(Tiểu luận Vật lý lazer) Hãy trình bày nguyên lý hoạt động của laser, sự khuếch đại bức xạ và điều kiện ngưỡng, các cơ chế mở rộng vạch Trình bày về sự nghịch đảo độ tích luỹ laser

(Tiểu luận Vật lý lazer) Hãy trình bày nguyên lý hoạt động của laser, sự khuếch đại bức xạ và điều kiện ngưỡng, các cơ chế mở rộng vạch Trình bày về sự nghịch đảo độ tích luỹ laser(Tiểu luận Vật lý lazer) Hãy trình bày nguyên lý hoạt động của laser, sự khuếch đại bức xạ và điều kiện ngưỡng, các cơ chế mở rộng vạch Trình bày về sự nghịch đảo độ tích luỹ laser(Tiểu luận Vật lý lazer) Hãy trình bày nguyên lý hoạt động của laser, sự khuếch đại bức xạ và điều kiện ngưỡng, các cơ chế mở rộng vạch Trình bày về sự nghịch đảo độ tích luỹ laser(Tiểu luận Vật lý lazer) Hãy trình bày nguyên lý hoạt động của laser, sự khuếch đại bức xạ và điều kiện ngưỡng, các cơ chế mở rộng vạch Trình bày về sự nghịch đảo độ tích luỹ laser(Tiểu luận Vật lý lazer) Hãy trình bày nguyên lý hoạt động của laser, sự khuếch đại bức xạ và điều kiện ngưỡng, các cơ chế mở rộng vạch Trình bày về sự nghịch đảo độ tích luỹ laser(Tiểu luận Vật lý lazer) Hãy trình bày nguyên lý hoạt động của laser, sự khuếch đại bức xạ và điều kiện ngưỡng, các cơ chế mở rộng vạch Trình bày về sự nghịch đảo độ tích luỹ laser(Tiểu luận Vật lý lazer) Hãy trình bày nguyên lý hoạt động của laser, sự khuếch đại bức xạ và điều kiện ngưỡng, các cơ chế mở rộng vạch Trình bày về sự nghịch đảo độ tích luỹ laser(Tiểu luận Vật lý lazer) Hãy trình bày nguyên lý hoạt động của laser, sự khuếch đại bức xạ và điều kiện ngưỡng, các cơ chế mở rộng vạch Trình bày về sự nghịch đảo độ tích luỹ laser(Tiểu luận Vật lý lazer) Hãy trình bày nguyên lý hoạt động của laser, sự khuếch đại bức xạ và điều kiện ngưỡng, các cơ chế mở rộng vạch Trình bày về sự nghịch đảo độ tích luỹ laser(Tiểu luận Vật lý lazer) Hãy trình bày nguyên lý hoạt động của laser, sự khuếch đại bức xạ và điều kiện ngưỡng, các cơ chế mở rộng vạch Trình bày về sự nghịch đảo độ tích luỹ laser(Tiểu luận Vật lý lazer) Hãy trình bày nguyên lý hoạt động của laser, sự khuếch đại bức xạ và điều kiện ngưỡng, các cơ chế mở rộng vạch Trình bày về sự nghịch đảo độ tích luỹ laser(Tiểu luận Vật lý lazer) Hãy trình bày nguyên lý hoạt động của laser, sự khuếch đại bức xạ và điều kiện ngưỡng, các cơ chế mở rộng vạch Trình bày về sự nghịch đảo độ tích luỹ laser(Tiểu luận Vật lý lazer) Hãy trình bày nguyên lý hoạt động của laser, sự khuếch đại bức xạ và điều kiện ngưỡng, các cơ chế mở rộng vạch Trình bày về sự nghịch đảo độ tích luỹ laser(Tiểu luận Vật lý lazer) Hãy trình bày nguyên lý hoạt động của laser, sự khuếch đại bức xạ và điều kiện ngưỡng, các cơ chế mở rộng vạch Trình