến trình phổ phát xạ laser màu của PM 567/polymer BCH L=10cm,l = 1cm, R1=1, R2=0.1, N = x1017cm-3, r =30 40 Hình Tiến trình phổ phát xạ laser màu của PM 567/polymer BCH L=10cm,l = 1cm, R1=1, R2=0.1, N = x1017cm-3, r =45 Trên hình 2.6 đến 2.9 kết tính toán tiến trình phổ từ phát xạ laser phân tử màu Rh6G/polymer BCH Hình Tiến trình phổ phát xạ laser màu của Rhodamine 6G/polymer BCH L=10cm,l = 1cm, R1=1, R2=0.1, N = x1017cm-3, r = Các kết tương tự đặc điểm động học phổ thu nghiên cứu với phân tử màu khác (Rh6G/polymer, Pyrromethene 597/polymer ) điều kiện BCH laser 41 Hình Tiến trình phổ phát xạ laser màu của Rhodamine 6G /polymer BCH L=10cm,l = 1cm, R1=1, R2=0.1, N = x1017cm-3, r =15 Hình Tiến trình phổ phát xạ laser màu của Rhodamine 6G /polymer BCH L=10cm,l = 1cm, R1=1, R2=0.1, N = x1017cm-3, r =30 42 Hình Tiến trình phổ phát xạ laser màu của Rhodamine 6G /polymer BCH L=10cm,l = 1cm, R1=1, R2=0.1, N = x1017cm-3, r =60 BCH laser sử dụng nghiên cứu BCH dài (10 cm), có độ phẩm chất cao (hệ số phản xạ gương cao R 1=1) Tuy nhiên biết có nhiều tác nhân vật lý khác (thông số phân tử màu, độ phẩm chất thông số BCH thông số bơm) làm tăng cường dao động hồi phục hoạt động laser màu Do vậy, để thấy ảnh hưởng tác nhân vật lý đến động học phổ laser phân tử màu để nghiên cứu động học phổ trường hợp xuất dao động hồi phục, nghiên cứu động học phổ laser phân tử màu hữu rắn BCH laser ngắn chất lượng Q thấp 2.2.2 Động học phổ phát xạ laser màu rắn băng rộng từ BCH ngắn, Q thấp a Dao động hồi phục tắt dần laser màu xung băng rộng Sự xuất hiện tượng dao động hồi phục tắt dần trình phát xạ laser nghiên cứu quan sát nhiều laser rắn laser khí, laser màu xung băng rộng tương tác cường độ laser với độ tích luỹ môi trường hoạt chất BCH Một số nghiên cứu hoạt động 43 laser màu chế độ dao động không dao động Điều nguyên xuất hiện tượng dao động hồi phục phát xạ laser màu không phụ thuộc vào thông số phân tử chất màu (các tiết diện phát xạ hấp thụ, xác suất phát xạ tự phát cưỡng ), mà phụ thuộc mạnh vào thông số BCH (mất mát BCH, thời gian sống photon BCH, ) thông số bơm Dao động hồi phục laser màu xung băng rộng phụ thuộc vào tốc độ tích thoát mật độ tích luỹ trạng thái kích thích, thay đổi mật độ photon BCH điều kiện định Điều có nghĩa thời gian sống   photon BCH  t c = T 2L ≈ α cα  (2.20) ÷ có vai trò quan trọng tượng  dao động hồi phục laser màu xung băng rộng Thời gian sống photon BCH ngắn thời gian sống huỳnh quang chất màu điều kiện cần để có tượng dao động hồi phục Do vậy, thông số BCH (hệ số phản xạ gương chiều dài BCH ) ảnh hưởng đến tượng dao động hồi phục phát xạ laser Điều phù hợp với điều kiện dao động hồi phục C.Lin [3] Theo để có dao động hồi phục laser màu, thời gian sống huỳnh quang τ chất màu thời gian sống photon tc BCH phải thoả mãn bất đẳng thức sau : τ r2 > t c 4(r − 1) (2.21) Khi r>>1, r mức bơm ngưỡng, bất đẳng thức viết lại : τ> r tc (2.22) Từ (2.22) ta thấy rằng, thời gian sống photon BCH nhỏ, dao động hồi phục phát xạ laser màu dễ xuất Dưới đây, việc khảo sát động học phổ laser tiến hành trình phát xạ xung laser màu từ BCH laser ngắn, có chất lượng thấp, 44 (thời gian sống photon BCH nhỏ), tức nghiên