Ứng dụng gương bán dẫn hấp thụ bão hòa (SESAM) để phát xung laser ngắn

B GIO DC V O TO TRNG I HC VINH LNG C LU ứNG DụNG GƯƠNG BáN DẫN HấP THụ BãO HòA (SESAM) Để PHáT XUNG LASER NGắN LUN VN THC S VT Lí NGH AN - 2012 B GIO DC V O TO TRNG I HC VINH LNG C LU ứNG DụNG GƯƠNG BáN DẫN HấP THụ BãO HòA (SESAM) Để PHáT XUNG LASER NGắN Chuyờn ngnh: Quang hc Mó s: 60.44.01.09 LUN VN THC S VT Lí Ngi hng dn khoa hc: TS ON HOI SN NGH AN - 2012 LI CM N Lun ny c hon thnh nh quỏ trỡnh n lc ca bn thõn v s hng dn tn tỡnh ca thy giỏo TS on Hoi Sn Nhõn dp ny, tụi xin by t lũng bit n sõu sc n thy v s giỳp quý bỏu ny Tụi xin chõn thnh cm n n Ban ch nhim cựng cỏc thy cụ khoa Vt lý, Khoa o to Sau i hc - Trng i hc Vinh ó to iu kin thun li cho tỏc gi quỏ trỡnh hc ti c s o to Xin chõn thnh cm n ! Vinh, thỏng nm 2012 Tỏc gi MC LC Trang ứNG DụNG GƯƠNG BáN DẫN HấP THụ BãO HòA (SESAM) Để PHáT XUNG LASER NGắN ứNG DụNG GƯƠNG BáN DẫN HấP THụ BãO HòA (SESAM) Để PHáT XUNG LASER NGắN M U Chng PHNG PHP MODELOCKING PHT XUNG LASER NGN V NG DNG 1.1 Phng phỏp khúa mode dc bung cng hng (modelocking) 1.1.1 Nguyờn lý hot ng ca phng phỏp mode-locking .3 1.1.2 Phng phỏp mode-locking ch ng .5 1.1.3 Phng phỏp mode-locking th ng 1.1.4 So sỏnh mode-locking th ng v mode-locking ch ng 1.2 Cỏc ng dng ca xung laser ngn .9 1.2.1 ng dng xung laser ngn vt lý, sinh hc v húa hc 10 1.2.2 ng dng laser xung ngn thụng tin quang 10 Chng GNG BN DN HP TH BO HềA 12 2.1 Gii thiu gng bỏn dn hp th bóo hũa SESAM .12 2.2 Gng bỏn dn hp th bóo hũa (SESAM) .13 2.2.1 Cu trỳc in hỡnh ca gng bỏn dn hp th bóo hũa (SESAM)13 2.2.2 Gng Bragg .14 2.2.3 Cỏc lp chng phn x 15 2.3 Cỏc thụng s c bn ca SESAM 16 2.3.1 Thụng lng bóo hũa 17 2.3.2 Cng bóo hũa Isat 17 2.3.3 sõu bin iu 17 2.3.4 Cỏc mt mỏt cha bóo hũa .17 2.3.5 Thi gian hi phc hp th 18 2.4 Cỏc cu trỳc khỏc ca SESAM 19 2.4.1 Gng hp th bóo ho Fabry-Perot kh cng hng nột cao (high-finesse antiresonant Fabry-Perot saturable absorber) 22 2.4.2 SESAM cú ph lp chng phn x (Antireflection-Coated SESAM) 23 2.4.3 Gng hp th bóo ho Fabry-Perot kh cng hng nột thp (low-finesse antiresonant Fabry-Perot saturable absorber) .26 Chng PHT XUNG LASER NGN S DNG SESAM 29 3.1 Cu hỡnh bung cng hng ca h laser Nd:YVO4 s dng SESAM c bm bng laser bỏn dn .29 3.2 Ngun bm laser diode 30 3.2.1 Ngun nuụi laser diode (LDD) 30 3.2.2 B lm mỏt cho laser diode (ATC-03H) 32 3.2.3 Laser diode ATC-C2000-808-3 32 3.3 Gng bỏn dn hp th bóo ho (SESAM) .33 3.4 S thớ nghim 34 3.5 Tỡm hiu cỏc kt qu thc nghim 35 3.5.1 rng xung laser mode-locking th ng 35 3.5.2 Tn s lp li xung 36 3.5.3 Cụng sut ca laser mode-locking 37 KT LUN 39 TI LIU THAM KHO 40 M U Trong nhng nm gn õy, cỏc h thng thụng tin