Luận án tiến sĩ nghiên cứu các tính chất động học và phát triển hệ laser rắn tử ngoại sử dụng vật liệu pha tạp ion

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - PHẠM VĂN DƯƠNG NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC VÀ PHÁT TRIỂN HỆ LASER RẮN TỬ NGOẠI SỬ DỤNG VẬT LIỆU PHA TẠP ION Ce3+ LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ HÀ NỘI – 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - PHẠM VĂN DƯƠNG NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC VÀ PHÁT TRIỂN HỆ LASER RẮN TỬ NGOẠI SỬ DỤNG VẬT LIỆU PHA TẠP ION Ce3+ Chuyên ngành: QUANG HỌC Mã số: 944 01 10 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS PHẠM HỒNG MINH GS TS NGUYỄN ĐẠI HƯNG HÀ NỘI – 2021 LỜI CẢM ƠN Luận án thực hoàn thành Khoa Vật lý, Học viện Khoa học & Công nghệ Trung tâm Ðiện tử học Lượng tử, Viện Vật lý, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam duới hướng dẫn khoa học PGS.TS Phạm Hồng Minh GS.TS Nguyễn Ðại Hưng Trước hết, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến hai Thầy hướng dẫn, PGS.TS Phạm Hồng Minh, người Thầy trực tiếp dẫn dắt, bảo tận tình tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian thực luận án Tôi xin gửi tới GS.TS Nguyễn Ðại Hưng, nguời Thầy dã bảo tận tình, định huớng phương pháp nghiên cứu khoa học động viên suốt q trình học tập Tơi xin trân trọng cảm ơn Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam hỗ trợ thời gian nghiên cứu thực luận án Dưới hỗ trợ tận tâm Lãnh đạo, Phòng, Ban tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian qua Ðồng thời, học viên gửi lời cảm ơn chân thành tới Trung tâm Vật lý Quốc tế GS N.Sarukura, Ðại học Osaka, Nhật Bản có hỗ trợ to lớn NCS thời gian thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn tất Thầy, Cô, Anh Chị đồng nghiệp Viện Vật lý nơi học tập công tác, cộng tác giúp đỡ quý báu để tơi hồn thành luận án Tơi xin ghi nhớ quan tâm bảo tất Thầy, Cô, Anh Chị người Cuối cùng, tơi đặc biệt gửi lời cảm ơn tới gia đình, người luôn yêu thương, tin tưởng, cổ vũ động viên tơi q trình học tập Hà nội, ngày tháng năm 20 Nghiên cứu sinh Phạm Văn Dương LỜI CAM ÐOAN Tôi xin cam đoan luận án Tiến sỹ Vật lý, chuyên ngành Quang học với đề tài: “Nghiên cứu tính chất động học phát triển hệ laser rắn tử ngoại sử dụng vật liệu pha tạp ion Ce3+” đề tài nghiên cứu riêng tôi, hướng dẫn khoa học PGS TS Phạm Hồng Minh GS.TS Nguyễn Ðại Hưng Các số liệu tài liệu luận án trung thực chưa công bố công trình nghiên cứu Tất tham khảo, kế thừa trích dẫn tham chiếu đầy đủ Hà nội, ngày tháng năm 20 Nghiên cứu sinh Phạm Văn Dương MỤC LỤC BẢNG KÝ HIỆU HOẶC CHỮ CÁI VIẾT TẮT i DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ iii MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: VẬT LIỆU VÀ LASER TỬ NGOẠI Ce:FLUORIDE 1.1 Các nguồn laser phát trực tiếp xạ tử ngoại môi trƣờng Ce:Fluoride 1.1.1 Các nguồn laser phát trực tiếp xạ tử ngoại .6 1.1.2 Laser tử ngoại sử dụng môi trường tinh thể pha tạp ion đất 1.1.3 Môi trường tinh thể Ce:LaF Ce:LuF 12 1.1.4 Môi trường tinh thể Ce:LLF Ce:YLF 13 1.1.5 Môi trường tinh thể Ce:LiSAF .15 1.1.6 Môi trường tinh thể Ce:LiCAF .17 1.2 Laser tử ngoại Ce:LiCAF phát xung ngắn 21 1.2.1 Phát xung ngắn nguồn bơm xung ngắn 21 1.2.2 Phát xung ngắn phương pháp tự tiêm thụ động 22 1.2.3 Phát xung ngắn phương pháp khóa mode BCH 23 1.2.4 Phát xung ngắn phương pháp độ BCH 24 1.3 Laser tử ngoại Ce:LiCAF phát băng hẹp điều chỉnh bƣớc sóng 25 1.3.1 Cấu hình sử dụng lăng kính 25 1.3.2 Cấu hình sử dụng phin lọc lưỡng chiết 26 1.3.3 Cấu hình sử dụng cách tử .27 Kết luận chƣơng I 31 CHƢƠNG II: NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC CHO LASER TỬ NGOẠI SỬ DỤNG TINH THỂ Ce:LiCAF 32 2.1 Mơ hình lý thuyết cho động học phát xạ laser đa bƣớc sóng 32 2.1.1 Sơ đồ mức lượng ion Ce3+ pha tạp Fluoride 32 i 2.1.2 Hệ phương trình tốc độ đa bước sóng mơ tả động học phát xạ laser 34 2.1.3 Thơng số tính tốn động học phát xạ sử dụng môi trường tinh thể Ce:LiCAF 36 2.2 Động học phát xạ laser tử ngoại Ce:LiCAF băng rộng phát xung ngắn phƣơng pháp độ buồng cộng hƣởng 37 2.2.1 Động học phát xạ laser tử ngoại Ce:LiCAF phát băng rộng .37 2.2.2 Ảnh hưởng lượng laser bơm lên độ rộng xung laser lối 40 2.2.3 Ảnh hưởng hệ số phản xạ gương lên độ rộng xung laser lối 42 2.2.4 Ảnh hưởng chiều dài BCH lên độ rộng xung laser lối .44 2.2.5 Laser tử ngoại Ce:LiCAF phát xung ngắn độ BCH 46 2.3 Động học phát xạ laser tử ngoại Ce:LiCAF băng hẹp, điều chỉnh bƣớc sóng sử dụng cách tử Littrow 48 2.3.1 Mơ hình nghiên cứu động học cho laser tử ngoại Ce:LiCAF phát băng hẹp, điều chỉnh bước sóng sử dụng cách tử Littrow .49 2.3.2 Động học phát xạ băng hẹp điều chỉnh bước sóng laser Ce:LiCAF sử dụng cách tử Littrow .49 2.3.3 Động học phát xạ băng hẹp, đơn xung ngắn laser Ce:LiCAF sử dụng cách tử Littrow 52 Kết luận chƣơng II 58 CHƢƠNG III: NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN HỆ LASER TỬ NGOẠI RẮN SỬ DỤNG MÔI TRƢỜNG TINH THỂ Ce:LiCAF 59 3.1 Hệ thực nghiệm laser tử ngoại rắn Ce:LiCAF 59 3.1.1 Các thiết bị linh kiện quang học sử dụng hệ thực nghiệm .59 3.1.2 Sự phụ thuộc thông số chùm bơm lên thiết kế hệ thực nghiệm cho laser tử ngoại Ce:LiCAF .61 3.1.3 Thiết kế hệ laser Ce:LiCAF rắn phát trực tiếp xạ tử ngoại 63 3.2 Laser tử ngoại Ce:LiCAF băng rộng phát đơn xung ngắn 65 3.2.1 Đặc trưng