LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Khóa luận này, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ThS Nguyễn Văn Hảo – giảng viên Bộ môn Vật lý – Trường Đại học Khoa học, người trực tiếp hướng dẫn tận tình, chu đáo tạo điều kiện thuận lợi để em thực Khóa luận Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo Bộ môn Vật lý – Trường Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên dạy dỗ bảo nhiệt tình cho em suốt thời gian học tập hoàn thành Khóa luận Em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo, anh chị cán nghiên cứu viên Phòng thí nghiệm Quang tử Phân tử thuộc Trung tâm Điện tử học Lượng tử, Viện Vật lý tận tình giúp đỡ em suốt trình tiến hành thực nghiệm để hoàn thành Khóa luận Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè động viên tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt thời gian qua Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu đó! Thái Nguyên, ngày 29/04/2011 Sinh viên Nguyễn Thị Như Hải MỤC LỤC MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài (Khóa luận) Từ phát minh nay, laser không ngừng nghiên cứu phát triển Với nhu cầu ứng dụng rộng rãi hầu hết lĩnh vực nghiên cứu khoa học, khoa học vật liệu quang điện tử, laser ngày phát triển đa dạng chủng loại đồng thời kĩ thuật phát laser ngày hoàn thiện Tùy vào môi trường hoạt chất mà công nghệ laser phân chia thành nhiều ngành khác như: laser rắn, laser lỏng, laser bán dẫn, laser khí Trong laser rắn phát minh ngày có nhiều ứng dụng vô quan trọng Trong loại laser rắn, laser rắn Neodymium (môi trường laser pha tạp ion Nd3+) chiếm tỉ phần lớn – nguồn sáng kết hợp quan trọng sử dụng rộng rãi phòng thí nghiệm quang học quang phổ [5] Hiện nay, laser Neodymium chủ yếu bơm đèn flash với hiệu suất chuyển đổi lượng thấp khoảng ÷ % phải mua từ nước với giá thành cao Do vậy, có số phòng thí nghiệm có khả trang bị nguồn laser Ngày nay, nhờ phát triển công nghệ laser bán dẫn gần đây, công suất phát laser bán dẫn đạt tới hàng chục oát (W) với phổ phát xạ tập trung khoảng phổ hẹp (2 ÷ nm) đặc biệt phù hợp tốt với phổ hấp thụ tinh thể laser Do vậy, phương pháp quang học laser bán dẫn để bơm cho laser rắn phát triển mạnh mẽ Phương pháp làm cho hiệu suất chuyển đổi lượng laser nâng lên đáng kể, đồng thời cấu hình – kích thước laser rắn trở nên gọn nhiều Nhìn chung, với cấu hình bơm khác nhau, hiệu suất chuyển đổi lượng bơm laser bán dẫn đạt từ 10 ÷ 60 % Tại Việt Nam, có phòng thí nghiệm trọng điểm điện tử học Lượng tử - Viện Vật lý thuộc Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam nghiên cứu phát triển hệ laser rắn bơm laser bán dẫn Vì vậy, việc nghiên cứu, thiết kế xây dựng hệ laser cần thiết có nhiều ý nghĩa khoa học ứng dụng thực