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 SECANT-HYPERBOLE TRONG HOẠT ĐỘNG CỦA LASER MÀU BUỒNG CỘNG HƯỞNG VÒNG KHÓA MODE BẰNG VA CHẠM XUNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy cô môn Quang Lượng Tử, thầy cô trường giúp đỡ suốt trình học tập hoàn thành luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Trịnh Đình Chiến, người tận tình bảo, động viên, hướng dẫn suốt trình hoàn thành luận văn Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS Phạm Văn Bền, người đóng góp ý kiến quý báu cho giúp đỡ suốt trình học tập! Tôi xin chân thành cảm ơn! Học viên Nguyễn Quyết Thắng DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT : Biên độ cực đại xung a0 CW: Bơm liên tục c: Vận tốc ánh sáng chân không C: Tham số chirp : Mật độ dòng photon FL : Cường độ hấp thụ bão hòa I sabs : Độ dài tán sắc Ld : Hệ số chiết suất phi tuyến n2c : Mật độ hạt (độ tích lũy) n1 , n2 , n3 nguyên tử mức 1,2,3 N: Tổng số nguyên tử tham gia vào trình tương tác : Chiết suất nhóm ng SPM: Sự tự biến điệu pha (Self - phase modulation) GVD: Sự tán sắc vận tốc nhóm (Group-Velocity dispersion) SAM: Sự tự biến điệu biên độ (Self - amplitude modulation) CPM: Laser màu khóa mode bị động va chạm xung (Colliding Pulse Mode-Locked) : Khoảng thời gian xung truyền Tc chất hấp thụ bão hòa môi trường khuếch đại u: Vận tốc ánh sáng chất hấp thụ bão hòa : Năng lượng xung εp : Độ rộng xung τL : Thời gian tích thoát (hồi phục τ 12 ngang) σ : Tiết diện hấp thụ hiệu dụng : Độ rộng phổ xung ∆ω : Tham số tán sắc vận tốc nhóm : Toán tử mật độ β2 ρ : Tần số laser vL DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1: Mối quan hệ thời gian xung cường độ xung trước sau qua chất hấp thụ bão hòa ……………………………………………….……… ….……41 Bảng 3.2: Mối quan hệ thời gian cường độ xung trước sau qua chất hấp thụ bão hòa………………………………………………………………… …46 Bảng 3.3: Mối quan hệ thời gian xung cường độ xung xung có chirp trước sau qua chất hấp thụ bão hòa…………………………………………49 Bảng 3.4: Tỷ số thời gian xung mật độ dòng photon xung so với xung vào qua môi trường khuếch đại………………………………………… ……52 Bảng 3.5: Tỷ số thời gian xung mật độ dòng photon xung xung vào môi trường khuếch đại………………………………………………………… 55 Bảng 3.6: Mối quan hệ thời gian xung mật độ dòng photon xung so với xung vào môi trường khuếch đại………………………………………………….… 58 Bảng 3.7: Mối quan hệ thời gian xung mật độ dòng photon xung so với xung vào môi trường hấp thụ khuếch đại……………………………….………60 Bảng 3.8: Mối quan hệ thời gian xung mật độ dòng photon xung secanthyperbole có chirp tuyến tính trước sau qua môi trường hấp thụ bão hòa khuếch đại……………………………………………… …………………… …….64 Bảng 3.9: Quan hệ thời gian xung mật độ dòng photon xung trước sau qua chất hấp thụ bão hòa khuếch đại……………………………………… 68 Bảng 3.10: Mối quan hệ độ rộng xung mật độ dòng photon xung ban đầu xung lại nhiều vòng buồng cộng hưởng……………………………… … 71 Bảng 3.11: Mối quan hệ độ rộng xung cường độ xung xung secanthyperbole có chirp tuyến tính xung ban đầu so với xung lại nhiều lần quanh buồng cộng hưởng……………………………………………… ……………….