bày về sự nghịch đảo độ tích luỹ laser(Tiểu luận Vật lý lazer) Hãy trình bày nguyên lý hoạt động của laser, sự khuếch đại bức xạ và điều kiện ngưỡng, các cơ chế mở rộng vạch Trình bày về sự nghịch đảo độ tích luỹ laser(Tiểu luận Vật lý lazer) Hãy trình bày nguyên lý hoạt động của laser, sự khuếch đại bức xạ và điều kiện ngưỡng, các cơ chế mở rộng vạch Trình bày về sự nghịch đảo độ tích luỹ laser

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ================== TIỂU LUẬN MÔN VẬT LÝ LAZER Giảng viên hướng dẫn : TS Học viên thực Thái Nguyên, tháng 12/2021 Giáo viên chấm điểm Chữ ký họ tên Chữ ký họ tên giáo viên giáo viên ST T Họ tên học viên Điểm số Lý Văn Nhì Nguyễn Thị Anh Thư Vũ Văn Chinh Bằng chữ MỤC LỤC MỞ ĐẦU A Phần chung (6 điểm) .1 Tổng quan Laser .1 1.1 Laser gì? 1.2 Cấu tạo laser 1.3 Các đặc trưng laser 2 Nguyên lý hoạt động laser Sự khuếch đại xạ điều kiện ngưỡng .8 3.1 Tương tác xạ đơn sắc với hệ hai mức .8 3.2 Hệ số khuếch đại .9 3.3 Điều kiện ngưỡng 10 Cơ chế mở rộng vạch .13 4.1 Sự mở rộng tự nhiên .14 4.2 Sự mở rộng va chạm 15 4.3 Sự mở rộng Doppler .17 Sự nghịch đảo độ tích lũy 18 5.1 Hệ hai mức lượng 20 5.2 Hệ ba bốn mức lượng .21 a Laser ba mức lượng 21 b Laser mức lượng 23 c Laser gần mức .24 B Phần riêng (4 điểm/ bài) 32 Bài Học viên - Vũ Văn Chinh .32 Bài Học viên – Nguyễn Thị Anh Thư 33 Bài Học viên – Lý Văn Nhì 34 KẾT LUẬN 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO .36 PHỤ LỤC 36 3|Page MỞ ĐẦU Thế kỉ XXI kỉ công nghệ cao, công nghệ kĩ thuật số, quan tâm tới máy đáp ứng nhu cầu công việc mà cịn đánh giá cao gọn nhẹ Các nhà khoa học công bố hai phát kiến quan trọng có tầm ảnh hưởng lớn đến công nghệ ngày nay: Thứ nhất, đời Tranzitor kích thích phát triển vi điện tử, công nghệ “vi mô” Thứ hai, quan trọng phát minh Laser, mở đường cho nhà phát minh, sáng chế Laser có tầm ảnh hưởng sâu rộng đến tất lĩnh vực đời sống Laser, hầu hết nghe nhắc đến cụm từ vài lần Ngày Laser diện nhiều nơi, khách quan mà nói, hiểu hạn chế Laser phát triển mạnh vào năm 1980, thời điểm nước ta vượt khỏi chiến tranh nên điều kiện tiếp cận với Laser cịn chưa nhiều, mặt khác sản phẩm bán thị trường đắt so với túi tiền Nhưng Laser phát triển nhanh, xâm nhập vào nhiều ngõ ngách sống, vây nên tìm hiểu kỹ thêm: Laser ? Laser xuất ? Những tính chất Laser ứng dụng vào đời sống ? Chúng tơi nghĩ câu hỏi có từ lâu nhiều cần hiểu rõ vấn đề A Phần chung (6 điểm) Đề bài: Hãy trình bày nguyên lý hoạt động laser, khuếch đại xạ điều kiện ngưỡng, chế mở rộng vạch ? Trình bày nghịch đảo độ tích luỹ laser? Bài làm: Tổng quan Laser 1|Page 1.1 Laser gì? - Laser từ viết tắt cụm từ tiếng anh: “Light Amplification by Stimulated