tiễn Hơn nữa, sở để phát triển vật lý công nghệ nguồn laser rắn phát xung ngắn bơm laser diode Đó lý chọn đề tài này: “Laser rắn phát xung ngắn nano giây phương pháp biến điệu thụ động độ phẩm chất buồng cộng hưởng, bơm laser diode.” Mục đích Khóa luận Nhằm trang bị kiến thức cở laser, đặc biệt laser rắn bơm laser diode, đồng thời tạo điều kiện cho việc học tập chuyên ngành tác giả Đây tài liệu tham khảo cho bạn sinh viên quan tâm đến hoạt động ứng dụng laser Khoá luận nghiên cứu, thiết kế lắp ráp hệ laser rắn Nd 3+:YAG phát xung ngắn dựa phương pháp biến điệu độ phẩm chất buồng cộng hưởng bơm laser diode Đây laser có nhiều ứng dụng khoa học Nội dung Khóa luận Nội dung Khóa luận tiến hành nghiên cứu, thiết kế lắp ráp hệ laser rắn Nd: YAG phát xung ngắn nano-giây phương pháp biến điệu độ phẩm chất buồng cộng hưởng, bơm laser diode dựa sở tìm hiểu lý thuyết phương pháp phát xung ngắn nano giây Đồng thời qua nghiên cứu đặc trưng hoạt động hệ laser Do đó, nội dung khóa luận phần mở đầu kết luận chia làm ba chương: Chương 1: Tổng quan laser rắn Neodymium phát xung ngắn nhờ biến điệu độ phẩm chất buồng cộng hưởng Trong chương giới thiệu phân tích cách ngắn gọn đặc điểm đặc trưng hoạt động laser Neodymium điển hình Ngoài ra, đưa nguyên tắc phát xung laser rắn nhờ kỹ thuật Q-Switching (biến điệu độ phẩm chất buồng cộng hưởng) Chương 2: Nghiên cứu, thiết kế lắp ráp hệ laser rắn Nd: YAG biến điệu thụ động bơm laser diode Trong chương trình bày nghiên cứu phận nguồn bơm thiết kế yếu tố – quang cho hệ laser Chương 3: Các kết thảo luận Trong chương trình bày kết thu từ hệ laser lắp ráp bàn luận chúng Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan lý thuyết: Tổng hợp, xử lý, khái quát, phân tích tài liệu liên quan đến laser rắn Neodymium bơm laser diode phương pháp phát xung laser ngắn Q-Switching - Nghiên cứu thực nghiệm: Thiết kế, lắp ráp hệ laser rắn Nd: YAG phát xung ngắn chất hấp thụ bão hòa Cr 4+: YAG (phương pháp biến điệu độ phẩm chất buồng cộng hưởng), bơm dọc laser diode Đo đạc đánh giá thông số hoạt động hệ laser lắp ráp Đóng góp khoá luận - Khoá luận nghiên cứu, thiết kế xây dựng thành công hệ laser rắn phát xung ngắn nano giây Nd3+: YAG bơm laser diode (ở chế - độ liên tục) kỹ thuật Q-Switching Các kết cho thấy, hệ laser Nd:YAG cho phép phát xung nano ngắn hệ laser Q-Switching trước [5], [10 -12] (τ ≈ 11 ns) công suất đỉnh xung cao [13] Bản Khóa luận thực hoàn thành Bộ môn Vật lý – Trường Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên Phòng thí nghiệm Photonic phân tử - Trung tâm Điện tử học Lượng tử - Viện Vật lý, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam hướng dẫn khoa học Th.S Nguyễn Văn Hảo CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LASER