….74 Bảng 3.12: Mối quan hệ xung secant-hyperbole có chirp phi tuyến với C=2 trước sau lại nhiều lần quanh buồng cộng hưởng………………… …… ………81 Bảng 3.13: Mối quan hệ độ rộng xung cường độ xung secant-hyperbole qua chất hấp thụ bão hòa môi trường khuếch đại với độ dày thay đổi…………………………………………………………………………… ….… 84 Bảng 3.14: Mối quan hệ thời gian xung mật độ dòng photon xung secanthyperbole có chirp tuyến tính buồng cộng hưởng với độ dày chất màu khác nhau…………………………………… ………………………………………84 Bảng 3.15: Mối quan hệ thời gian xung mật độ dòng photon xung secanthyperbole có chirp phi tuyến buồng cộng hưởng với độ dày chất màu khác nhau…………………… ……………………………………………………….86 DANH MỤC HÌNH Hình 3.1: Xung secant-hyperbole chirp trước sau qua chất hấp thụ bão hòa…………………………………………………………… …………………41 Hình 3.2: Xung secant-hyperbole có chirp tuyến tính với C=3 trước sau qua chất hấp thụ bão hòa…………………………………… ……………………………44 Hình 3.3: Xung secant-hyperbole có chirp tuyến tính với C=6 trước sau qua chất hấp thụ bão hòa……………………… ……………………………… ……….44 Hình 3.4: Xung secant-hyperbole có chirp tuyến tính với C=15 trước sau qua chất hấp thụ bão hòa………………………………… …………………… ….……45 Hình 3.5: Xung secant-hyperbole có chirp tuyến tính với C=25 trước sau qua chất hấp thụ bão hòa………………………………… …………………………… 45 Hình 3.6: Xung secant-hyperbole có chirp phi tuyến với C=3 trước sau qua chất hấp thụ bão hòa………………………………………………………………… 47 Hình 3.7: Xung secant-hyperbole có chirp phi tuyến với C=6 trước sau qua chất hấp thụ bão hòa………………………………………… ………… …………48 Hình 3.8: Xung secant-hyperbole có chirp phi tuyến với C=15 trước sau qua chất hấp thụ bão hòa……………………………………………………… ……….48 Hình 3.9: Xung secant-hyperbole với C=0 trước sau qua môi trường khuếch đại…………………….………………………………………………52 Hình 3.10: Xung secant-hyperbole có chirp tuyến tính với C=3 trước sau qua môi trường khuếch đại……………………………………… …………… ……….54 Hình 3.11: Xung secant-hyperbole có chirp tuyến tính với C=6 trước sau qua môi trường khuếch đại……………………………………………………………… 54 Hình 3.12: Xung secant-hyperbole có chirp tuyến tính với C=15 trước sau qua môi trường khuếch đại………………………………………………… ……….55 Hình 3.13: Xung secant-hyperbole có chirp phi tuyến với C=3 trước sau qua môi trường khuếch đại………………………………………………… ……………56 Hình 3.14: Xung secant-hyperbole có chirp phi tuyến với C=6 trước sau qua môi trường khuếch đại……………………………………………………… ………57 Hình 3.15: Xung secant-hyperbole có chirp phi tuyến với C=15 trước sau qua môi trường khuếch đại…………………………………………… ………………….57 Hình 3.16: Xung secant-hyperbole chirp với C=0 trước sau qua môi trường hấp thụ khuếch đại………………………………………… ……… 59 Hình 3.17: Xung secant-hyperbole có chirp tuyến tính với C=1 trước sau qua môi trường hấp thụ khuếch đại…………………………………………………61 Hình 3.18: Xung secant-hyperbole có chirp tuyến tính với C=3 trước sau qua môi trường hấp thụ khuếch đại…………………………………………………61 Hình 3.19: Xung secant-hyperbole có chirp tuyến tính với C=6 trước sau qua môi trường hấp thụ khuếch đại…………………………………………………62 Hình 3.20: Xung secant-hyperbole có chirp tuyến tính với C=10 trước sau qua môi trường hấp thụ khuếch đại……………………………………….