cứu động học phổ laser hoạt động laser có dao động hồi phục b Động học phổ BCH laser ngắn Q thấp Để nghiên cứu động học phổ phát xạ laser màu rắn BCH ngắn có chất lượng Q thấp, sử dụng hệ phương trình tốc độ mở rộng dùng cho phần 2.2 Hình 2.10 đến hình 2.15 trình bày kết tính toán tiến trình phổ thời gian phát xạ laser màu băng rộng PM 567/polymer nồng độ phân tử màu 1016/ cm3, từ BCH có L = cm, Q thấp với R1=R2= 0.04, mức bơm khác Ta thấy lại đặc điểm chung động học phát xạ laser BCH dài chất lượng Q cao, nhiên, động học phổ phát xạ laser trường hợp thể rõ thêm đặc điểm sau: • Ở mức bơm thấp (r = 5, 8, 10), tồn vài dao động hồi phục (hình 2.10 - hình 2.12) Hình 10 Tiến trình phổ của phát xạ laser màu rắn PM567/polymer từ BCH có r=5, L=2 cm, R1= R2 = 0,04 45 Hình 11 Tiến trình phổ - thời gian của phát xạ laser màu rắn PM567/polymer từ BCH có L = 2cm, r= 8, R1= R2=0.04 Hình 12 Tiến trình phổ - thời gian của phát xạ laser màu rắn PM567/ polymer từ BCH có L=2 cm, r =10, R1=R2=0.04 46 Hình 13 Tiến trình phổ - thời gian của phát xạ laser màu rắn PM567/ polymer từ BCH có L=2 cm, r= 15, R1=R2=0.04 • Ở mức bơm cao ngưỡng, phát xạ laser băng rộng Cường độ laser màu hàm theo thời gian bước sóng (hình 2.14; 2.15) Tuy nhiên, BCH ngắn, độ tích luỹ môi trường bị dao động, dao động hồi phục phát xạ laser tăng cường so với BCH dài chất lượng Q cao Hình 14 Tiến trình phổ của phát xạ PM 567/polymer với mức bơm r=30 lần ngưỡng 47 Hình 15 Tiến trình phổ của phát xạ PM 567/polymer với mức bơm r=50 lần ngưỡng • Ban đầu phổ laser có dạng băng rộng, sau nhanh chóng hẹp lại với dịch chuyển cực đại phía sóng dài Tiến trình phổ không đổi hướng có dao động hồi phục Đặc biệt, tiến trình phổ phát xạ laser nhanh so với BCH dài chất lượng Q cao • Về phía sóng ngắn phổ laser (544 nm-546 nm), dập tắt dao động xảy nhanh (trong vùng phổ trung tâm, dao động tiếp tục) • Luôn tồn xung đơn ngắn (100 ps) phía sóng ngắn phổ laser mức bơm cao ngưỡng, đặc điểm gợi ý khả tạo xung ngắn picô-giây laser màu rắn cách chọn lọc phổ đơn giản Hình 2.16 biểu diễn động học phổ phát xạ laser màu rắn PM567/polymer nồng độ 1018 /cm3 từ BCH ngắn L = 2cm ba bước sóng vùng sóng ngắn phổ laser 554 nm, 557 nm, 559 nm (mức bơm r = 15 lần ngưỡng, R 1=1, R2=0.1) Kết cho thấy phổ laser băng rộng trường hợp có dập tắt nhanh phía sóng ngắn 48 Hình 16 Độ rộng xung laser của các xung đơn tại ba bước sóng khác vùng song ngắn của phổ laser màu rắn PM567/polymer (N = 1018 /cm3, L = 2cm, r = 15, R1=1, R2=0.1) Các kết tương tự đặc điểm động học phổ laser băng rộng thu nghiên cứu với phân tử màu khác BCH ngắn chất lượng thấp Rh6G/polymer, PM597/polymer Kết luận chương 49 Trong chương trình bày việc nghiên cứu động học phổ trình phát xung laser màu rắn băng rộng dựa việc giải hệ phương trình tốc độ mở rộng cho bước sóng laser, kết làm tường minh động học phổ phát xạ laser băng rộng môi trường laser mở rộng, đồng môi trường laser phân tử màu hữu rắn Các kết cho thấy Động học laser phân tử màu rắn không phụ thuộc vào thông số phân tử chất màu mà phục thuộc vào ảnh hưởng thông số bơm thông số buồng cộng hưởng 50 KẾT LUẬN Luận văn “Động học phổ Laser màu rắn băng rộng” tìm hiểu