Đang tải... (xem toàn văn)
Tổng quan 1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước: Hầu hết các quốc gia đều có những chương trình cấp quốc gia và khu vực cho việc đầu tư và phát triển các nguồn phát điện từ trường, laser và ứng dụng. Các trung tâm và phòng thí nghiệm khoa học quốc tế về Vật lý và Công nghệ laser đang phát triển mạnh mẽ. Các nghiên cứu tập trung vào hai hướng chính: Phát triển công nghệ laser; Ứng dụng các laser trong các lĩnh vực KHCN. Phát triển công nghệ laser bao gồm các mục tiêu chủ yếu: Phát triển các hệ thống laser toàn rắn, laser có bước sóng thay đổi liên tục, tần số xung lặp lại cao (cỡ GHz) có kích thước nhỏ gọn được bơm bằng laser bán dẫn (thế hệ mới); Tìm kiếm các vật liệu mới (có độ rộng phổ khuếch đại lớn, mức bão hoà năng lượng cao …); Phát triển các hệ thống laser xung có công suất cực mạnh…
Nghiên cứu xây dựng hệ laser Cr3+:LiSAF liên tục, có khả điều chỉnh bước sóng Tổng quan Tình hình nghiên cứu nước: Hầu hết quốc gia có chương trình cấp quốc gia khu vực cho việc đầu tư phát triển nguồn phát điện từ trường, laser ứng dụng Các trung tâm phòng thí nghiệm khoa học quốc tế Vật lý Công nghệ laser phát triển mạnh mẽ Các nghiên cứu tập trung vào hai hướng chính: Phát triển công nghệ laser; Ứng dụng laser lĩnh vực KH-CN Phát triển công nghệ laser bao gồm mục tiêu chủ yếu: Phát triển hệ thống laser toàn rắn, laser có bước sóng thay đổi liên tục, tần số xung lặp lại cao (cỡ GHz) có kích thước nhỏ gọn bơm laser bán dẫn (thế hệ mới); Tìm kiếm vật liệu (có độ rộng phổ khuếch đại lớn, mức bão hoà lượng cao …); Phát triển hệ thống laser xung có công suất cực mạnh… Các ứng dụng laser phát triển cực mạnh lĩnh vực KH-CN khác nhau, đặc biệt lĩnh vực hoá học, vật lý, sinh học, y học, thông tin quang học, thông tin lượng tử, vật liệu, linh kiện môi trường … Chỉ 10 năm vừa qua, liên tiếp giải thưởng Noben nhiều ngành khoa học liên quan trực tiếp đến laser: - Năm 1997, Chu, Cohen-Tannoudji Philippes nhận giải thưởng Noben đóng góp họ phát triển phương pháp làm lạnh bắt giữ nguyên tử ánh sáng laser, đưa nhiệt độ chúng xuống gần độ không tuyệt đối Phát nhà khoa học thực để giúp nghiên cứu sâu tự nhiên phát triển lĩnh vực có liên quan - Năm 1998, A Zewail nhận giải thưởng Noben nhờ sử dụng laser xung cực ngắn để ghi nhận tường minh sau điều khiển phản ứng hóa-lý - Năm 2000, Alferov Kroemer nhận giải thưởng Noben nhờ phát triển ngành vật lý bán dẫn nói chung vật liệu laser bán dẫn nói riêng Hiện nay, laser bán dẫn tảng ngành công nghệ cao làm thay đổi giới: thông tin quang học nhiều ứng dụng khác - Năm 2005, John Hall, Theodor Hansch Roy Glauber nhận giải thưởng Noben nhờ sử dụng laser để phát triển nghiên cứu phương pháp xác định tần số nguyên tử với độ xác cao (tới 15 số) Các công trình họ ứng dụng để phát triển đồng hồ nguyên tử, đo thời gian, định vị trí cực xác, máy tính lượng tử laser… Hàng năm, có nhiều hội nghị khoa học quốc tế nghiên cứu quang học laser tổ chức định kỳ nước G7+1 khu vực, hội nghị: Lasers and Applications; Ultrafast Spectroscopy; Ultrafast Photonics; Photonics and Applications; Atto-Femto-Optics; CLEO… Chúng đánh dấu phát triển liên tục mạnh mẽ vật lý, công nghệ ứng dụng laser Năm 2004, nước Châu Á thành lập Aisan Intense Laser Network (với trụ cột Nhật Bản, Trung quốc, Hàn quốc Ấn độ) đặt Hàn quốc trì Hội nghị khoa học hàng năm Khoa học laser cực nhanh cực mạnh (ASILS) – mà có dịp sang thăm họ tổ chức Lớp học Quốc tế Laser Ứng dụng laser cho cán trẻ khu vực Châu Á (tháng năm 2011) 2 Tình hình nghiên cứu nước: Trước kết KH-CN mang tính cách mạng khoa học quốc tế sở phát triển ứng dụng laser - nước nay, sở nghiên cứu khoa học, ứng dụng đào tạo (về vật lý, khoa học vật liệu, hoá lý, y-sinh, thông tin quang môi trường …) ngày có yêu cầu khách quan to lớn sử dụng laser nhằm nâng cao chất lượng trình độ nghiên cứu, ứng dụng đào tạo - đáp ứng đòi hỏi hội nhập KH-CN khu vực quốc tế Tuy nhiên, loại laser bơm laser bán dẫn (để phát xung ngắn-công suất mạnh phát liên tục - điều chỉnh bước sóng…) – đắt, kích thước lớn Do vậy, chưa có sở KH-CN (ngoài