……63 Hình 3.21: Xung secant-hyperbole có chirp tuyến tính với C=15 trước sau qua môi trường hấp thụ khuếch đại……………………………………………63 Hình 3.22: Xung secant-hyperbole có chirp tuyến tính với C=25 trước sau qua môi trường hấp thụ khuếch đại…………………………………………… 63 Hình 3.23: Xung secant-hyperbole có chirp phi tuyến với C=1 trước sau qua môi trường hấp thụ khuếch đại………………………………………… …… 65 Hình 3.24: Xung secant-hyperbole có chirp phi tuyến với C=3 trước sau qua môi trường hấp thụ khuếch đại…………………………………………… … 65 Hình 3.25: Xung secant-hyperbole có chirp phi tuyến với C=6 trước sau qua môi trường hấp thụ khuếch đại……………………………………… ……….66 Hình 3.26: Xung secant-hyperbole có chirp phi tuyến với C=10 trước sau qua môi trường hấp thụ khuếch đại……………………………………… ……… 66 Hình 3.27: Xung secant-hyperbole có chirp phi tuyến với C=15 trước sau qua môi trường hấp thụ khuếch đại…………………………………… ………… 67 Hình 3.28: Xung secant-hyperbole có chirp phi tuyến với C=25 trước sau qua môi trường hấp thụ khuếch đại……………………………………… ……….67 Hình 3.29: Xung secant-hyperbole chirp N=2 vòng quanh buồng cộng hưởng………………………………………………………………………………….69 Hình 3.30: Xung secant-hyperbole chirp N=3 vòng quanh buồng cộng hưởng………………………………………………………………………………….69 Hình 3.31: Xung secant-hyperbole chirp N=4 vòng quanh buồng cộng hưởng………………………………………………………………………………….70 Hình 3.32: Xung secant-hyperbole chirp N=5 vòng quanh buồng cộng hưởng…………………………………………………………… …………….…….70 Hình 3.33: Xung secant-hyperbole có chirp tuyến tính với C=2 lại N=2 vòng quanh buồng cộng hưởng…………………………… …………………………… ………72 Hình 3.34: Xung secant-hyperbole có chirp tuyến tính với C=2 lại N=3 vòng quanh buồng cộng hưởng……………………………………………………………….… 72 Hình 3.35: Xung secant-hyperbole có chirp tuyến tính với C=2 lại N=4 vòng quanh buồng cộng hưởng……………………………………………………………….… 73 Hình 3.36: Xung secant-hyperbole có chirp tuyến tính với C=2 lại N=5 vòng quanh buồng cộng hưởng……………………………………………………………… ….73 Hình 3.37: Xung secant-hyperbole có chirp phi tuyến với C=2 lại N=2 vòng quanh buồng cộng hưởng…………………………… ………………………………….…75 Hình 3.38: Xung secant-hyperbole có chirp phi tuyến với C=2 lại N=3 vòng quanh buồng cộng hưởng……………………………………………………… ……….…75 Hình 3.39: Xung secant-hyperbole có chirp phi tuyến với C=2 lại N=4 vòng quanh buồng cộng hưởng………………………………………………… ………….……76 Hình 3.40: Xung secant-hyperbole có chirp phi tuyến với C=2 lại N=5 vòng quanh buồng cộng hưởng………………………………………………… …………… …76 Hình 3.41: Xung secant-hyperbole chirp lại quanh buồng cộng hưởng với độ dày chất màu: L=90 μm, Lk=500 μm……………………………………… ……79 Hình 3.42: Xung secant-hyperbole chirp lại quanh buồng cộng hưởng với độ dày chất màu: L=70 μm, Lk=400 μm………………………………………… …79 Hình 3.43: Xung secant-hyperbole chirp lại quanh buồng cộng hưởng với độ dày chất màu: L=50 μm, Lk=300 μm…………………………………… ………80 Hình 3.44: Xung secant-hyperbole chirp lại quanh buồng cộng hưởng với độ dày chất màu: L=30 μm, Lk=200 μm…………………………………… ………80 Hình 3.45: Xung secant-hyperbole chirp lại quanh buồng cộng hưởng với độ dày chất màu: L=10 μm, Lk=100 μm ……………………………… … ………81 Hình 3.46: Xung secant-hyperbole có chirp tuyến tính C=2 lại quanh buồng cộng hưởng với độ dày chất màu: L=90 μm, Lk=500 μm…………………………….