Emission of Radition” nghĩa khuếch đại ánh sáng phát xạ cưỡng – Đây thuộc tính quan trọng laser 1.2 Cấu tạo laser - Ở dạng đơn giản nhất, laset bao gồm mơi trường khuếch đại (hay cịn gọi môi trường hoạt chất); buồng cộng hưởng nguồn bơm ( bơm lượng), - Các gương dùng buồng cộng hưởng quang học hoạt chất Thơng thường gương dùng thiết kế buồng cộng hưởng loại cần phải có chất lượng quang học cao - Năng lượng dao động tự phát lịng khuếch đại, cung cấp từ bên gọi lượng bơm: luuwongj điện, quang học, nhiệt, hóa học, hạt nhân… - Mơi trường hoạt chất mơi trường vật chất có khả khuếch ánh sáng qua - Nguồn bơm phận cung cấp lượng để tạo nghịch đảo độ tích lũy hai mức lượng laset trì hoạt động laser - Buồng cộng hưởng thành phần chủ yếu gồm gương phản xạ, gương có hệ số phản xạ cao, gương phản xạ phần đóng vai trị liên kết đầu Buồng cộng hưởng có vai trị quan trọng ảnh hưởng đến cơng suất phát laset, tính chất phổ xạ, tính chất xạ phân bố xác định trường xạ 2|Page 1.3 Các đặc trưng laser Ánh sáng từ laser chủ yếu phát sinh từ phát xạ cưỡng buồng cộng hưởng mà mơi trường khuếch đại giữ dẫn đến tính chất đặc biệt -Tính định hướng cao - Độ quang phổ cao - Năng lượng cao - Khoảng xung cực ngắn Bảng 1.3 Một số tính chất đặc biệt chùm laser từ loại laser khác Tính định hướng Độ phân kỳ ∼ 10-7 rad Độ quang phổ λ ∼ 10-9 μm Công suất cao P ∼ 1018 W/cm2 Xung cực ngắn t ∼ 10-15 s Điện trường cao E ∼ 1012 V/m ∼ 10-12 m Vết hội tụ nhỏ Tính định hướng: Ánh sáng từ nguồn sáng bóng đèn phân kỳ rõ rệt lan truyền (xem Hình 1.3.1) Nhưng chùm tia đến từ laser có dạng tia sáng dường lan truyền mà khơng có phân kỳ Chùm tia laser phân kỳ mức độ nhỏ nhiều Bản chất sóng ánh sáng tạo phân kỳ nội chùm tượng nhiễu xạ Do đó, khơng giống bóng đèn phân kỳ kích thước nhỏ laser, phân kỳ chùm laser bị giới hạn nhiễu xạ phụ thuộc vào loại laser nhỏ 10 -5 rad Sự phân kỳ cực nhỏ dẫn đến nhiều ứng dụng laser khảo sát, viễn thám, lidar 3|Page Hình 1.3.1 Ánh sáng từ đèn có phân kỳ chủ yếu ánh sáng phát từ điểm khác chắn lan truyền theo hướng khác sau phản xạ lại từ gương parabol Sự hội tụ điểm nhỏ: Do đặc tính định hướng cao chùm tia laser, chúng hội tụ đến diện tích nhỏ vài (μm)2 Giới hạn hội tụ lại xác định hiệu ứng nhiễu xạ Bước sóng nhỏ, kích thước điểm hội tụ nhỏ Tính chất dẫn đến ứng dụng phẫu thuật, xử lý vật liệu, đĩa compact,… Khi thấu kính lồi chụp ảnh vật điểm, kích thước điểm ảnh tỉ lệ thuận với bước sóng sóng ánh sáng tỉ lệ tiêu cự với đường kính Tỷ số độ dài tiêu cự đường kính thấu kính cịn gọi số f (f-number) Thông số sử dụng để định chất lượng ống kính máy ảnh Hình 1.3.2 Nếu sóng phẳng (đường kính 2a) tới TK mà khơng có quang sai có tiêu cự f, sóng