quang v vin thụng ó phỏt trin mnh, ỏp ng nhu cu ngy cng tng ca s phỏt trin kinh t xó hi Mt nhng kh nng phỏt trin cỏc h thng thụng tin quang hin i l s dng cỏc laser phỏt xung cc ngn, tn s lp li cao Cú nhiu phng phỏp phỏt xung laser ngn, ng dng KHCN Trong ú phng phỏp modelocking cho phộp to xung laser ngn, cú tn s lp li cao, ỏp ng tt cỏc yờu cu ca h thng thụng tin quang Vi k thut mode locking, phng phỏp modelocking th ng s dng cỏc mụi trng hp th bóo hũa thng c s dng ph bin hn nú cú th to xung ngn hn v tn s lp li cao K thut modelocking th ng s dng SESAM ang l phng phỏp hiu qu nht phỏt trin cỏc laser phỏt xung ngn cú tn s lp li cao dựng thụng tin quang Vit Nam ó cú mt s trung tõm nghiờn cu, ng dng v phỏt trin h laser xung ngn (picụgiõy, femtụgiõy), ú cú k thut phỏt xung laser ngn nh gng bỏn dn hp th bóo hũa (SESAM - SEmiconductor Saturable Absorber Mirror) õy l mt k thut phỏt xung ngn, cú cu hỡnh khụng quỏ phc tp, cú tớnh kh thi cao iu kin nc ta Nhn thc c tm quan trng ny, chỳng tụi la chn ti ng dng gng bỏn dn hp th bóo hũa (SESAM) phỏt xung laser ngn cho ti lun ca mỡnh Cu trỳc lun gm chng: Chng 1: Phng phỏp modelocking phỏt xung laser ngn v ng dng: Tỡm hiu v k thut modelocking phỏt xung laser ngn v ng dng vt lý, húa hc cng nh sinh hc, c bit lnh vc thụng tin quang Chng 2: Gng bỏn dn hp th bóo hũa (SESAM): Cỏc tớnh cht v thụng s vt lý ca SESAM cng nh cỏc cu trỳc ca nú Chng 3: Phỏt xung laser ngn s dng SESAM: Tỡm hiu h laser Nd:YVO4 mode-locking th ng s dng SESAM to xung cú rng khong 13 ps v tn s lp li t 30 - 100 MHz Trong quỏ trỡnh hc v nghiờn cu, mc dự rt c gng nhng bn lun vn khụng trỏnh nhng thiu sút Rt mong nhn c s úng gúp ca cỏc thy cụ, cỏc cỏn b khoa hc v ng nghip 27 khụng gian v lp hp th c iu chnh kh cng hng, vi b = v t = thỡ chiu dy nh nht l 2n vi m = phn x cũn li t lp m khỏc v cỏc lp hp th c b qua so sỏnh vi phn x ó c tớch ly t gng Bragg nhiu lp phớa di v mt phõn cỏch bỏn dn khụng khớ i vi bc súng trung tõm 860nm, mt thit b A-FPSA nột thp ging nh vy ó c gii thiu, c gi l gng phn x Bragg bóo hũa (SBR) Thit b ny rt ging vi thit b SESAM cú ph lp chng phn x ó c gii thiu trờn Tuy nhiờn, trng hp ny, khụng cú lp ph chng phn x t trờn gng Bragg AlAs/AlGaAs iu ny cú th c gii thớch nh sau: Cú th mụ t SBR ny nh mt A-FPSA nột thp, gm mt gng Bragg AlAs/AlGaAs phớa di cng vi bung cng hng Fabry-Perot cú dy ẳ bc súng ti v trớ kh cng hng Chiu dy d ca lp khụng gian/hp th c iu chnh kh cng hng vi b = v t = 0, v cú b dy nh nht l 4n vi m = B hp th bóo hũa sau ú c t bờn Fabry-Perot ny Cỏc xung ca thit b ny c 90 fs ó tng to t laser Ti:sapphire, rng xung di hn ỏng k so vi cỏc xung 34 fs t c bng thit b SESAM cú lp chng phn x tng t, (l sõu bin