… 82 Hình 3.47: Xung secant-hyperbole có chirp tuyến tính C=2 lại quanh buồng cộng hưởng với độ dày chất màu: L=50 μm, Lk=300 μm……… ………………….…… 83 Hình 3.48: Xung secant-hyperbole có chirp tuyến tính C=2 lại quanh buồng cộng hưởng với độ dày chất màu: L=10 μm, Lk=100 μm…………………… …….… …83 Hình 3.49: Xung secant-hyperbole có chirp phi tuyến C=2 lại quanh buồng cộng hưởng với độ dày chất màu: L=90 μm, Lk=500 μm………… ………………….… 85 Hình 3.50: Xung secant-hyperbole có chirp phi tuyến C=2 lại quanh buồng cộng hưởng với độ dày chất màu: L=50 μm, Lk=300 μm………………………… …… 85 Hình 3.51: Xung secant-hyperbole có chirp phi tuyến C=2 lại quanh buồng cộng hưởng với độ dày chất màu: L=10 μm, Lk=100 μm………………………… ……86 MỤC LỤC Lời mở đầu:……………………………………………………… CHƯƠNG 1: LASER XUNG CỰC NGẮN……………………………………… 1.1 Giới thiệu chung laser xung cực ngắn……………………………………… 1.2 Các phương pháp đồng mode tạo xung cực ngắn………………………… 1.2.1: Phương pháp đồng mode chủ động…………………………………7 1.2.2: Phương pháp đồng mode bị động:………………………………… 1.2.3: Phương pháp đồng 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 laser màu…………………………………………… …15 1.3.2: Một số tính chất 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 mode bị động cho laser màu CPM……………………….….24 2.2: Một số hiệu ứng phi tuyến ảnh hưởng đến xung cực ngắn buồng cộng hưởng laser……………………………………………………………………… ….25 2.2.1: Sự mở rộng xung tán sắc vận tốc nhóm GVD………………….….25 2.2.2: Sự mở rộng xung tự biến điệu pha SPM…………… ……… 26 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 buồng cộng hưởng……………………….………… 32 2.3.2: Nén xung buồng cộng hưởng………………….… …………….34 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA CHIRP VÀ TÁN SẮC ĐỐI VỚI XUNG DẠNG SECANT-HYPERBOLE TRONG LASER CPM 3.1: Khảo sát ảnh hưởng chirp xung secant-hyperbole qua môi trường hấp thụ bão hòa buồng cộng hưởng laser CPM…… 36 3.1.1: Khảo sát tương tác xung chất hấp thụ bão hòa………………36 3.1.2: Khảo sát xung secant-hyperbole chirp……………………….40 3.1.3: Khảo sát xung secant-hyperbole có chirp………………………… ….42 3.2: Khảo sát ảnh hưởng chirp xung secant-hyperbole qua môi trường khuếch đại buồng cộng hưởng laser CPM…………………………… ……50 3.2.1: Tương tác xung qua môi trường khuếch đại……….…… 50 3.2.2: Khảo sát trường hợp xung secant-hyperbole chirp……… 52 3.2.3: Khảo sát trường hợp xung secant-hyperbole có chirp …………… 53 3.3: Khảo sát xung secant hyperbole qua môi trường hấp thụ môi trường khuếch đại………………………………………………………………………… 59 3.3.1:Trường hợp xung secant-hyperbole chirp………………… 59 3.3.2: Trường hợp xung secant-hyperbole có chirp………………………….60 3.4: Khảo sát xung secant-hyperbole nhiều vòng quanh buồng cộng hưởng 69 3.4.1: Xung secant-hyperbole chirp……………………………… 69 3.4.2:Xung secant-hyperbole có chirp………………… ……………………72 3.5: Khảo sát ảnh hưởng tán sắc xung dạng secant-hyperbole buồng cộng hưởng laser CPM…………………………………………… ……… 78 3.5.1: Xung secant-hyperbole chirp………………………………… 80 3.5.2:Xung secant-hyperbole có chirp…………………………………………82 Kết luận …… …………………………………………………………….