ló khỏi TK hội tụ đến điểm có bán kính   f/a 4|Page Hình 1.3.3 Sự hội tụ chùm tia laser Ruby xung công suất đỉnh MW Ở điểm hội tụ, cường độ điện trường đạt tỷ V/m dẫn đến tạo tia lửa khơng khí Do đó, ống kính f/2 ngụ ý tỷ số độ dài tiêu cự đường kính Nếu độ dài tiêu cự ống kính máy ảnh 50 mm đường kính 25 mm Số f nhỏ cho độ dài tiêu cự cho lớn đường kính thấu kính Bước sóng nhỏ hơn, kích thước đốm nhỏ hơn, tương tự vậy, số f nhỏ hơn, kích thước hình ảnh nhỏ Độ quang phổ: Chùm tia laser có độ rộng quang phổ nhỏ, vào khoảng 10-6 Å So sánh điều với nguồn điển đèn natri có độ rộng quang phổ khoảng 0,1 Å Quá trình phát xạ cưỡng từ môi trường khuếch đại đặt buồng cộng hưởng quang học cho độ rộng phổ nhỏ Nói chung, laser dao động đồng thời số tần số trừ áp dụng kỹ thuật đặc biệt Điều bao gồm việc sử dụng lọc FabryPerot bên buồng cộng hưởng laser phép tần số dao động Ngay laser dao động tần số, có thay đổi ngẫu nhiên nhỏ tần số dao động thay đổi nhiệt độ rung động gương buồng cộng hưởng Cơng suất cao: Laser tạo cơng suất cực cao chúng hội tụ vào diện tích nhỏ, nên tạo giá trị cường độ cực cao Hình 1.3.4 cho thấy cường độ đạt sử dụng chùm tia 5|Page laser tăng lên hàng năm Ở cường độ 1021 W/m2, điện trường cao đến mức điện tử gia tốc đến vận tốc tương đối tính (vận tốc tiến gần đến vận tốc ánh sáng) dẫn đến hiệu ứng thú vị Ngoài nghiên cứu khoa học điều kiện khắc nghiệt, laser liên tục có mức cơng suất ~ 105 W laser xung có tổng lượng ~ 50000 J có ứng dụng hàn, cắt, nhiệt hạch laser, chiến tranh sao, Hình 1.3.4: Sự gia tăng cường độ laser đạt theo năm Sự gia tăng có độ dốc lớn vào khoảng năm 1960 phát minh tia laser sau lần sau năm 1985 (Theo Mourou Yanovsky (2004) © 2004 OSA) Nguyên lý hoạt động laser Nguyên tắc laser dựa ba đặc điểm riêng biệt: a) phát xạ kích thích mơi trường khuếch đại b) nghịch đảo dân số điện tử c) cộng hưởng quang học 6|Page nhiệt Vì trình nhiệt hóa nhanh nhiều so với trình khác thảo luận đây, giả định mật độ độ tích lũy mức phần không đổi > mật độ độ tích lũy mức N2 = f N1 (5.26) Điều dẫn tới phương trình tốc độ dN  Wp N1  W23 N  W32 N   A32  A31  N dt (5.27) Wp f N  W23 N  W32 N   A32  A31  N  (5.28) Wp  W32 N3 f f  1 Wp   (5.29) Và đó: N W32  A32  A31 Ở đây, thời gian sống mức tương ứng với τ3 = (A32 + A31)-1 Bức xạ laser trình dịch chuyển → bị tái hấp thụ đảo ngược độ tích lũy mức mức đạt với tốc độ bơm tối thiểu Tuy nhiên, f < nên laser gần ba mức cho ngưỡng thấp so với laser ba mức thấy từ phương trình (5.20) Hình 5.2.3 Sự tách mức lượng rắn, chẳng hạn ion Ho3+ 31 | P a g e Trong laser rắn, tức laser dựa môi trường pha tạp với ion hoạt tính, mức nội electron ion pha tạp bị trường tinh thể phân