iu ca thit b ny nh hn) Chỳ ý rng gng phn x Bragg khụng úng vai trũ quan trng hot ng ca SESAM v khụng hon ton bóo hũa Vớ d, gng Bragg cú th c thay th bi mt gng kim loi nh c tho lun trờn thu c rng ph ln hn Cu trỳc gng Bragg AlAs/AlGaAs bóo hũa hoc phi tuyn ó c Kim v ng nghip xut vo nm 1989 [11] Trong trng hp ny, gng phn x Bragg phi tuyn hot ng da trờn s hp th bóo hũa chim ht ph vt liu cú rng vựng cm hp hn ca gng phn x Bragg iu ny dn n s hp th c phõn b qua nhiu lp Tuy nhiờn, thit b ny ó cú quỏ nhiu mt mỏt bờn laser rn Do ú, cn cú mt hoc mt vi lp hp th mng bờn cỏc lp ẳ bc súng ca lp phn x Bragg Thụng lng bóo hũa ca thit 28 b cú th thay i bng vic thay i v trớ ca phn hp th ó t lp phn x Bragg hoc n gin l nm cỏc lp ẳ bc súng cui cựng ca b phn x Bragg Thit b SESAM ny b gii hn bi rng ph ca gng Bragg phớa di v mt mỏt ca nú cú th ln hn A-FPSA nột cao Cỏc xung 19 fs ó c to vi A-FPSA nột cao so vi xung 34 fs ó c to vi A-FPSA nột thp vi cựng mt gng Bragg Vic thay th gng Bragg phớa di bng mt gng bc cú rng ph rng ó to cỏc xung t kớch thớch c 10 fs v mi õy l cỏc xung ngn 6,5 fs vi Ti:sapphire kt hp vi mode-locking thu kớnh Kerr quang hc 29 Chng PHT XUNG LASER NGN S DNG SESAM T vic nghiờn cu lý thuyt v k thut mode-locking v gng bỏn dn hp th bóo hũa ó trỡnh by trờn, vi nhng u im ca k thut mode-locking th ng v gng bỏn dn hp th bóo hũa, chỳng tụi ó tin hnh tỡm hiu h laser Nd:YVO4 mode-locking th ng s dng gng bỏn dn hp th bóo hũa to xung cú rng khong 13 ps v tn s lp li t 30 MHz ti 100 MHz 3.1 Cu hỡnh bung cng hng ca h laser Nd:YVO s dng SESAM c bm bng laser bỏn dn M7 M6 Laser M5 SESAM M3 M4 M2 M1 Thu kớnh Nd:YVO4 GRIN Laser bỏn dn crysr Hỡnh 3.1 Cu hỡnh bung cng hng ca h laser Nd:YVO4 a S lp t h laser Nd:YVO4 s dng SESAM phỏt xung laser ngn c mụ t trờn hỡnh 3.1 Trong thớ nghim, laser mode-locking c thit k theo cu hỡnh bm dc t c mode-locking hon ton, phi m bo s mode dc bung cng hng phi khỏ ln v khong cỏch tn s cng nh hiu s pha ca cỏc mode phi khụng i Bung cng hng bao gm gng M l gng 30 phng cú h s phn x cao c 99% Gng M l gng cu cú tiờu c f = 15 cm dựng hn ch mt mỏt nhiu x bung cng hng Gng M3, M4, M5 l cỏc gng phng cú h s phn x cao Gng M l gng cu cú tiờu c f = 7,5 cm cho phộp trung nng lng laser lờn gng bỏn dn hp th bóo hũa Gng M7 l gng cú h s phn x l 80% v 94% bc súng 1064 nm Tinh th Nd:YVO4 c t trờn giỏ bng ng cú tỏc dng ta nhit Ngun bm c s dng l mt laser bỏn dn phỏt liờn tc, phỏt x laser bc súng 808 nm v cú cụng sut cc i 2,0 W Thu kớnh bm l thu kớnh GRIN cú tiờu c 2,5 cm Cỏc c trng ca mt s thit b s dng h laser 3.2 Ngun bm laser diode Ngun bm laser diode gm ba phn chớnh: B ngun nuụi (LDD) cung cp dũng bm cho laser diode, b lm mỏt cho