… 89 Hình 3.44: Xung secant-hyperbole chirp lại quanh buồng cộng hưởng với độ dày chất màu: L=30 μm, Lk=200 μm Hình 3.45: Xung secant-hyperbole chirp lại quanh buồng cộng hưởng với độ dày chất màu: L=10 μm, Lk=100 μm (L;Lk) C=0 τ τ vao Fra Fvao 90-500 70-400 50-300 30-200 10-100 0.9863 0.9862 0.9861 0.9860 0.9859 1.3630 1.3630 1.3630 1.3630 1.3629 96 Bảng 3.13:Mối quan hệ độ rộng xung cường độ xung secant-hyperbole qua chất hấp thụ bão hòa môi trường khuếch đại với độ dày thay đổi Nhận xét: Với xung secant-hyperbole chirp vòng quanh buồng cộng hưởng tương ứng với độ dày khác chất màu cho ta kết sau: Tỷ số thời gian xung so với xung vào nhỏ Khi độ rộng chất màu giảm tỷ số giảm, nhiên độ giảm không nhiều Do để có xung cực ngắn lại quanh buồng cộng hưởng đòi hỏi phải làm giảm độ dày môi trường hoạt chất môi trường chất hấp thụ bão hòa tới mức cần thiết Tỷ số mật độ dòng photon lớn không thay đổi thay đổi độ dày môi trường khuếch đại chất hấp thụ bão hòa 3.5.2: Trường hợp xung secant-hyperbole có chirp 3.5.2.1: Trường hợp xung secant-hyperbole có chirp tuyến tính Với trường hợp xung secant-hyperbole có chirp tuyến tính khảo sát trường hợp cụ thể với hệ số chirp C=2 dạng xung phụ thuộc vào độ dày chất hấp thụ bão hòa độ dày môi trường hoạt chất sau: 97 Hình 3.46: Xung secant-hyperbole có chirp tuyến tính C=2 lại quanh buồng cộng hưởng với độ dày chất màu: L=90 μm, Lk=500 μm 98 Hình 3.47: Xung secant-hyperbole có chirp tuyến tính C=2 lại quanh buồng cộng hưởng với độ dày chất màu: L=50 μm, Lk=300 μm 99 Hình 3.48: Xung secant-hyperbole có chirp tuyến tính C=2 lại quanh buồng cộng hưởng với độ dày chất màu: L=10 μm, Lk=100 μm (L;Lk) 90-500 70-400 50-300 30-200 10-100 0.9826 0.9825 0.9824 0.9823 0.9822 τ TBra τ TBvao 0.9826 0.9825 0.9824 0.9823 0.9822 Fra Fvao 1.3625 1.3625 1.3625 1.3625 1.3624 C=2 τ τ vao 100 Bảng 3.14: Mối quan hệ thời gian xung mật độ dòng photon xung secanthyperbole có chirp tuyến tính buồng cộng hưởng với độ dày chất màu khác Nhận xét: Với xung secant-hyperbole có chirp tuyến tính với C=2 lại vòng buồng cộng hưởng với độ dày khác chất màu cho ta kết sau: Tỷ số thời gian xung xung so với xung vào nhỏ Do độ rộng xung lối rút ngắn Khi độ rộng chất màu giảm tỷ số giảm, nhiên độ giảm không nhiều Do để có xung cực ngắn lại quanh buồng cộng hưởng đòi hỏi phải làm giảm độ dày môi trường hoạt chất môi trường chất hấp thụ bão hòa tới mức cần thiết Tỷ số mật độ dòng photon lớn không thay đổi thay đổi độ dày môi trường khuếch đại chất hấp thụ bão hòa Chứng tỏ xung khuếch đại vòng buồng cộng hưởng, không phụ thuộc nhiều vào độ dày chất màu khoảng xác định 3.5.2.2: Trường hợp xung secant-hyperbole có chirp phi tuyến Với trường hợp xung secant-hyperbole có chirp phi tuyến ta khảo sát trường hợp cụ thể với C=2 có dạng xung phụ thuộc vào độ dày chất hấp thụ bão hòa môi trường hoạt chất sau: 101 Hình 3.49: Xung secant-hyperbole có chirp phi tuyến C=2 lại quanh buồng cộng hưởng với độ dày chất màu: L=90 μm, Lk=500 μm 102 Hình 3.50: Xung secant-hyperbole có chirp phi tuyến C=2 lại quanh buồng cộng hưởng với độ dày chất màu: L=50 μm, Lk=300 μm 103 Hình 3.51: Xung secant-hyperbole có chirp phi tuyến C=2 lại quanh buồng cộng hưởng với độ dày chất màu: L=10 μm, Lk=100 μm (L;Lk) 90-500 70-400 50-300 30-200 10-100 0.9791 0.9790 