chia dịch chuyển Trong trường hợp ion đất hiếm, ví dụ, Nd3+, Er3+, Tm3+ Ho3+, điện tử hoạt động quang học thuộc lớp vỏ bên cấu hình ion, đó, che chắn khỏi ảnh hưởng mạnh mẽ trường tinh thể Bản thân mức điện tử chia thành phân lớp khác tương tác Coulomb không đối xứng tâm liên kết quỹ đạo spin (LS) ion Sự suy yếu trường tinh thể sau gây phân tách số hạng khác hiệu ứng Stark thể Hình 3.4, chẳng hạn ion Ho3+ Vì chênh lệch lượng phân tách Stark (khoảng 100 cm -1) nhỏ chênh lệch lượng số hạng (khoảng 1000 cm-1), ví dụ 5I8 5I7 với khoảng cách ∼ 5000 cm−1, mức Stark tạo thành nhóm riêng biệt, gọi đa nhánh (manifolds) Trong ví dụ này, dịch chuyển laser bơm kết nối mức Stark khác nhánh 5I8 5I7 phác thảo Hình 5.2.4 Hình 5.2.4 Giản đồ gần mức laser rắn Cấu trúc đa nhánh chung cho tất ion đất chất rắn (các ion đất LaCl3) Khi dịch chuyển lượng 32 | P a g e phát sinh từ tương tác Coulomb spin quỹ đạo, vốn q trình vốn có ion, phân tách Stark tương đối yếu, biểu đồ cho thấy cách định tính vị trí lượng nhánh mơi trường khác Trong hình ảnh nhánh Stark này, gọi Nm tổng độ tích lũy nhánh-m, N1 cho nhánh trạng thái N2 cho nhánh mức trên, xạ bơm kết hợp mức 1,a 2,b xạ laser liên kết mức 2,j 1,i Khi mức nhánh đủ gần để tạo phân độ tích lũy phân đoạn mức cho E f1,a  1, a  d1,a e kT Z1 , f 2,b  2,b  d 2,be kT Z2 , f 2, j 2, j  kT  d 2, j e Z2 , (5.30) E (5.31) E (5.32) E  1,i f1,i  d1,i e kT Z1 , Z m   d m ,i e im  (5.33) m ,i kT , (5.34) hàm phân chia nhánh-m dm,i Em,i độ suy biến lượng tuyệt đối mức i nhánh tương ứng Sau đây, hạn chế nhiệt động lực học, tiết diện hấp thụ phát xạ thuộc tính độc lập có liên quan với Đối với dịch chuyển 2,j ↔ 1,i hai nhánh m = m = 1, Hình 5.6, cần phải lưu ý tiết diện hấp thụ phát xạ σa(λ) σe(λ) tỷ lệ với xác suất chuyển dời pi→j chuyển dời 1,i → 2,j pj→i 33 | P a g e chuyển dời 2,j → 1,i, đưa theo quy tắc vàng Fermi  a ,ij    pi j  2 M ij    f1,i h , (5.35)  e,ij    p j i  2 M ji    f 2, j h , (5.36) Khi phần tử ma trận nguyên tử nội |Mij| hấp thụ phát xạ giống có có lại, tức theo phương trình (5.26), hệ số tỉ lệ giống hai trường hợp, tỉ số tiết diện phát xạ hấp thụ bước sóng λ hc j  E1, i 1    e,ij    f 2, j Z1  E2, kT kT   e e        a ,ij    f1,i Z    (5.37) Hình 5.2.5 Tiết diện phát xạ hấp thụ Er3+:YAG tỷ lệ tương ứng so với quan hệ McCumber Trong chất rắn pha tạp đất hiếm, vạch dịch chuyển khác hai manifold thường nhìn thấy rõ ràng tiết diện hấp thụ phát xạ, thấy Hình 3.4 Đây kết tương tác mạnh điện tử lớp vỏ bên chịu trách nhiệm cho trình dịch chuyển với trường tinh thể nền, so với, ví dụ, chất rắn pha tạp kim loại chuyển tiếp, điện tử lớp vỏ 34 | P a g e ngồi chịu trách nhiệm dịch chuyển quang, khơng