laser tử ngoại Ce:LiCAF phát băng rộng 65 3.2.2 Nghiên cứu động học phát xạ băng rộng laserUV Ce:LiCAF 67 ii 3.2.2 Ảnh hưởng thông số lên độ rộng xung lối 69 3.2.3 Laser tử ngoại Ce:LiCAF phát đơn xung ngắn phương pháp độ buồng cộng hưởng 73 3.3 Laser tử ngoại Ce:LiCAF băng hẹp, điều chỉnh bƣớc sóng, đơn xung ngắn sử dụng cấu hình cách tử Littrow… …………………………… 74 3.3.1 Laser tử ngoại Ce:LiCAF sử dụng cấu hình cách tử Littrow 75 3.3.2 Laser Ce:LiCAF băng hẹp, điều chỉnh bước sóng, đơn xung ngắn .75 3.4 Laser tử ngoại Ce:LiCAF sử dụng tinh thể cắt dạng kim cƣơng 79 3.4.1 Tinh thể Ce:LiCAF cắt dạng kim cương 80 3.4.2 Sự phân bố huỳnh quang tinh thể cắt dạng kim cương 81 3.4.3 Hệ laser tử ngoại Ce:LiCAF sử dụng tinh thể cắt dạng kim cương 82 3.5 Laser tử ngoại Ce:LiCAF sử dụng cấu hình phản xạ nội tồn phần 84 3.5.1 Cấu hình BCH vịng sử dụng cặp lăng kính Pellin-Broca .84 3.5.2 Hệ laser tử ngoại Ce:LiCAF sử dụng cấu hình phản xạ nội toàn phần 85 3.5.3 Đặc trưng phát xạ laser Ce:LiCAF sử dụng cấu hình phản xạ nội tồn phần .86 Kết luận chƣơng III 88 KẾT LUẬN CHUNG 89 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 PHỤ LỤC 104 iii BẢNG KÝ HIỆU HOẶC CHỮ CÁI VIẾT TẮT UV VUV Ce:Fluoride BCH ESA N0 N1 N n c L τt R l λ Ii Rp σai σei β τ τc Pabs Pin αa τp r TIR PB SSPT SHG FHG SFG θβ Tử ngoại Tử ngoại chân không Vật liệu Fluoride pha tạp Cerium (Ce3+) Buồng cộng hưởng Sự hấp thụ trạng thái kích thích Độ tích lũy trạng thái Độ tích lũy trạng thái kích thích Nồng độ ion Chiết suất môi trường Vận tốc ánh sáng Chiều dài BCH Thời gian để ánh sáng thực chu trình đi-về BCH Hệ số phản xạ gương Chiều dài mơi trường hoạt chất Bước sóng laser Cường độ laser BCH bước sóng i Tốc độ bơm Tiết diện hấp thụ bước sóng λi Tiết diện phát xạ bước sóng λi Hệ số mát chu trình đi-về BCH Thời gian sống huỳnh quang ion hoạt chất Thời gian sống photon BCH Công suất laser bơm hấp thụ Công suất laser bơm Hệ số hấp thụ môi trường hoạt chất Độ rộng xung bơm Bán kính vết bơm Phản xạ nội tồn phần (Total internal reflection) Lăng kính Pellin – Broca Tự tiêm thụ động Second Harmonic Generation Fourth-harmonic generation Sum Frequency Generation Góc tới Brewter i DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng Bảng 1.1 Bảng 1.2 Bảng 1.3 Bảng 1.4 Bảng 2.1 Trang Một số môi trường laser màu phát xạ tử ngoại 07 Đặc trưng quang học số tinh thể phi tuyến 08 điển hình Thơng số mơi trường Ce:LiSAF Tiết diện hấp thụ phát xạ môi trường Ce:LiCAF 16 19 Các thông số sử dụng nghiên cứu động học 36 cho laser tử ngoại Ce:LiCAF Bảng 2.2 Bảng 2.3 Ảnh hưởng lượng laser bơm lên độ rộng xung laser lối laser Ce:LiCAF phát băng rộng Ảnh hưởng hệ số phản xạ gương