0.9789 0.9788 0.9787 τ TBra τ TBvao 0.9791 0.9790 0.9789 0.9788 0.9787 Fra Fvao 1.3630 1.3630 1.3630 1.3630 1.3629 C=2 τ τ vao Bảng 3.15: Mối quan hệ thời gian xung mật độ dòng photon xung secanthyperbole có chirp phi tuyến buồng cộng hưởng với độ dày chất màu khác Nhận xét: Với xung secant-hyperbole có chirp phi tuyến với C=2 lại vòng buồng cộng hưởng với độ dày khác chất màu cho ta kết sau: Tỷ số mật độ dòng photon lớn không thay đổi thay đổi độ dày môi trường khuếch đại chất hấp thụ bão hòa miền khảo sát độ dày chất màu Tỷ số độ rộng xung so với xung vào nhỏ Do độ rộng xung lối rút ngắn Khi độ rộng chất màu giảm tỷ số giảm, nhiên độ giảm không nhiều Do để có xung cực ngắn lại quanh buồng cộng hưởng đòi hỏi phải làm giảm độ dày môi trường hoạt chất môi trường chất hấp thụ bão hòa tới mức cần thiết 104 Kết luận: Sau tìm hiểu [7] khảo sát xung lại nhiều lần buồng cộng hưởng có nhận xét: xét ảnh hưởng môi trường khuếch đại hấp thụ (không xét đến yếu tố ảnh hưởng khác) tính toán số lần cần thiết xung phải buồng cộng hưởng để đạt xung có thời gian femto giây Cụ thể với trường hợp xung secant-hyperbole chirp, tỉ lệ thời gian xung tương lần xung qua rút ngắn xuống 0.8205 tỉ lệ coi không đổi sau lần vòng quanh buồng cộng hưởng Giả sử lần xung tạo từ laser màu liên tục bơm vào buồng cộng hưởng cỡ μs (tức xấp xỉ thời gian hồi phục ngang), để đạt cỡ fs phải rút ngắn thời gian xung 10^9 lần Gọi số lần xung lại buồng cộng hưởng x, ta tìm số lần xung lại cần thiết để đạt xung femto giây sau:[7] τ x = 0.8205 x τ Lấy lg hai vế phương trình ta : τ  lg x  = x lg(0.8205) τ Ta thấy sau số lần   ⇔ −9 = x lg(0.8205) lại quanh buồng cộng hưởng ⇔ x ≈ 105 thời gian xung rút ngắn xuống cỡ femto giây Nhưng kết thực nghiệm cho thấy với buồng cộng hưởng laser CPM thời gian xung đạt ngắn cỡ vài đến vài chục femto giây Chứng tỏ có giới hạn cho việc rút ngắn xung Điều xung rút ngắn xuất hiệu ứng phi tuyến làm ảnh hưởng đến hình dạng xung, tán sắc vận tốc nhóm, tự biến điệu pha, tán xạ Raman ảnh hưởng yếu tố khác 105 KẾT LUẬN CHUNG Trong trình khảo sát ảnh hưởng chirp tán sắc xung dạng secant-hyperbole hoạt động laser màu buồng cộng hưởng vòng khóa mode va chạm xung, với khảo sát cụ thể trường hợp xung secant-hyperbole chirp, có chirp tuyến tinh, chirp phi tuyến qua chất hấp thụ bão hòa, môi trường khuếch đại Và đặc biệt xung secant-hyperbole vòng nhiều vòng buồng cộng hưởng Đồng thời khảo sát ảnh hưởng độ dày môi trường chất màu khuếch đại chất hấp thụ bão hòa độ rộng xung cường độ xung buồng cộng hưởng laser CPM Qua tìm hiểu [7] khảo sát đầy đủ thêm thu kết sau: Từ tính toán mô gần cho dạng xung secant-hyperbole chirp, nhận thấy: • Khi xung qua hai môi trường khuếch đại hấp thụ phần đỉnh 106 xung khuếch đại, hai sườn xung trở nên dựng đứng thời gian xung rút ngắn • Khi xung lại nhiều lần quanh buồng cộng hưởng cường độ đỉnh xung khuếch đại, đồng thời độ rộng xung ngày rút ngắn Với xung secant-hyperbole chirp tỷ số khuếch đại xung lớn so với trường hợp có chirp Từ tính toán mô gần cho dạng xung secant-hyperbole có chirp, nhận thấy • Khi vòng quanh buồng cộng hưởng phần trung tâm xung khuếch đại mạnh