NEODYMIUM PHÁT XUNG NGẮN NHỜ BIẾN ĐIỆU ĐỘ PHẨM CHẤT (Q-SWITCH) Laser rắn laser mà môi trường hoạt chất chất rắn Chất rắn đơn tinh thể, chất vô định hình [1] Gần đây, nhờ phát triển công nghệ chế tạo laser bán dẫn cho phép chế tạo laser bán dẫn công suất cao (tới hàng trăm W) [9], phổ phát xạ vùng hẹp cỡ (2 ÷ 3) nm phù hợp với phổ hấp thụ số môi trường laser rắn, kỹ thuật bơm quang học cho laser rắn laser bán dẫn phát triển mạnh Trong laser rắn bơm laser diode, laser neodymium (Nd: YAG, Nd: YVO4, Nd: YLF, …) loại laser phổ biến, cho phép hoạt động hai chế độ liên tục xung ngắn Sau tìm hiểu tổng quan loại laser 1.1 Laser Neodymium Môi trường laser Neodymium môi trường laser tinh thể sử dụng phổ biến Môi trường chủ yếu thường tinh thể Y 3Al5O12 (viết tắt YAG) Bên cạnh đó, số môi trường khác thường sử dụng như: muối flouride YLiF4 (viết tắt YLF), vanadate (YVO4), số loại thủy tinh silicate Bảng 1.1: Các thông số số môi trường laser Neodymium [10, tr 372] Nồng độ pha tạp (%) Nd:YAG Nd:YVO4 Nd:YLF Nd:glass 1 3,8 Nt (1020 ion/cm3) 1,38 1,5 1,3 3,2 τ (µs) 230 98 450 300 ∆ν (cm-1) 4,5 11,3 13 180 σe (10-19 cm2) 2,8 7,6 1,9 0,4 n = 1,82 n1 = 1,82 n1 = 1,4481 n = 1,54 Chiết suất Trong : Nt mật độ ion Neodymium; τ thời gian sống huỳnh quang; ∆ν độ rộng phổ laser; tiết diện phát xạ cưỡng Các laser Neodymium hoạt động nguyên lý laser mức, chuyển dịch quang học cho xạ laser chuyển dịch mức lượng ion Nd 3+ Tùy theo việc pha tạp vào quang học khác mà mức lượng tham gia trình laser bị suy biến, thấy môi trường YAG YVO4 chuyển dịch quang học có xác suất lớn ứng với bước sóng 1064 nm môi trường YLF thủy tinh chuyển dịch quang học lớn ứng với bước sóng 1053 nm 1054 nm (bảng 1.1) 1.1.1 Laser Nd:YAG • Môi trường hoạt chất (môi trường khuếch đại) Môi trường hoạt chất laser Nd: YAG, Y3Al5O12 đóng vai trò chất ion Nd3+ đóng vai trò Hình 1.1: Thanh Laser Nd: YAG hình trụ chữ nhật đầu cắt nhọn tâm hoạt chất phát laser Dùng Y3Al5O12 làm chất phổ huỳnh quang Y3Al5O12 chứa vùng bước sóng Nd 3+ Nồng độ Nd3+ pha vào YAG thường khoảng % (1,38.1026 ion/m3), nồng độ lớn dẫn đến dập tắt phát quang hay làm thay đổi cấu trúc vật liệu YAG bán kính ion Dịch chuyển không phát xạ 3+ 3+ Nd lớn so với ion Y (14 %) Cấu trúc lượng chuyển dịch quang học cho xạ laser mô tả hình 1.2 Hấp thụ Phát xạ Hình 1.3 cho thấy môi trường Nd: YAG có ba vùng hấp thụ mạnh quanh vùng Hình 1.2: Cấu trúc mức lượng môi trường laser Nd:YAG [7, tr 5] bước sóng 600 nm, 730 nm 800 nm Vì vậy, sử dụng laser bán dẫn loại AlGaAs phát xạ laser bước sóng 808 nm để bơm cho laser Nd:YAG Tiết diện hấp thụ (10-20 cm2) Bước sóng (nm) Hình 1.3: Phổ hấp thụ môi trường Nd:YAG đo nhiệt độ 300 K [14, tr 208] (đường liền nét ứng với