lên độ rộng xung 41 43 Bảng 2.4 laser lối laser Ce:LiCAF phát băng rộng Ảnh hưởng chiều dài BCH lên độ rộng xung laser lối laser Ce:LiCAF phát băng rộng 45 Bảng 2.5 Ảnh hưởng lượng laser bơm lên độ rộng xung 54 laser lối độ rộng phổ phát xạ cho laser Ce:LiCAF sử dụng cách tử Littrow Bảng 2.6 Ảnh hưởng chiều dài BCH lên độ rộng xung laser lối 55 độ rộng phổ phát xạ cho laser Ce:LiCAF sử dụng cách tử Littrow Bảng 2.7 Ảnh hưởng chiều dài BCH lên độ rộng xung laser lối 57 độ rộng phổ phát xạ cho laser Ce:LiCAF sử dụng cách tử Littrow Bảng 3.1 Các thông số môi trường Ce:LiCAF 61 ii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BIỂU ĐỒ Hình vẽ Hình 1.1 Trang a) Sơ đồ nguyên lý cho việc phát họa ba bậc cao để 08 phát xạ tử ngoại gần tử ngoại chân không b) Hệ phát họa ba bậc bốn họa ba bậc năm laser Nd:YAG Hình 1.2 Sơ đồ mức lượng chuyển dời 4fn – 4fn-1df 10 ion Ce3+, Pr3+, Nd3+, Tm3+ Hình 1.3 Phổ hấp thụ phát xạ ion Ce3+ 11 LaF, LiCAF, LiSAF, YLF, LiLuF, CaF2, (Y,Lu)PO4, YAG Hình 1.4 a) Phổ hấp thụ (a) phát xạ (b) môi trường 13 Ce3+:LaF3 pha tạp 0.1% Ce3+ (1) 1% (2) Phổ hấp thụ (c) phát xạ (d) môi trường Ce3+:LuF3 với nồng độ pha tạp 0.1% (1) 1% (2) Hình 1.5 Phổ hấp thụ ánh sáng phân cực Ce:LLF (a) 14 Ce:YLF (b) nhiệt độ T=300K, phân cực π (1) phân cực σ (2) với nồng độ pha tạp Ce3+ 0,2% bơm laser KrF Phổ huỳnh quang phân cực Ce:LLF (c) Ce:YLF (d) tương ứng với phân cực π (1) σ (2) Hình 1.6 Phổ hấp thụ phát xạ môi trường Ce:LiSAF, 16 với nguồn bơm phân cực khác Hình 1.7 Vùng điều chỉnh bước sóng laser Ce:LiSAF 17 Hình 1.8 Cấu trúc mạng tinh thể chất LiCAF 18 Hình 1.9 Phổ hấp thụ chất LiCAF, LiSAF LiSCAF 18 pha tạp Ce3+ Hình 1.10 Phổ hấp thụ phát xạ môi trường Ce:LiCAF, 20 ứng với phân cực khác nguồn bơm Hình 1.11 Vùng điều chỉnh bước sóng laser Ce:LiCAF 20 iii [86] A V Gektin, N V Shiran, S V Neicheva, M J Weber, S E Derenzo, W W Moses, Energy transfer in LiCaAlF6:Ce3+, Journal of Luminescence, 102-103, 2003, 460-463 [87] V A Fromzel and C R Prasad, A tunable, narrow linewidth kHz Ce:LiCAF laser with 46% efficiency, Advanced Solid-State Photonics, OSA Trends in Optics and Photonics, Optical Society of America, 2003, paper 203 [88] N Sarukura, Z Liu, S Izumida, M A Dubinskii, R Y Abdulsabirov, and S L Korableva, All-solid-state tunable ultraviolet subnanosecond laser with direct pumping by the fifth harmonic of a Nd:YAG laser, Appl Opt., 37(27), 1998, 64466448 [89] Z Liu, N Sarukura, M A Dubinskii, R Y Abdulsabirov, S L Korableva, Allsolid-state subnanosecond tunable ultraviolet laser sources based on Ce3+-activated fluoride crystals, J Nonlinear Opt Physics Mater., 8, 1999, 41-54 [90] Y S Liu, Generation