lên, cường độ xung lớn cường độ xung vào, đồng thời độ rộng xung rút ngắn với số trường hợp C • Khi xung lại nhiều vòng buồng cộng hưởng cường độ xung trường hợp chirp phi tuyến lớn không nhiều so với cường độ xung trường hợp chirp tuyến tính Tuy nhiên xung secant-hyperbole có chirp có cường độ nhỏ nhiều so với trường hợp xung chirp Từ tính toán trường hợp thay đổi độ dày chất hấp thụ bão hòa độ dày môi trường khuếch đại khoảng giá trị xác định, nhận thấy: • Khi giảm độ dày chất hấp thụ khoảng [90÷10 μm] độ dày môi trường hoạt chất khoảng [500÷100 μm] độ rộng xung giảm Mặc dù độ rộng xung giảm không nhiều giảm độ dày môi trường chất màu, nhiên xung lại nhiều vòng quanh buồng cộng hưởng xung giảm đáng kể Do để đạt xung cực ngắn cho laser màu CPM, đặc biệt cỡ femto giây việc giảm độ dày môi trường chất màu điều cần thiết thực nghiệm Trên số kết nghiên cứu mà thu được, nhiên nhiều vấn đề xung secant-hyperbole có chirp cần nghiên cứu có giá trị thực tiễn vấn đề truyền xung thông tin quang mà nghiên cứu khảo sát tương lai gồm: • khảo sát xung truyền thông tin quang đơn mode 107 • giới hạn tốc độ bít xung truyền thông tin quang • khảo sát xung secant-hyperbole ảnh hưởng hệ số tán sắc β laser CPM TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Thế Bình (2006), Kỹ thuật laser, NXB Đại học Quốc gia, Hà Nội Trịnh Đình Chiến, Đinh Văn Hoàng (2002), Vật lý laser ứng dụng, NXB Đại học Quốc gia, Hà Nội Đinh Văn Hoàng (1999) , Quang học phi tuyến, NXB Đại học Quốc gia, Hà Nội Trần Mạnh Hùng (2007), Nghiên cứu biến đổi lan truyền xung cực ngắn qua môi trường phi tuyến buồng cộng hưởng vòng, Luận án tiến sĩ Vật Lý, Trường Đại học Vinh Hồ Quang Quý, Vũ Ngọc Sáu (2005), Laser bước sóng thay đổi ứng dụng, NXB Đại học Quốc gia, Hà Nội Ngụy Hữu Tâm, Những ứng dụng laser (2003 ), NXB Khoa học kỹ thuật Lê Thị Thúy (2011), Ảnh hưởng chirp phi tuyến với xung dạng secant108 hyperbole buồng cộng hưởng laser CPM, Luận văn thạc sĩ vật lý, Đại học Khoa học Tự nhiên- ĐH QGHN Nguyễn Thị Thu Trang (2009), Ảnh hưởng chirp xung dạng secant-hyperbole buồng cộng hưởng laser CPM, Luận văn thạc sĩ Vật lý, Đại học Khoa học Tự nhiên- ĐH QGHN Cao Long Vân, Marek Trippenbach, Đinh Xuân Khoa (2003), Nhập môn quang học phi tuyến, Đại học Vinh Tiếng Anh 10 Ablowitz M.J and Segur H (1981), Soliton and the Inverse Scattering Transform, Society for Industrial and Applied Mathematics, Philadelphia 11 Agrawal G.P (1998), Nonlinear Fiber Optics, 2nd Ed, Academic Press San 12 Baczynski A, Kossakowski A, Marslek T (1976), Quantum theory of dye laser, Zphys, B23, pp:205-212 13 Bernd-Wilhelmi (1984), Laser fur ultrakuze lichtimpulse, Akademie Verlag Berlin 1984 14 Cheo P.K (1987), Handbook of Molecular Laser, Marcel Dikker, New York 15 Dennis, Michael L, Diels, Jean-Claude M (1991), Femtosecond ring dye laser: a potential new laser gyro, Optics Letters, Vol 16 Issue 7, pp.529-531 16 J.M.Halbout, D.Grischkowsky (1984), 12 fs-ultrashort optical pulse compression at a high repetition, App.Phys.Lett, 45(12) 17 Jean-Claude Diels, Wolfgang Rhudolph (2005), Ultrashort Laser Pulse Phenomena Fundamentals, Techniques, and