Nd3+ YAG; đường đứt nét ứng với Cr3+ Alexandrite Trục tung bên phải ứng với Nd3+, bên trái ứng với Cr3+) Trên giản đồ mức lượng hình 1.2, thấy laser Nd:YAG hoạt động nguyên lý laser mức Các dịch chuyển quang học trình hình thành laser mô tả sau: nhiệt độ thấp nguyên tử tập trung chủ yếu mức 4I9/2 Khi chiếu ánh sáng kích thích vào tinh thể Nd:YAG (trên hình 1.2 sử dụng nguồn kích thích laser bán dẫn vùng 808 nm) nguyên tử kích thích lên trạng thái kích thích 4F5/2 thời gian sống nguyên tử mức ngắn (τ ≈ 10-15 s) nên chúng hồi phục không phát xạ nhanh từ trạng thái 4F5/2 trạng thái 4F3/2 – thời gian sống nguyên tử trạng thái với ion Nd 3+ cỡ vài trăm mi-cô giây (τ ≈ 10-7 s) [9, tr 209], gọi trạng thái siêu bền Nghịch đảo độ tích lũy tạo mức laser 4F3/2 mức laser 4I13/2, I11/2, 4I9/2 Sự dịch chuyển cho phát xạ laser xảy từ mức laser 4F3/2 tới mức laser 4I13/2, 4I11/2, 4I9/2 Phổ phát xạ huỳnh quang Nd:YAG biểu diễn hình 1.4 Cường độ phổ (a.u) Bước sóng (Å) Hình 1.4: Phổ phát xạ huỳnh quang Nd: YAG thu 300 K [7, tr 7] Các dịch chuyển quang học xảy xác suất tương ứng dịch chuyển cho bảng 1.2 Bảng 1.2: Các dịch chuyển quang học huỳnh quang ion Nd3+ [7, tr 4] Dịch chuyển F3/2 – 4I9/2 Bước sóng huỳnh quang (µm) 0,8910 Tỉ lệ cường độ (%) 0,8999 25 0,9385 0,9460 1,0521 1,0615 F3/2 – 4I11/2 1,0642 1,0737 60 1,1119 F3/2 – 4I13/2 1,1158 1,3331 1,3351 1,3381 14 1,3533 F3/2 – 4I15/2 1,3572 1,8330 Chúng ta thấy rằng, xác suất dịch chuyển cao từ mức laser F3/2 mức laser 4I11/2 có tỉ lệ cường độ khoảng 60 % với bước sóng trung tâm 1064 nm Vì vậy, laser Nd: YAG chủ yếu chế tạo để phát xạ laser bước sóng Với thời gian sống ion Nd 3+ mức laser (τ ≈ 230 µs) thích hợp cho việc phát xung Q-switch Trên bảng 1.1, độ rộng phổ laser ∆ν = 4,5 cm-1 bước sóng 1064 nm đo nhiệt độ 300 K, có nghĩa khả phát xung ngắn thu chế độ hoạt động khóa mode đạt tới độ rộng xung laser ps [14, tr 371] • Buồng cộng hưởng quang học Tinh thể Nd: YAG YAG:Nd Gương vào Hình 3.2 Đặc trưng công suất laser Nd: YAG phát liên tục theo công suất bơm Từ đồ thị hình 3.2 ta tính hiệu suất quang hiệu suất dốc laser Nd:YAG liên tục sau: Hiệu suất quang laser Nd: YAG liên tục: H= (3.2) Hiệu suất dốc laser Nd: YAG liên tục: H’ = 0,31 = 31 % (3.3) Với công suất laser bơm (laser diode ATC)  Kết thực nghiệm cho thấy: - Đối với laser Nd3+:YAG (khi R = 94 %) là: Pngưỡng ≈ 600 mW - Khi công suất bơm Pbơm < Pngưỡng công suất laser ra: Pout = - Khi công suất laser bơm Pbơm > Pngưỡng công suất laser Nd :YAG Pout tăng tuyến tính theo công suất bơm (trong vùng khảo sát) - Hiệu suất quang hiệu suất dốc laser Nd: YAG liên tục bơm laser diode cao (so với việc bơm đèn flash- H ≈ ÷ %) Các kết thu giải thích sau: + Laser rắn Nd: YAG laser hoạt