laser diode (ATC-03H) v u laser diode (ATC-C2000-808-3) 3.2.1 Ngun nuụi laser diode (LDD) Ngun nuụi LDD ca Nga sn xut cú cỏc chc nng sau: Cung cp dũng in n nh cho laser diode hot ng ch liờn tc v ch xung n nh v iu khin nhit ca laser diode iu khin cụng sut quang ca laser diode (vi photodiode phn hi) Bo v laser diode nhng nguy him v in v nhiu Hỡnh 3.2 Mt iu khin phớa trc ca ngun nuụi LDD Cỏc thụng s k thut ca ngun nuụi LDD c trỡnh by bng 3.1 31 Hỡnh 3.2 Ngun nuụi LDD-10 Bng 3.1 Cỏc thụng s k thut ca ngun nuụi LDD [3] Thụng s Di iu chnh ca dũng bm laser diode (LDPC: Laser Diode Pumping Current) Giỏ tr 0,1 A ữ A Nhiu v gn súng ca dũng bm laser diode khụng quỏ 0,5% giỏ tr cc i in ỏp cc i trờn Laser bỏn dn Nh hn V Di thay i ca thi gian xung 0,08 ms ữ 9,998 ms vi bc thay i 0,01; 1; 100 ms Di thay i ca tn s lp li xung 0,1 ms ữ 9,999 s vi bc thay i 0,01; 1; 100 ms Thi gian lờn xung ca dũng bm khụng quỏ 30 às Di iu ch ngoi ca LDPC Tn s lờn ti 10 kHz, in ỏp V ữ 12 V, dũng lờn ti 10 mA Di ta nhit ca laser bỏn dn ci t vi b lm mỏt Peltier +5oC ữ +48oC bc nhy 0.1oC Duy trỡ chớnh xỏc nhit Nh hn 0.1oC Ngun in 220V/50Hz hoc 110V/60Hz Cụng sut tiờu th Nh hn 90 W 32 3.2.2 B lm mỏt cho laser diode (ATC-03H) S dng lm mỏt v n nh nhit cho laser diode Bng 3.2 Cỏc thụng s k thut ca u lm mỏt ATC-03H STT Thụng s Giỏ tr Dũng cc i ca b lm mỏt Peltier 5,7 (A) in ỏp cc i ca b lm mỏt Peltier Cụng sut cc i ca b lm mỏt Peltier Tr khỏng danh nh ca Thermistor 25oC in ỏp cc i ca qut giú (V) 19,5 (W) 10 k 5% 12 (V) 3.2.3 Laser diode ATC-C2000-808-3 Cỏc thụng s danh nh ca laser diode (Russia) c trỡnh by bng 3.3 Bng 3.3 Cỏc thụng s danh nh ca laser diode ATC-C2000-808-3 Thụng s Cụng sut (liờn tc) Bc súng phỏt x rng ph (FWHM) Hiu sut lng t Tit din phỏt x Dũng ngng Dũng hot ng Th hot ng Hiu ng nhit ca bc súng PCW D WxH ITH IOP UOP Min 805 0.8 0.3 - Giỏ tr Bỡnh thng 2,0 808 1.0 200x1.0 0.5 2.5 1.9 Max 811 1.2 0.75 3.0 2.1 W nm nm W/A pm2 A A V /T - 0.27 0.3 nm/K Ký hiu n v 33 3.3 Gng bỏn dn hp th bóo ho (SESAM) Trong h laser Nd:YVO4 bm bng laser bỏn dn, chỳng tụi ó s dng cỏc gng bỏn dn hp th bóo ho SE-1064-2-0 hot ng bc súng = 1064nm Cỏc thụng s ca gng bỏn dn hp th bóo ho SESAM : Bng 3.4 Thụng s ca SESAM SE-1064-2-0, = 1064 nm = 1064 nm Di ph phn x cao (R > 99%) = 1020 nm ữ 1110 nm Hp th bóo hũa A0 = 2% Thụng lng bóo hũa Fsat = 70 àJ/cm2 Thi gian hi phc = 20 ps Mt mỏt khụng bóo hũa Ans < 0.3% Din tớch SESAM mm x mm Chiu dy SESAM 350 àm H s phn x (%) Bc súng laser Bc súng (nm) Hỡnh 3.3 H s phn x ca SESAM SE-1064-2-0, = 1064nm nnnmnnm 34 3.4 S thớ nghim Dao ng ký Mỏy tớnh u o nng lng Photodiode M6 M7 SESAM M5 M3 H autocorrelator Gng tỏch chựm S ES Nhõn quang in