Applications Femtosecond Time Scale, Elsevier’s Science & on a Technology RightsDepartment in Ox ford 18 Oluwole David Solama (2007), ultrafast pulses, American Institute of Physics 19 Dr Claude Rullière (2004), Femtosecond laser pulses: principles and experiments, Springer Science, Business Media 109 20 F.P.Schaefer (1990), Dye Laser, Springer-Verlag Berlin Publisher 21 Wolfgang-Rhudolph, Jean-Claude Diels, (2005), Ultrashort Laser Pulse Phenomena Fundamentals, Techniques, and Applications Femtosecond Time Scale, Elsevier’s Science & on a Technology RightsDepartment in Ox ford 22 William S, C Chang (2005), Principles of Lasers and Optics, Cambridge University Press 23 A M Weiner (2008), Ultrafast Optics, Published simultaneously in Canada 24 Yu, Yonggui, Wang, Jiyang, Zhang, Huaijin, Wang, Zhengping, Yu, Haohai, Jiang, Minhua (2009), Continuous wave and Q-switched laser output of laserdiode-end-pumped disordered Nd:LGS laser, Optics Letters, Vol 34 Issue 4, pp.467-469 25 Zhiyi, Wei, Kobayashi, Yohei, Zhang, Zhigang, Torizuka, Kenj (2001), Generation of two-color femtosecond pulses by self-synchronizing Ti:sapphire and Cr:forsterite lasers, Optics Letters, Vol 26 Issue 22, pp.18061808 110 [...]... 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 secant- hyperbole 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 secanthyperbole 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 2 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. .. 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 chirp. .. tài ảnh hưởng của 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 1 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 secant- hyperbole trong buồng cộng hưởng laser Qua đó nhằm tìm ra... 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. .. 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... 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. .. một chùm tia lối ra của một laser khác đã được đồng bộ mode Điều chỉnh chiều dài L của buồng cộng hưởng làm cho nó có thể thích ứng với mode tổng hợp tách theo tần số c/2L đến tần số Ω/2π của xung laser bơm Trước tiên, nó cho thấy rằng có thể kết hợp hai hoạt động là điều biến bơm các 8 hao phí buồng buồng cộng hưởng và điều biến khuếch đại trong cùng một hệ thống laser Thứ hai, và quan trọng hơn là... đồng bộ mode chủ động hoặc bị động Do dải phổ phát quang của chất màu laser là rất rộng Các mode với tần số khác nhau thì qua quá trình đi lại trong buồng cộng hưởng laser có thể dẫn tới sự phụ thuộc về pha của các thành phần tần số khác nhau đó, tạo nên sự biến đổi biên độ của xung laser tổng hợp (do sự chồng chập của các mode) Các thăng giáng ngẫu nhiên gây ra sự biến thiên của đầu ra theo thời gian,... dụng trong phương pháp khóa mode gọi là phương pháp đồng bộ mode bị động Động học của khuếch đại bão hòa trong môi trường khuếch đại ảnh hưởng đến sự biến dạng của xung Chúng tôi muốn cho thấy rằng nếu môi trường hấp thụ với một hệ số hấp thụ bão hòa được đặt bên trong buồng cộng hưởng, thì sự kết hợp giữa chất hấp thụ bão hòa và môi trường khuếch đại bão hòa dẫn đến một cách tự nhiên sự đồng bộ mode của