động chế độ bốn mức lượng công suất phát xạ Pout biểu diễn theo biểu thức: (3.4) Trong đó, Pout: công suất phát xạ laser η: hiệu suất bơm E32: lượng trạng thái trạng thái (mức laser mức laser dưới) E41: lượng trạng thái trạng thái (năng lượng bơm) Pbơm : công suất bơm Png : công suất bơm ngưỡng T : độ truyền qua gương α: mát BCH tán xạ Đại lượng E32/E14 gọi hiệu suất lượng tử Dựa vào công thức 3.4 ta thấy: công suất bơm Pbơm lớn công suất bơm ngưỡng Png công suất phát xạ laser Pout tăng tuyến tính theo công suất bơm Pbơm Còn công suất bơm Pp < Png công suất laser Pout = Điều hoàn toàn phù hợp với kết thực nghiệm mà ta đo Bên cạnh ta tìm mối quan hệ công suất laser Nd:YAG công suất laser bơm Công suất laser (mW) P = Png Công suất bơm (mW) Hình 3.3 Công suất laser Nd3+ theo công suất laser bơm Độ dốc αs đường biểu diễn hình 3.3 thông số quan trọng laser gọi hiệu suất dốc Khi đó, ta có: (3.5) Đại lượng E32/E14 gọi hiệu suất lượng tử, tỉ số lượng photon laser phát photon bơm vào 3.3 Kết đo đặc trưng hoạt động hệ laser Nd: YAG phát xung ngắn nano giây phương pháp biến điệu thụ động Thực nghiệm tiến hành khảo sát đặc trưng laser Nd: YAG trường hợp laser phát xung Q-switching tương tự laser phát liên tục Với cấu hình thực nghiệm hình 2.7, gương vào gương M có hệ số phản xạ R =100% bước sóng 1064 nm; gương M2 gương phẳng có hệ số phản xạ 94 % bước sóng 1064 nm; hệ số truyền qua ban đầu T0 Cr4+: YAG 80 % Laser diode thay đổi dòng bơm từ 1400 mA đến 2000 mA đo giá trị công suất trung bình, độ rộng xung, tần số lặp lại tương ứng laser Nd:YAG Nhiệt độ hoạt động laser diode to = 25 0C, có kết mô tả bên 3.3.1 Đặc trưng công suất hệ laser Nd:YAG phát xung Hình 3.4 Đặc trưng công suất laser Nd: YAG phát xung Q-switching theo công suất bơm Nhận xét: Từ đồ thị hình 3.4 ta tính hiệu suất hệ laser sau: H= (3.6) với công suất laser bơm (laser diode ATC) 3.3.2 Độ rộng xung laser Nd:YAG tần số lặp lại xung phụ thuộc vào công suất bơm Hình 3.5 Độ rộng xung laser Nd: YAG theo công suất bơm Trên hình 3.5 biểu diễn phụ thuộc độ rộng xung laser Nd:YAG Q-switching thụ động Cr4+: YAG Qua đồ thị ta thấy rằng: độ rộng xung laser Nd:YAG không thay đổi nhiều tăng công suất bơm Hình 3.6 Biểu diễn tần số lặp lại xung laser Nd: YAG theo công suất bơm Hình 3.6 biểu diễn tần số lặp lại xung laser Nd:YAG theo công suất bơm Ở ta thấy rõ, hoạt động ngưỡng, tốc độ lặp lại xung gần tăng tuyến tính với cường độ bơm Như biết, buồng cộng hưởng laser với cường độ bơm, tần số lặp lại xung laser biến điệu chủ yếu phụ thuộc vào thông số môi trường hấp thụ bão hòa Trong trường hợp bơm mạnh, cường độ photon buồng cộng hưởng lớn đủ mạnh để làm cho tinh thể Cr 4+: YAG trở lên bão hòa (tẩy trắng) Trong trường hợp ngược