che chắn khỏi trường tinh thể Tiết diện hấp thụ phát xạ quang phổ, tức tiết diện đo bên ngồi theo phương trình (5.26), đó, viết dạng tổng tiết diện nguyên tử nội σij liên kết mức khác nhau,  a      f1,i ij    d 2, j ij (5.38)  e      f 2, j ji    d1,i (5.39) ij Trong phương trình (5.8), Nm đề cập đến mật độ độ tích lũy nhánh, đó, độ tích lũy phân đoạn mức, độ suy biến mức cuối cùng, hấp thụ vào gọi tiết diện quang phổ Từ có có lại, tức phương trình (5.26), tuân theo tiết diện nội mà σij(λ) = σji(λ) Sử dụng phương trình (5.37), quan hệ tương đương hc  1      e   kT     e   a   (5.40) suy Phương trình cịn gọi quan hệ McCumber biểu diễn cho Er3+: YAG Hình 3.6 Dẫn xuất xác tìm thấy [5] Bước sóng hóa học λμ biểu thị 1 hc  Z1     ln  kT  Z  (5.41) [5] D.E McCumber, Phys Rev 136, A945 (1964) Về mặt quang phổ học, đại lượng cho giao tiết diện quang phổ hấp thụ phát xạ Quan hệ McCumber cho phép xác định tiết diện phát xạ σe(λ) từ tiết diện hấp thụ σa(λ) sử dụng 35 | P a g e chứng liệu đo với quan hệ Füchtbauer-Ladenburg, phương trình (3.42) Tuy nhiên, cần phải lưu ý phép đo phổ thường có sai số lớn, đặc biệt tiết diện thấp nhiễu phát trở nên quan trọng Sau đó, độ lệch tìm thấy tỷ lệ đo thực nghiệm quan hệ McCumber, thấy Hình 3.6 Tuy nhiên, đỉnh tiết diện mà ồn nhiễu máy dò thấp, quan hệ McCumber cho thấy phù hợp tốt với phép đo  21,sp    8 n    e  v  v 2dv  8 n 2c  e d  c  (5.42) Tuy nhiên, thời gian suy giảm huỳnh quang τ kích thích thường gọi thời gian sống huỳnh quang nhánh, thường khác với thời gian sống phân rã thời gian phát xạ tự phát τ21,sp sử dụng phương trình Füchtbauer- Ladenburg phương trình (3.42) Khi hấp thụ phát xạ kết hợp với nhau, photon phát ln tái hấp thụ vị trí khác bên mẫu Quá trình này, gọi bẫy xạ, gây sai số hệ thống phép đo thời gian sống thông thường kéo dài giá trị đo so với thời gian sống nội Để tránh bẫy xạ, mẫu phải kích thích gần bề mặt huỳnh quang đo phải lấy từ bề mặt đó, ưu tiên góc mẫu Ngay tránh bẫy xạ cách thiết lập thí nghiệm tốt, số trình khác ảnh hưởng đến thời gian sống huỳnh quang Đối với laser rắn, trình hồi phục hầu hết trình mở rộng đồng thời gian sống huỳnh quang cho tổng tốc độ chuyển dời trình xạ hồi phục 1    f  21,sp  r (5.43) τ21,sp thời gian sống xạ τr thời gian hồi phục, 36 | P a g e nghĩa thời gian sống không xạ Thời gian sống xạ τ21,sp thời gian sống tự phát trung bình nhánh  21,sp    j f 2, j (5.44) 2,sp , j Bởi thời gian sống nội mức j nhánh biểu diễn  2,sp , j  8 n 2c   i  ji    di d 4 (5.45) Ở nồng độ ion nhỏ, đóng góp khơng xạ chủ yếu tạo hồi phục đa phonon, lượng vùng cấm E hai nhánh bắc cầu phát xạ phonon nP ≈ E/EP vào mạng tinh thể EP lượng phonon Khi thân mạng tinh