AM M4 M1 M2 Nd:YVO4 Laser bỏn dn Thu kớnh GRIN Hỡnh 3.4 S thớ nghim ca h laser Nd:YVO4 Cỏc tớnh nng k thut: Bm: CW diode Laser Bc súng: 1064 nm é rng xung: 13 ps Cụng sut trung bỡnh: 540 mW Tc xung lp li: 30 - 100 MHz (theo yờu cu) Hỡnh 3.5: S h laser Nd:YVO4 s dng gng bỏn dn hp th bóo ho SESAM c bm liờn tc bng laser diode c xõy dng ti phũng thớ nghim Quang t-Phõn t-Vin Vt lý v in t 35 tin hnh kho sỏt cỏc c trng ca laser Nd:YVO 4, thớ nghim c b trớ nh hỡnh 3.4 Xung laser c a ti gng tỏch chựm vi h s phn x R = 50% tỏch thnh hai chựm, mt chựm a ti u thu nng lng o nng lng v cụng sut xung laser Chựm laser cũn li c a tip ti gng tỏch chựm tip theo v a ti h o autocorrelation o rng xung, chựm cũn li a vo photodiode hin th dng xung trờn dao ng ký 3.5 Tỡm hiu cỏc kt qu thc nghim 3.5.1 rng xung laser mode-locking th ng Vic xỏc nh rng xung laser mode-locking c thc hin trờn h o autocorrelator [3,4] s dng hiu ng phỏt ho ba bc hai khụng ng trc trờn tinh th phi tuyn KDP Theo kt qu o c, rng ca vt autocorelator l 20 ps Vi gi thit dng xung o c cú dng sech 2, rng xung laser mode-locking thc t VếtựươngquanxuglaserNd:YVO4mode-lcking 30 250 = 20ps 20 150 10 Intesiy(mW) Cng (mW) c 13 ps 50 Thi gian (ps) -80 -60 -40 -20 20 40 60 80 Time(ps) Hỡnh 3.6 Vt t tng quan xung laser mode-locking th ng 36 3.5.2 Tn s lp li xung Vi SESAM s dng bung cng hng laser Nd:YVO trờn hỡnh 3.4, ta cú th to xung laser cú tn s lp li t 30 MHz ti 100 MHz Hỡnh 3.7 l chui xung laser thu c trờn dao ng ký vi cỏc tn s lp li xung f = 65 MHz f = 77 MHz f = 100 MHz Hỡnh 3.7 Xung laser o c trờn dao ng ký 37 3.5.3 Cụng sut ca laser mode-locking Vic kho sỏt cụng sut laser c thc hin bng u o nng lng (Melles Griot 13PME001), phõn gii 10 àW kho sỏt cụng sut ca laser modelocking theo h s phn x ca gng ra, thớ nghim ó s dng hai gng cú h s phn x R = 80% v R = 94% lm gng ca bung cng hng laser Vi mi gng ca bung cng hng, thay i cụng sut bm v o cụng sut ca laser, ta thu c kt qu nh bng 3.5 Bng 3.5 Kt qu o c trng cụng sut vi R 80% v R 94% R = 80% R = 94% Cụng sut bm Pp(mW) Cụng sut laser Pout(mW) Hiu sut Cụng sut bm Pp(mW) Cụng sut laser Pout(mW) Hiu sut 494 178 0.360324 583 153 0.262436 583 216 0.370497 770 207 0.268831 676 260 0.384615 950 260 0.273684 770 300 0.389610 1130 316 0.279646 860 338 0.393023 1310 374 0.285496 950 380 0.400000 1500 445 0.296667 1030 424 0.411650 1690 505 0.298817 1130 461 0.407965 1890 564 0.298413 1220 506 0.414754 1310 548 0.418321 1400 593 0.423571 1500 629 0.419333 1600 678 0.423750 1690 726 0.429586 1790 766 0.427933 1890 813 0.430159 1990 858 0.431156 2090 905 0.433014 Cụng sut phỏt (mW) 38 1000 900 800 Y Axis Title 700 600 500 400 R=80% R=94% 300 200 100 