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

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 – Năm 2013 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 Chuyên ngành: Quang học Mã số: 60440109 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS TRỊNH ĐÌNH CHIẾN CƠ QUAN: TRƯỜNG ĐHKHTN HÀ NỘI Hà Nội – Năm 2013 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 a0 : Biên độ cực đại xung CW: Bơm liên tục c: Vận tốc ánh sáng chân không C: Tham số chirp FL : Mật độ dòng photon I sabs : Cường độ hấp thụ bão hòa Ld : Độ dài tán sắc n2c : Hệ số chiết suất phi tuyến n1 , n2 , n3 : Mật độ hạt (độ tích lũy) nguyên tử mức 1,2,3 N: Tổng số nguyên tử tham gia vào trình tương tác n g : Chiết suất nhóm 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) Tc : Khoảng thời gian xung truyền chất hấp thụ bão hòa môi trường khuếch đại u: Vận tốc ánh sáng chất hấp thụ bão hòa  p : Năng lượng xung  L : Độ rộng xung  12 : Thời gian tích thoát (hồi phục ngang)  : Tiết diện hấp thụ hiệu dụng  : Độ rộng phổ xung  : Tham số tán sắc vận tốc nhóm  : Toán tử mật độ vL : Tần số laser 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 3.5: Ảnh hưởng tán sắc xung dạng secant-hyperbole vòng quanh buồng cộng hưởng Trong phần khảo sát xung secant-hyperbole với trường hợp xung chirp, chirp tuyến tính, chirp phi tuyến qua môi trường hấp thụ bão hòa, môi trường khuếch đại, vòng hay nhiều vòng quanh buồng cộng hưởng Qua cho nhiều kết quan trọng ảnh hưởng tham số chirp C tỷ số độ rộng xung hay tỷ số cường độ xung buồng cộng hưởng laser CPM Các kết thu phần làm sáng tỏ tính chất hình dạng xung secant-hyperbole trình tương tác, lại buồng cộng hưởng laser màu CPM Tuy nhiên xung tạo laser CPM mà người ta hướng tới xung có phổ phát đa mode rộng, dễ dàng điều hưởng tần số phát; đồng thời đặc điểm quan trọng độ rộng xung phải đạt cỡ femto giây Để đáp ứng yêu cầu ta cần khảo sát ảnh hưởng tán sắc xung dạng secant-hyperbole buồng cộng hưởng laser CPM Trong phạm vi luận văn thạc sỹ tạm thời dừng lại việc khảo sát tỷ số độ rộng xung tỷ số khuếch đại cường độ xung phụ thuộc vào độ dày chất hấp thụ bão hòa độ dày môi trường hoạt chất chùm laser qua Qua giúp có nhìn tổng quan ảnh hưởng tán sắc xung secant-hyperbole buồng cộng hưởng laser CPM Trong phần trước khảo sát xung secant-hyperbole với độ dày chất hấp thụ L=90 μm, độ dày môi trường hoạt chất L k =500 μm Tuy nhiên với laser màu CPM thực tế ta thay đổi L=[10÷90 μm], L k =[100÷500 μm], chí khoảng dao động lớn Và sau khảo sát độ dày chất hấp thụ đặc biệt môi trường khuếch đại ảnh hưởng đến nén khuếch đại xung sáng dạng secant-hyperbole buồng cộng hưởng laser CPM sau: 78 3.5.1: Trường hợp xung secant-hyperbole chirp Với xung secant-hyperbole chirp, thay đổi giá trị L phương trình (3.14), (3.18) L k (3.27) ta có dạng xung trước sau vòng quanh buồng cộng hưởng sau: Hình 3.41: Xung secant-hyperbole chirp lại quanh buồng cộng hưởng với độ dày chất màu: L=90 μm, Lk=500 μm 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 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 (L;Lk) 90-500 70-400 50-300 30-200 10-100   vao 0.9863 0.9862 0.9861 0.9860 0.9859 Fra Fvao 1.3630 1.3630 1.3630 1.3630 1.3629 C=0 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 81 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: 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 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 (L;Lk) 90-500 70-400 50-300 30-200 10-100   vao 0.9826 0.9825 0.9824 0.9823 0.9822  TBra  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 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: 84 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 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 (L;Lk) 90-500 70-400 50-300 30-200 10-100   vao 0.9791 0.9790 0.9789 0.9788 0.9787  TBra  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 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 86 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 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]  x  0.8205x Lấy lg hai vế phương trình ta :   lg x   x lg( 0.8205)    9  x lg( 0.8205)  x  105 Ta thấy sau số lần lại quanh buồng cộng hưởng thời gian xung rút ngắn xuống cỡ femto giây Nhưng kết thực nghiệm cho thấy với buồng cộng 87 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 88 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 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 89 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  giới hạn tốc độ bít xung truyền thông tin quang  khảo sát xung secant-hyperbole ảnh hưởng hệ số tán sắc β laser CPM 90 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 secanthyperbole 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 91 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 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 92