thể có số chiếm giữ phonon n∗, điều dẫn đến tốc độ chuyển dời đa phonon WMP đưa [6] WMP  np  W0  n*  1 r (5.46) W0 tốc độ chuyển dời đa phonon tự phát T = K kết thay đổi điểm (zero-point) trường phonon Thay số chiếm giữ Boson trung bình n  * Ep e kT  Kết trong: WMP  W0  Ep r   1  e kT  np     (5.47) Tốc độ chuyển dời đa phonon tự phát W0 thường biểu thị dạng W0  Be  aE 37 | P a g e (5.48) B a tham số phụ thuộc vào vật liệu Chúng phải xác định theo thực nghiệm Kết từ phụ thuộc hàm mũ vào vùng cấm lượng có hồi phục đa phonon từ mức nhánh đến mức thấp nhánh phải xem xét Đối với trình thảo luận nay, thời gian sống huỳnh quang đo không phụ thuộc vào mật độ kích thích tổng mật độ ion hoạt tính mẫu điều kiện khơng có laser bỏ qua bẫy xạ Thời gian sống huỳnh quang phụ thuộc vào mật độ xảy liên kết với trình truyền lượng thảo luận Phần sau Trong mặt, khoảng cách thấp mức laser thấp trạng thái tuyệt đối 1,0 laser gần ba mức ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu suất laser tăng tái hấp thụ, cho phép hoạt động hiệu cao đại lượng lượng photon tương đối hiệu suất chuyển dời từ lượng photon tín hiệu bơm sang tín hiệu laser trình dịch chuyển chu trình khép kín, tần số lượng tử ηQ, tính tỷ số lượng photon nQ  vl  p  v p l (5.49) Trong phương trình này, số l p biểu thị xạ laser xạ bơm B Phần riêng (4 điểm/ bài) Bài Học viên - Vũ Văn Chinh Để tính tốn mát bên laser Nd:YLF bơm diode công suất cao, công suất bơm ngưỡng gương khác với hệ số phản xạ là: R1 = 90% , R2 = 95% Gương cịn lại có hệ số phản xạ 100% 38 | P a g e pth đo dùng bước sóng laser Biết cơng suất bơm ngưỡng đo Pth1 = W Pth1 = 600 mW Hãy tính mát bên trong? Giải: (1) (2) Việc mát logarit   laser Nd:YLF hệ số phản xạ gương R1 = 90% R2 = 95% , từ biểu thức ngưỡng bơm laser mức, ta thu : pth1  (1)  pth  (2) (1) Chú ý phương trình (1) phân bố khơng gian mode bơm mode laser, miễn tập hợp đo hệ số phản xạ gương thay đổi (1) (2) Bởi  =  i +  /2  =  i +  /2,  = -lnR1  = -lnR2, từ phương trình (1) thu :  i  ln R1 p  th1  i  ln R2 pth 2 i  Giải phương trình để tìm  i : pth ln R1  pth1 ln R2  0.03 pth  pth1 Bài Học viên – Nguyễn Thị Anh Thư Một laser sợi quang pha tạp Erbium bơm bước sóng 980 nm laser hoạt động bước sóng 1540 nm Tính tốn hiệu suất lượng tử, hiệu suất quang học, hiệu suất dốc công suất bơm 250 mW 500 mW biểu đồ (dựa liệu từ hình phía dưới) 39 | P a g e Lời giải: Hiệu suất lượng tử thuộc tính mơi trường khuếch đại, khơng phụ thuộc vào công suất đầu vào đầu QE   p 980   0,6364 l 1540 Hiệu suất quang (bơm quang – phát quang) là: oo (250mW )  Pout 0,86   0,0034 Pp 250 oo (500mW )  Pout 0,86   0,005 Pp 500 Đối với liệu lý tưởng hóa này, độ dốc khơng thay