Viện Vật lý) Việt Nam nghiên cứu phát triển công nghệ trang bị loại laser bơm laser bán dẫn Hiện nay, phòng thí nghiệm Quang tử Viện Vật lý tiến hành số nghiên cứu phát triển loại laser rắn (Nd:YVO4; Nd:YAG …) bơm laser bán dẫn (thế hệ mới) Do đó, việc nghiên cứu, phát triển công nghệ laser bơm laser bán dẫn đặt vấn đề khoa học công nghệ cấp thiết, thú vị hấp dẫn khoa học định hướng ứng dụng Tính cấp thiết Với tác động trực tiếp to lớn nguồn laser lĩnh vực KH-CN giới, để nâng cao trình độ, chất lượng nghiên cứu mở rộng đối tượng nghiên cứu ứng dụng lĩnh vực nghiên cứu đào tạo Việt Nam theo kịp trình độ KH-CN khu vực giới, cần thiết nhanh chóng nhất, chủ động kinh tế để phát triển nghiên cứu vật lý, công nghệ ứng dụng loại laser bơm laser bán dẫn Các nguồn laser sử dụng ngày nhiều lĩnh vực nghiên cứu khoa học sống Trong nghiên cứu quang phổ, nguồn laser phát xạ vùng bước sóng rộng (điển hình laser Ti3+: Al2O3 Cr3+: LiSAF …) có khả kích thích nhiều loại vật liệu khác quan tâm Ngoài ra, độ ổn định ánh sáng kích thích ảnh hưởng nhiều đến cách thực phép đo Đối với hệ laser rắn bơm laser bán dẫn, ta đạt đồng thời hai yêu cầu Do hệ laser hoàn toàn rắn nên cường độ, phổ phát xạ phân bố cường độ chùm laser ổn định Phổ huỳnh quang môi trường laser Cr 3+: LiSAF có độ rộng (FWHM) khoảng 200 nm (từ 750 đến 950 nm – hình 1) cho phép phát xạ laser có độ rộng phổ lớn Năm 1995, U Keller cộng xây dựng thành công hệ laser Cr3+: LiSAF liên tục, hiệu suất góc khoảng 30 % Phổ phát xạ laser điều chỉnh liên tục khoảng 80 nm (FWHM, từ 820 – 900 nm) cách sử dụng lưỡng chiết buồng cộng hưởng laser (two-plate birefringent tuning element) Hiện nay, theo hiểu biết chúng tôi, laser Cr 3+: LiSAF chưa nghiên cứu lắp đặt Việt Nam Nếu thành công, laser Cr3+: LiSAF liên tục, có khả điều chỉnh bước sóng nguồn kích thích quang học tốt nghiên cứu quang phổ Bên cạnh đó, nghiên cứu laser rắn, bơm laser bán dẫn, có độ rộng phổ phát xạ lớn thực Mục tiêu - Nghiên cứu xây dựng hệ laser rắn Cr3+: LiSAF liên tục, có khả điều chỉnh bước sóng, bơm laser bán dẫn, công suất laser trung bình đạt vài chục mW - Việc thực đề tài góp phần đào tạo nhân lực cho lĩnh vực quang tử - laser Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên Nội dung - Nghiên cứu tổng quan đặc trưng quang học vật lý có liên quan môi trường laser Cr3+:LiSAF - Nghiên cứu lý thuyết động học phổ laser Cr 3+: LiSAF bơm laser bán dẫn - Nghiên cứu, thiết kế yếu tố – quang hệ laser Cr 3+:LiSAF - Nghiên cứu, lắp ráp hệ laser Cr3+:LiSAF liên tục - Nghiên cứu kĩ thuật (phương pháp) điều chỉnh bước sóng laser rắn - Nghiên cứu, lắp ráp hệ laser Cr3+:LiSAF liên tục, điều chỉnh bước sóng - Nghiên cứu đặc trưng phổ công suất laser Cr 3+:LiSAF - Tối ưu thông số hoạt động ổn định hệ laser rắn Tải file Nghiên cứu xây dựng hệ laser Cr3+:LiSAF liên tục, có khả điều chỉnh bước sóng PP nghiên cứu Kết hợp lý thuyết thực nghiệm: - Để nghiên cứu tính chất quang môi trường laser sử dụng máy quang phổ cách tử có độ phân giải cao có Viện Vật lý - Để nghiên cứu động học phổ laser sử dụng hệ phương trình tốc độ cho laser mức lượng - Để nghiên cứu quang học bơm cho hệ laser rắn bơm laser bán dẫn sử dụng linh kiện quang học đặc chủng để tăng chất lượng chùm bơm - Để thiết kế yếu tố – quang cho hệ laser thực xưởng khí-quang học Viện Vật lý Viện Vật lý kỹ thuật Các thiết bị khoa học - Để lắp ráp hệ laser rắn bơm laser bán dẫn sử dụng bàn quang học làm giá đỡ, laser lái chùm tia (laser He-Ne) làm chuẩn hiển thị hồng ngoại (card hồng ngoại, ống nhòm hồng ngoại…) - Để nghiên cứu đặc trưng hoạt động laser sử dụng đầu đo lượng có độ phân giải cao (10 mJ) máy quang phổ đại (độ phân giải Å/mm) Hiệu KTXH Việc thực đề tài tạo điều kiện để cán giảng dạy cập nhật với vấn đề khoa học thời giới tiếp cận với công nghệ chế tạo thiết bị laser đại phục vụ cho công tác đào tạo đại học sau đại học Ngoài ra, tạo điều kiện để nâng cao lực nghiên cứu chủ nhiệm đề tài đặc biệt giúp cho chủ nhiệm đề tài có điều kiện để thực tốt luận án Tiến sĩ ĐV sử dụng Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học - ĐHTN