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 X Axis Title Cụng sut bm (mW) Hỡnh 3.8 c trng cụng sut ca laser Nd:YVO mode-locking th ng Vi cỏc kt qu ó cho, ta thy gng cú h s phn x R = 80%, cụng sut ca xung laser ln hn cụng sut phỏt ca gng cú h s phn x R = 94% Do gim h s phn x ca gng ra, cỏc mt mỏt bung cng hng tng lờn, lm cho ngng phỏt laser tng lờn, ú cụng sut phỏt tng lờn Cụng sut phỏt ca laser ph thuc tuyn tớnh vo cụng sut bm 39 KT LUN Vi mc ớch nghiờn cu gng bỏn dn hp th bóo hũa (SESAM) v s dng nú cỏc k thut phỏt xung laser ngn bng k thut mode-locking th ng, lun ng dng gng bỏn dn hp th bóo hũa (SESAM) phỏt xung laser ngn ó thu c cỏc kt qu sau: Tỡm hiu v phõn tớch cỏc k thut mode-locking ch ng v k thut modelocking th ng phỏt cỏc laser xung cc ngn dựng thụng tin quang Nghiờn cu nguyờn lý hot ng, cỏc thụng s vt lý v cỏc cu trỳc ca gng bỏn dn hp th bóo hũa (SESAM) k thut mode-locking th ng phỏt cỏc laser xung cc ngn Tỡm hiu v nghiờn cu cỏc c trng, thụng s ca h laser Nd:YVO c bm liờn tc bng laser bỏn dn, hot ng ch mode-locking th ng s dng SESAM phỏt xung laser ngn hin i õy l h laser phỏt n nh cỏc xung laser ngn c 13 ps, tn s xung lp li cú th thay i t 30 ữ 100 MHz bc súng 1064 nm õy l nhng kt qu tỡm hiu vic s dng SESAM phỏt trin v ch to cỏc laser rn mode-locking phỏt xung ngn v tn s lp li cao Kt qu ny cú th nh hng cho vic nghiờn cu v phỏt trin cỏc laser rn vi cu hỡnh bung cng hng quang hc cú kớch thc nh (mm) s dng SESAM, c bm liờn tc bng laser diode, cú th phỏt cỏc xung laser mode-locking cc ngn vi tn s xung ln ti GHz cỏc vựng bc súng khỏc t 1530 nm n 1565 nm 40 TI LIU THAM KHO Ting Vit [1] inh Vn Hong, Trnh ỡnh Chin (1999), Vt lý laser v ng dng, i hc khoa hc t nhiờn [2] Quc Khỏnh (2004), Nghiờn cu, thit k v ch to mt h laser Nd:YVO4 c bm bng laser diode, Lun thc s vt lý [3] Lờ Hong Hi (2004), "Nghiờn cu s lan truyn xung laser qua cỏc mụi trng khuch i v hp th bóo hũa ng dng phỏt cỏc xung laser cc ngn", Lun ỏn tin s vt lý [4] Nguyn i Hng, Phan Vn Thớch (2005), Thit b v linh kin quang hc, quang ph laser, Nh Xut Bn i Hc Quc Gia H Ni [5] Nguyn Trng Ngha, Quc Khỏnh, Trn Vit Phng, Lờ Th Thanh Nga, Phm Long, Nguyn i Hng (2005), "Cỏc c trng ca laser Nd:YVO phỏt liờn tc, hiu sut cao c bm bng laser bỏn dn", Hi ngh vt lý ton quc Ting Anh [6] B.E.A Saled & M.C Teich (1991), Fundamentals of Photonics, Part 2, J.W Goodman Press [7] Craig A Williamson (2003), Mode locking of novel semiconductor lasers [8] L.D Jung, F.X Kọrtner, N Matuschek, D.H Sutter, F.Morier-Genoud, Z Shi, V Scheuer, M Tilsch, T Tschudi, U.Keller (1997), Semiconductor saturable absorber mirrors supporting sub-10-fs pulses, Appl Phys B 65, 137-150 [9] M