nghiên cứu số vấn đề sau: • Đã làm sáng tỏ tính lý – hóa phân tử màu, các đặc điểm phổ hấp thụ xạ họ phân tử màu điển hình • Tìm hiểu loại rắn điển hình, phương pháp chế tạo vật liệu màu trạng thái rắn, kết chứng tỏ vật liệu màu trạng thái rắn quan tâm nghiên cứu ứng dụng nhờ tính chất ưu việt để thay vật liệu màu trạng thái lỏng • Dựa việc giải hệ phương trình tốc độ mở rộng đa bước sóng laser cho phép thu kết tường minh động học động học phổ phát xạ laser băng rộng môi trường laser mở rộng đồng nhất, laser phân tử màu hữu rắn Các kết làm sáng tỏ ảnh hưởng thông số phân tử màu rắn, thông số cấu hình laser: buồng cộng hưởng, nguồn bơm lên động học phát laser phân tử màu rắn 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Hoàng Hải, Hoàng Hữu Hòa, Nguyễn Đại Hưng, Mô hình hóa các quá trình động học laser màu xung, đề đại quang học, quang phổ [2] Nguyễn Đại Hưng, Chu Đình Thúy Nghiên cứu các tính chất quang phổ và động học của một số laser màu hữu được bơm xung ngắn [3] Lê Hoàng Hải, “Một số nghiên cứu về động học của các laser màu xung băng rộng”, Luận văn Thạc sĩ Vật lý (1999) [4] Hoàng Hưu Hòa ,“Nghiên cứu các tính phân tử quang phổ và động học của một số laser màu hữu được bơm xung ngắn” Luận án Tiến sĩ Vật lý (2000) [5] N.T.H Liên, “Đóng góp nghiên cứu chế tạo vật liệu lai pha tâm màu hữu cho laser màu rắn” Luận văn Thạc sĩ (2001), ĐH Quốc gia HN [6] B Abramof, L C Klein (1990), “PMMA irmpegnate silica Gels: Synthesis and characteriration”, SPIE Sol-gel Optics [7] F.L Arbeloa, T.L Arbeloa, A Costela et al (1997), “Relations between photophysical and lasing properties of Rhodamines in solid polymeric matrices” Appl Phys 52 [...]... CHƯƠNG II ĐẶC TRƯNG ĐỘNG HỌC PHỔ CỦA LASER MÀU RẮN BĂNG RỘNG 2.1 Hệ phương trình tốc độ Chúng tôi đã sử dụng hệ phương trình tốc độ mở rộng cho một mô hình hoạt động laser màu hai mức rộng sau đây để có thể mô tả các quá trình động học trong các laser màu xung băng rộng và đặc biệt chú ý tới sự tham gia của các bước sóng khác nhau trong môi trường laser Giả sử có một buồng cộng hưởng laser gồm môi trường... cho truyền qua bức xạ laser bơm, vừa là gương phản xạ 100% của laser màu Điều này khó thực hiện, nhất là khi bức xạ bơm laser màu có bước sóng khá gần nhau, hơn nữa M 1 là gương chịu công suất lớn nên giá thành của gương là khá đắt 1.8 Buồng cộng hưởng laser màu Do phổ huỳnh quang của chất màu rộng, nên trong laser màu băng rộng mỗi một chất màu có thể bức xạ trên một khoảng rộng từ 20nm đến 50nm Vì... khoảng phổ huỳnh quang là nhỏ hơn 5 lần Rh6G) và rất bền dưới tác dụng nhiệt Vì những ưu điểm này, trong laser màu rắn hiện nay thường sử dụng họ phân tử màu pyromethene như họ màu rhodamine trong môi trường dung dịch Hình 1 9 Cấu trúc phân tử, phổ huỳnh quang, phổ hấp thụ của PM 567 1.5 Các loại nền rắn điển hình cho laser màu rắn 1.5.1 Yêu cầu của một nền rắn pha phân tử màu cho laser màu rắn 16... rằng laser màu hoạt động trên hai mức rộng: mức điện tử đơn S0 và mức điện tử kích thích đơn S1 1.3 Các đặc điểm về phổ hấp thụ và bức xạ Các phân tử màu có phổ hấp thụ trải từ vùng tử ngoại gần đến hồng ngoại gần Phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của