lại, công suất bơm yếu photon buồng cộng hưởng cần nhiều thời gian để đạt tới giá trị đủ mạnh làm cho Cr4+: YAG trở lên bão hòa Vì vậy, công suất bơm tăng làm cho tần số lặp lại xung laser tăng theo Dưới hình dạng xung đoàn xung laser Nd:YAG thu dao động ký số (Tektronix TDS7154B, 1,5 GHz, 20 GS/s) với hệ số phản xạ gương R = 94 %; T0 = 80 %, L = cm ứng với công suất bơm 1920 mW Hình 3.7 Dạng xung chuỗi xung laser Nd : YAG bơm laser diode Qua hình 3.4, 3.5 3.7, nhận thấy hệ laser rắn Nd:YAG phát xung ngắn nano giây kỹ thuật Q-Switching cho độ rộng xung laser ngắn ( ~ 11 ns) công suất đỉnh xung cao (~ 3000 W) so với công trình khác công bố [10 – 12] thời gian vừa qua Đây coi bước đầu thành công việc phát triển laser rắn phát xung ngắn nano-giây Việt Nam [13] KẾT LUẬN Trên sở tìm hiểu lý thuyết thực nghiệm laser rắn Neodymium, tiến hành nghiên cứu, thiết kế, lắp ráp cho hoạt động hệ laser Nd: YAG phát xung ngắn nano phương pháp biến điệu thụ động độ phẩm chất buồng cộng hưởng Những kết thu khóa luận này: • Tìm hiểu tổng quan laser rắn Neodymium bơm laser diode, đặc biệt laser Nd: YAG Đây loại laser phổ biến cho phép hoạt động dựa sơ đồ mức lượng Phổ hấp thụ Nd:YAG có vùng rõ rệt, vùng phổ có đỉnh quanh bước sóng 808 nm có cường độ mạnh điều cho phép sử dụng laser diode có bước sóng thích hợp để bơm nhằm cải thiện đáng kể hiệu suất laser • Tìm hiểu lý thuyết phương pháp phát xung ngắn chất hấp thụ bão hòa Đây phương pháp đơn giản hiệu - cho phép phát xung laser ngắn tới hàng chục nano giây • Nghiên cứu, thiết kế lắp ráp thành công hệ laser Nd: YAG bơm laser diode (bơm chế độ liên tục) Đây hệ laser rắn nhỏ gọn có hiệu suất cao • Xây dựng hệ laser Nd:YAG phát liên tục công suất cao (~ 480 mW), hiệu suất laser đạt 31 % • Sử dụng thành công tinh thể Cr4+: YAG buồng cộng hưởng laser Nd:YAG bơm laser diode, để phát xung laser ~ 11 ns, tần số lặp lại 1,742 kHz, công suất laser trung bình đạt 150 mW tương ứng với hiệu suất laser 7,8 % bước sóng 1064 nm (với R = 94 %, T0 = 80 % L = 50 mm) - Đánh giá đóng góp Khóa luận : Khóa luận góp phần cải thiện kỹ thuật laser rắn bơm laser diode Đây hệ laser rắn Nd:YAG cho phép phát xung nano ngắn hệ laser Q- Switching trước [5], [10 - 12] (τ ≈ 11 ns) công suất đỉnh xung cao (~ 000 W) tần số lặp lại cỡ vài kHz [13] Do thời gian làm khoá luận có hạn, việc nghiên cứu, thiết kế xây dựng hệ laser công việc phức tạp đòi hỏi nhiều kiến thức kỹ thuật sâu laser nói chung laser rắn nói riêng Đặc biệt, điều kiện nghiên cứu thực nghiệm trường Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên nhiều hạn chế khó khăn Do đó, khoá luận tránh thiếu sót, em mong nhận đóng góp ý kiến thầy, cô giáo bạn để khoá luận em thêm hoàn chỉnh Hướng phát triển : Tiếp tục nghiên cứu tối ưu hóa đặc trưng hoạt động hệ laser Nd :YAG phát xung ngắn Nghiên cứu, thiết kế phận – quang hệ laser cách xác hoàn thiện thêm vỏ hộp laser Hướng đến nghiên cứu ứng dụng xung laser ngắn nano phép đo quang phổ đại, đặc biệt việc khảo sát tính chất quang phân tử khí không khí (LIDAR- Light Detection And Ranging, thuật ngữ để công nghệ viễn thám mới, chủ động, sử dụng loại tia laser để khảo sát đối tượng từ xa Dữ liệu thu hệ thống tập hợp đám mây điểm phản xạ chiều tia laser từ đối tượng khảo sát) Công trình khoa học công bố: Nguyen Van Hao, Nguyen Thi Xiem, Nguyen Thi Nhu Hai and Nguyen Trong Nghia, The pulsed-diode end-pumped passively Q-Switched solid-state Nd3+: YAG laser, Journal of Science and Technology, Thai Nguyen University, No 2(78), pp 34 – 39 (2011) TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Thế Bình, Kĩ thuật laser, NXB Đại học Quốc Gia Hà nội, 2004 [2] Nguyễn Đại Hưng (2004), Vật lý kỹ thuật laser, Nxb Đại học Quốc Gia Hà Nội, Hà Nội [3] Nguyễn Đại Hưng, Phan Văn Thích (2004), Thiết bị linh kiện quang học quang phổ laser, Nxb Đại học Quốc Gia Hà Nội, Hà Nội [4] Nguyễn Văn Hảo, Bài giảng laser bán dẫn, Thái Nguyên, 2007 [5] Ngô Khoa Quang, “Nghiên cứu phát triển hệ laser rắn Nd: YAG bơm laser diode”, Luận văn Thạc sỹ Vật lý, Hà Nội, 2009 Tiếng Anh [6] A Braun, X Liu, G Mourou, D Kopf and U Keller, (1997), "A diodepumped Nd:glass kilohertz regenerative amplifier for sub-picosecond microjoule level pulses", Appl Opt., vol 36, pp 4163-4167 [7] Dickman (2003), Diode laser Pumped Nd:YAG laser, MEOS GmbH 79427 Eschbach [8] D N Papadopoulos et al, (2003), Passively mode-locked diode – pumped Nd:YVO4 oscillator operating at an ultralow repetition rate, Opt Lett., Vol 28, pp 1838 – 1840 [9] http//www.atcsd.ru [10] N T Nghia, L T Nga et al Advances in Natural Sciences (VAST) 7, No 3-4 (2006), p 181 [11] N T Nghia, Do Q Khanh, T D Huy et al., ASEAN Journal of Science and Technology for Development, 24, 1-2 (2007), p.139 [12] N T Nghia, Do Q Khanh et al Comm in Phys (VAST), 19, SI (2009), p.145 [13] Nguyen Van Hao, Nguyen Thi Xiem, Nguyen Thi Nhu Hai and Nguyen Trong Nghia, The pulsed-diode end-pumped passively Q-Switched solid- state Nd3+: YAG laser, Journal of Science and Technology of Thai Nguyen University, No 2(78), pp 34 - 39, 2011 [14] O Svelto, (1998), Principles of lasers, 4th ed., New York, NY Plenium [15] Wolfgang Demtroder, (1998), Laser Spectrocopy - Basic Concepts and Instrumentation, Second Edition, Springer Publisher PHỤ LỤC Bảng 2.1: Các thông số kỹ thuật nguồn nuôi LDD–10 Thông số Giá trị Dải điều chỉnh dòng bơm laser diode 0,1 ÷ 8,0 (A) Nhiễu gợn sóng dòng bơm laser diode Không 0,5 % giá trị cực đại Điện áp