Haiml, R Grange, U Keller (2004), Optical characterization of semiconductor saturable absorbers, Appl Phys B79, 337-339 41 [10] Ursula Keller (1996), Semiconductor Saturable Absorber Mirrors (SESAMs) for Femtosecond to Nanosecond pulse generation in solid-state lasers, IEEE J Quantum Electron Vol 2, No 3, 435-453 [11] B.G Kim, E.Garmire, S.G Hummel, and P.D Dapkus (1989) Nonlinear Bragg reflector based on saturable absorption, Appl.Phys Lett., vol.54, 1095-1097 [12] I.D Jung, L.R Brovelli, M.Kamp, U.Keller and M Moser (1995) Scaling of the antiresonant Fabry-Perot saturable absorber design toward and thin saturable absorber Opt.Lett, vol.20, 1559-1561 [...]... như cấu trúc của gương bán dẫn hấp thụ bão hòa (SESAM) 2.1 Giới thiệu gương bán dẫn hấp thụ bão hòa – SESAM Các thiết bị SESAM hiện nay đã được sử dụng rộng rãi và trở thành linh kiện quan trọng không thể thiếu trong các nguồn laser cực ngắn mode-locking thụ động Việc sử dụng bộ hấp thụ bão hòa để tạo xung cực ngắn đã được ứng dụng từ rất sớm Trước đây, bộ hấp thụ bão hòa thường sử dụng là các chất... nhiên, để đảm bảo phát được các xung laser ngắn, tần số xung lớn thì phải sử dụng các kỹ thuật mode-locking Một kĩ thuật phát xung laser ngắn rất hiệu quả hiện nay cho phép tạo các xung laser ngắn cỡ picôgiây đến femtôgiây đã được sử dụng, đó là phương pháp tạo xung laser ngắn bằng kĩ thuật mode-locking thụ động sử dụng gương bán dẫn hấp thụ bão hoà (SESAM) Với phương pháp này, ta có thể tạo được các xung. .. laser phát xung ngắn với tần số lặp lại cao, công suất lớn và độ ổn định cao 2.2 Gương bán dẫn hấp thụ bão hòa (SESAM) Đế GaAs 2.2.1 Cấu trúc điển hình của gương bán dẫn hấp thụ bão hòa (SESAM) xung Gương Bragg GaAs/AlAs lớp hấp thụ giếng lượng tử InGaAs Hình 2.1: Cấu trúc điển hình của SESAM hoạt động trong vùng 1064nm Trên đế GaAs tạo một gương Bragg GaAs/AlGaAs Nằm dưới lớp trên là một lớp hấp thụ. .. pháp mode-locking bị động có thể sử dụng các bộ hấp thụ bão hoà hoặc dựa trên hiệu ứng Kerr quang học Các laser màu xung mode-locking thụ động thường sử dụng cơ chế bão hoà phi tuyến trong các bộ hấp thụ bão hoà (thường là các cu-vet đựng các dung dịch màu hữu cơ và gương bán dẫn hấp thụ bão hòa (SESAM) mà ta sẽ nghiên cứu kỹ sau đây) Vì có các suy hao trong bộ hấp thụ, để đạt tới ngưỡng dao động thì độ... thọ ngắn, độc và quá trình điều khiển phức tạp, nên sau đó người ta sử dụng các bộ hấp thụ bão hòa ở trạng thái rắn như các tinh thể Cr:YAG Tuy nhiên, bộ hấp thụ bão hòa rắn cũng chỉ hoạt động trong vùng bước sóng nhất định, thời gian hồi phục và các mức bão hòa giới hạn Khi phát minh ra chất bán dẫn, việc chế tạo bộ hấp thụ bão hòa bằng vật liệu bán dẫn