đổi điểm Do đó, hiệu suất dốc là: hsdoc  40 | P a g e Pout  Pout1 0,86   0,00656 Pp  Pp1 500 Bài Học viên – Lý Văn Nhì a) Giả sử phổ tần số xạ phát từ nguồn có tần số trung tâm ν0 bề rộng phổ ∆ν Quang phổ xạ xét bước sóng có bước sóng trung tâm λ0 bề rộng phổ ∆λ Rõ ràng, λ0 = c/ν0 Vì ∆λ ≪ λ0 ∆ν ≪ ν0, sử dụng λ = c/ν, chứng minh chiều rộng phổ ∆λ chiều dài kết hợp lc là: b) Tính ∆λ phát xạ laser từ laser He-Ne có λ0 = 632,8 nm ∆ν ≈ 1,5 GHz Lời giải: a) d c  v ; Ta có: dv Dấu “-“ có nghĩa dv Chiều rộng quang phổ, bước sóng trung tâm,  c  v ; d v    dv v v  tăng lượng d  v gia,r lượng v nhỏ so với bước sóng phát xạ (hoặc 0 ) tần số phát xạ (hoặc tần số trung tâm, v ), tương  ứng dấu âm bị bỏ qua khoảng  v có tâm v0  v đại lượng dương 0 02   v  v v0 c (điều phải chứng minh) Chiều dài hợp lc xác định thời gian kết hợp theo thời gian t xác định độ rộng tần số v  41 | P a g e  02  02 lc  ct  c  c  v c      (điều phải chứng minh) b) Với 0  632,8nm v  1,5GHz 632,8.109   02   v  1,5.10  2, pm c 3.108 KẾT LUẬN Laser có vai trị quan trọng sống người, có mặt tất lĩnh vực đời sống, xã hội lồi người từ thơng tin liên lạc, đến quân sự, điện, điện tử…Sự đời laser góp phần làm bùng nổ cách mạng khoa học kỹ thuật đại Xét tất thành tựu khoa học kỷ 20 laser hai thành tựu quan trọng kỷ Khi khoa học kỹ thuật phát triển yêu cầu cải thiện laser phù hợp với thời đại tăng lên, xu hướng nghiên cứu ngày tạo xung laser cực ngắn có cơng suất cao với nhiều ứng dụng thực tế, nhà khoa học không ngừng cải tiến tạo thêm nhiều loại laser rắn đáp ứng nhu cầu Trong tiểu luận này, dựa tham khảo từ nguồn tài liệu chúng tơi sơ lược tồn nội dung nguyên lý hoạt động laser, qua trình phát xạ, khuếch đại, chế mở rộng vạch, nghịch đảo độ tích lũy.Trong tương lai, laser công nghệ thời đại người giải vấn đề kỹ thuật vật liệu 42 | P a g e TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình Vật lý Laser Giảng viên TS NGUYỄN VĂN HẢO (Chủ biên) TS PHẠM THẾ TÂN 43 | P a g e PHỤ LỤC STT Nội dung Học viên hoàn thiện Bài Lý Văn Nhì Bài Nguyễn Thị Anh Thư Bài Vũ Văn Chinh 44 | P a g e ... bài: Hãy trình bày nguyên lý hoạt động laser, khuếch đại xạ điều kiện ngưỡng, chế mở rộng vạch ? Trình bày nghịch đảo độ tích luỹ laser? Bài làm: Tổng quan Laser 1|Page 1.1 Laser gì? - Laser. .. cứu mở rộng vạch quan trọng xác định đặc tính hoạt động laser nghịch đảo độ tích lũy ngưỡng số mode dao động Các chế mở rộng khác phân loại rộng rãi mở rộng đồng không đồng Trong trường hợp mở rộng. .. tồn nội dung nguyên lý hoạt động laser, qua trình phát xạ, khuếch đại, chế mở rộng vạch, nghịch đảo độ tích lũy.Trong tương lai, laser công nghệ thời đại người giải vấn đề kỹ thuật vật liệu 42