các phân tử màu là phổ băng rộng (cỡ 11 30nm – 100nm), ít cấu trúc và không trùng lặp Trên hình 1.4 đưa ra phổ hấp thụ và huỳnh quang của Rh6G trong nền rắn. .. sóng ngắn Ngược lại, đường cong của phổ huỳnh quang giảm nhanh ở phía sóng ngắn, giảm chậm ở phía sóng dài Với thông lượng bức xạ nhỏ hơn 10 26 photon.cm-2.s-1 các phổ hấp thụ và phát xạ của phân tử màu có thể được coi là mở rộng đồng nhất (nghĩa là phổ hấp thu và phổ huỳnh quang của mỗi phân tử màu trùng với phổ tương ứng của cả hệ phân tử màu) Huỳnh quang của các phân tử màu được đặc trưng bởi hai đại... năng lượng laser băng rộng sẽ chỉ phát trên một kênh hẹp Độ rộng phổ của một laser màu phát ra từ một BCH lọc lựa là −1  dα  ∆λ =  ÷ ∆α d λ   Với (1.21) dα là độ tán sắc toàn phần tạo ra bởi các thành phần quang học trong BCH dλ ∆α là độ phân kì của chùm laser trong BCH Vậy, để tạo ra bức xạ laser có độ đơn sắc cao, ta có thể sử dụng hai biện pháp: + Giảm thiểu độ phân kì của chùm laser trong... tương ứng C LASER MÀU 1.6 Điều kiện để phát laser màu Hoạt động của laser màu có thể mô tả theo sơ đồ 4 mức năng lượng, trong đó mức 1 và mức 2 nằm ở trạng thái điện tử S 0, mức 3 và 4 nằm ở trạng thái điện tử kích thích đơn S1 Do vậy ta có thể nói rằng laser màu hoạt động trên hai mức rộng: Mức điện tử đơn S0 và mức điện tử kích thích đơn S1 Trên hình 1.3 trình bày sơ đồ năng lượng với hai mức rộng có... này Trên đây tôi đã đã dẫn ra các biểu thức cho điều kiện dao động của BCH laser màu, cũng như đã chứng tỏ sự phụ thuộc bước sóng laser vào các tham số vật lý và độ phẩm chất của BCH 1.7 Bơm quang học cho laser màu Để bơm cho laser màu, người ta dùng nhiều hệ bơm quang học khác nhau Các nguồn năng lượng bơm thường dùng là đèn chớp hoặc các laser Mỗi phương pháp và cấu hình bơm đều có những đặc điểm và... hóa của các phân tử màu, các các đặc điểm về phổ hấp thụ và bức xạ của các họ phân tử màu điển hình Đã tìm hiểu về các loại nền rắn điển hình, cũng như các phương pháp chế tạo vật liệu màu trạng thái rắn, các kết quả cho thấy vật liệu màu trạng thái rắn đang được quan tâm nghiên cứu ứng dụng nhờ các tính chất ưu việt của nó để dần dần thay thế các vật liệu màu trạng thái lỏng 32 CHƯƠNG II ĐẶC TRƯNG ĐỘNG... đều dựa trên nguyên tắc chung là bước sóng của bức xạ bơm phải nằm trong vùng phổ hấp thu của chất màu và tốt nhất là ở bước sóng có hệ số hấp thu là cực đại Hiện nay người ta thường dùng bức xạ hòa bậc 2 của các loại laser rắn biến điệu độ phẩm chất như laser ruby, laser Nd: YAG hoặc các loại laser khí N 2, Kr, Xe để bơm cho laser màu Các phương pháp bơm bằng laser chủ yếu là bơm dọc và bơm ngang như ... trưng động học phổ laser màu rắn băng rộng Trình bày hệ phương trình tốc độ laser màu Nghiên cứu động học phổ trình phát xạ xung laser phân tử màu băng rộng rắn Sự phụ thuộc động học phổ laser màu. .. trưng động học phổ Laser màu rắn băng rộng Trong phần trình bày nghiên cứu chủ yếu đặc trưng phổ laser băng rộng, tích phân theo thời gian laser phân tử màu hữu rắn Sự phụ thuộc động học phổ laser. .. PHỔ .33 CỦA LASER MÀU RẮN BĂNG RỘNG 33 2.1 Hệ phương trình tốc độ .33 2.2 Đặc trưng động học phổ Laser màu rắn băng rộng 38 2.2.1 Động học phổ