có thể khắc phục được nhược điểm của bộ hấp thụ. .. thụ giếng lượng tử InGaAs dày 10nm 14 Gương bán dẫn hấp thụ bão hòa - SESAM (SEmiconductor Saturable Absorber Mirror) là một cấu trúc gương kết hợp với bộ hấp thụ bão hòa, tất cả đều làm bằng công nghệ bán dẫn Thông thường, thiết bị này gồm có một gương Bragg và một lớp hấp thụ bão hòa đơn giếng lượng tử ở gần bề mặt 2.2.2 Gương Bragg Gương Bragg (còn được gọi là gương 1/4 bước sóng) là một cấu trúc... ba thông số: ns Fsat: thông lượng bão hòa 17 • Độ phản xạ tuyến tính Rlin khi các xung có thông lượng xung bằng 0 • Phản xạ Rns đối với xung có thông lượng lớn vô cùng khi bộ hấp thụ bão hòa bị tẩy trắng (bleach) hoàn toàn • Thông lượng bão hòa Fsat 2.3.1 Thông lượng bão hòa Thông lượng bão hòa Fsat là năng lượng cần thiết để bão hòa bộ hấp thụ SESAM Thông lượng bão hòa được định nghĩa là Fsat = hν... mode-locking soliton, bộ hấp thụ bão hoà chậm cũng có thể hỗ trợ những xung cực ngắn Nếu tồn tại dạng soliton mạnh, độ rộng xung có thể ngắn hơn nhiều so với thời gian hồi phục của bộ hấp thụ Độ rộng xung ngắn nhất đã đạt được với mode-locking hoàn toàn là 13 fs, sử dụng bộ hấp thụ với thời gian hồi phục chỉ có 60 fs Vì lớp hấp thụ bão hòa làm bằng vật liệu bán dẫn nên thể hiện đáp ứng xung theo hai thời... quan trọng khác của bộ hấp thụ bão hòa là thời gian hồi phục hấp thụ Nó quyết định việc làm ngắn xung lớn nhất (độ rộng xung có thể đạt được nhỏ nhất) và các đặc tính xây dựng mode-locking của laser Trong chế độ hấp thụ bão hòa nhanh, thời gian hồi phục của bộ hấp thụ là ngắn so với độ rộng xung Do đó, cửa số khuyếch đại tổng được hình thành bằng chính xung và rộng bằng độ rộng xung Trong chế độ mode-locking... mode-locking thụ động được sử dụng hiệu quả hơn kỹ thuật mode-locking chủ động vì nó cho phép tạo ra các xung laser ngắn, công suất lớn và độ ổn định cao, đặc biệt có thể cho tần số lặp lại xung cao Với việc phát triển của công nghệ trong lĩnh vực khoa học vật liệu bán dẫn, việc tạo ra các gương bán dẫn hấp thụ bão hòa (SESAM) cho kỹ thuật mode-locking thụ động có một ý nghĩa quan trọng trong kĩ thuật phát laser ... 2012 Tỏc gi MC LC Trang ứNG DụNG GƯƠNG BáN DẫN HấP THụ BãO HòA (SESAM) Để PHáT XUNG LASER NGắN ứNG DụNG GƯƠNG BáN DẫN HấP THụ BãO HòA (SESAM) Để PHáT XUNG LASER NGắN M U ...2 NGH AN - 2012 B GIO DC V O TO TRNG I HC VINH LNG C LU ứNG DụNG GƯƠNG BáN DẫN HấP THụ BãO HòA (SESAM) Để PHáT XUNG LASER NGắN Chuyờn ngnh: Quang hc Mó s: 60.44.01.09 LUN VN THC S VT Lí... trng, thụng s ca h laser Nd:YVO c bm liờn tc bng laser bỏn dn, hot ng ch mode-locking th ng s dng SESAM phỏt xung laser ngn hin i õy l h laser phỏt n nh cỏc xung laser ngn c 13 ps, tn s xung