cực đại laser bán dẫn Nhỏ V 0,08 ms ÷ 9,998 ms với bước thay Dải thay đổi thời gian xung đổi 0,01; 1; 100 ms Dải thay đổi tần số lặp lại xung Thời gian lên xuống dòng bơm Dải điều chế laser diode Dải tỏa nhiệt laser bán dẫn cài đặt với làm mát Peltier 0,1 ms ÷ 9,999 s với bước thay đổi 0,01; 1; 100 ms Không 30 µs Tần số lên tới 10 kHz, điện áp 6÷12V, dòng lên tới 10 mA +5 0C ÷ +48 0C bước nhảy 0,1 0C Duy trì độ xác nhiệt độ Nhỏ ± 0,1 0C Nguồn điện 220 V/50 Hz 110 V/60 Hz Công suất tiêu thụ Nhỏ 90 W Bảng 2.2 Các thông số kĩ thuật làm mát ATC - 03H ST T Thông số Giá trị Dòng cực đại làm nguội Peltier 5,7 (A) Điện áp cực đại làm nguội Peltier (V) Công suất cực đại làm nguội Peltier 19,5 (W) Trở kháng danh định Thermistor 250C 10 KΩ ± 5% Điện áp cực đại quạt gió 12 (V) Dòng điện hoạt động quạt gió 0,14 (A) Dải nhiệt độ môi trường hoạt động ÷ 25oC Bảng 2.3: Các thông số danh định laser ATC- C2000-200-AMO-808-3 Ký hiệu Min PCW - λ 805 ∆λ - ηD 0,8 W×H - ITH 0,3 IOP - UOP - Phụ lục bảng số liệu khảo sát đặc trưng công suất laser diode laser Nd:YAG Bảng 3.1: Số liệu khảo sát đặc trưng laser diode theo dòng bơm Dòng bơm (mA) Công suất (mW) Dòng bơm (mA) Công suất (mW) 400 6,03 1100 805 450 19,2 1200 928 500 68,8 1300 1050 550 126 1400 1170 600 183 1500 1290 650 241 1600 1420 700 299 1700 1550 800 423 1800 1670 900 555 1900 1800 1000 679 2000 1920 Bảng 3.2: Số liệu khảo sát công suất hệ laser Nd:YAG phát liên tục Dòng bơm I (mA) Công suất bơm laser diode (mW) Công suất laser Nd:YAG liên tục (mW) 400 6.03 450 19.2 500 68.8 550 126 600 183 1.1 700 299 19.5 800 423 43 900 555 73.8 1000 679 95 1100 805 131 1200 928 157 1300 1050 188 1400 1170 225 1500 1290 278 1600 1420 310 1700 1550 345 1800 1670 399 1900 1800 433 2000 1920 480 Bảng 3.3: Số liệu khảo sát đặc trưng hoạt động hệ laser Nd:YAG phát xung ngắn nano giây phương pháp biến điệu thụ động ( 25 , I (mA) Pbơm (mW) Pra_trung binh (mW) Pđỉnh xung (kW) Độ rộng xung τ (ns) Tần số lặp lại (kHz) 1600 1420 68 3.68 10 85 1.742 1700 1550 96 3.18 10 81 2.882 1800 1670 114 3.15 10 79 3.436 1900 1800 132 3.04 10 74 4.167 2000 1920 150 3.03 10 54 4.831 ... laser cần thiết có nhiều ý nghĩa khoa học ứng dụng thực tiễn Hơn nữa, sở để phát triển vật lý công nghệ nguồn laser rắn phát xung ngắn bơm laser diode Đó lý chọn đề tài này: Laser rắn phát xung. .. cho laser rắn laser bán dẫn phát triển mạnh Trong laser rắn bơm laser diode, laser neodymium (Nd: YAG, Nd: YVO4, Nd: YLF, …) loại laser phổ biến, cho phép hoạt động hai chế độ liên tục xung ngắn. .. thuật phát laser ngày hoàn thiện Tùy vào môi trường hoạt chất mà công nghệ laser phân chia thành nhiều ngành khác như: laser rắn, laser lỏng, laser bán dẫn, laser khí Trong laser rắn phát minh