of high-power nanosecond pulses from a Q-switched Nd:YAG oscillator using intracavity-injecting technique Optics Letters, 4, 1979, 372-374 [91] P Ewart, Frequency tunable, nanosecond duration pulses from flashlamp pumped dye lasers by pulsed Q-modulation, Opt Commun., 28, 1979, 379-382 [92] N Sarukura, Z Liu, Y Segawa, V V Semashko, A K Naumov, S L Korableva, R Y Abdulsabirov, M A Dubinskii, Ultraviolet subnanosecond pulse train generation from an all-solid-state Ce:LiCAF laser, Appl Phys Lett., 67, 1995, 602604 [93] Minh H P., Marilou, C R., Mui V L., Hai H Le, Kohei Y., Tomoharu N., Toshihiko S., Nobuhiko S and Hung D N, Numerical simulation of ultraviolet picosecond Ce:LiCAF laser emission by optimized resonator transients, Jpn J Appl Phys., 53, 2014, 062701 [94] M Cadatal-Raduban, Minh H P., L V Mui, N D Hung and N Sarukura, Ultrashort Pulse Generation in Ce:LiCAF Ultraviolet Laser, Book Chapter, Numerical Simulations in Engineering and Science, 2018, 99-126 DOI: 10.5772/intechopen.73501 [95] Z Liu, N Sarukura, M A Dubinskii, V V Semashko, a K Naumov, S L Korableva and R Y Abdusabirov, Tunable Ultraviolet Short-Pulse Generation 101 from a Ce:LiCAF Laser Amplifier System and Its Sum-Frequency Mixing with an Nd:YAG Laser, Jpn J Appl Phys., 37, 1998, L 36–L 38 [96] Nguyen Van Hao, Pham Hong Minh, Birefringent filter used in laser technology, Tạp chí Khoa học Công nghệ, Đại học Thái Nguyên, 135(05), 2015, 173 - 177 [97] P H Minh, N P Nhat, D Q.Khanh, N D Hung, L V Mui, N Sarukura, L Astafyeva, Investigation of the spectral and temporal processes of all solid state ultraviolet Ce3+:LiCaAlF6 laser emissions, Advances in Optics, Photonics, Spectroscopy & Applications VII, ISSN 1859 - 4271, 2013, pp 419-424 [98] Trương Thị Anh Đào, Nghiên cứu số trình vật lý laser phân tử màu rắn, Luận án Tiến sĩ, Viện Vật lý 2003 [99] Đoàn Hoài Sơn, Nghiên cứu vật lý công nghệ laser màu phản hồi phân bố, Luận án Tiến sĩ, Viện Vật lý, 2006 [100] F J Duarte, Tunable laser Optics, 2sd Ed., Taylor & Francis Group, CRC Press, 2015 [101] Nguyễn Đại Hưng, Phan Văn Thích, Linh kiện thiết bị Quang học Quang phổ, Nhà Xuất Đại học Quốc gia Hà Nội, 2001 [102] F P Shafer, "Dye laser", Topics in Appiled Physics, (Springer Verlag, Berlin, Heidelberg New York), Vol 1, 1990 [103] Wolfgang Demtröder Laser spectroscopy, Springer 5th Ed., 2014 [104] Nguyễn Văn Hảo, Nghiên cứu động học công nghệ laser rắn Cr3+:LiSAF bơm laser bán dẫn, Luận án Tiến sĩ, Viện Vật lý, 2015 [105] P Flamant, Rate equations for dye lasers: comment on the spiking phenomenon, Opt Com., 25, 1978, 247-250 [106] A J Cox and Gary W Scott, Short-cavity picosecond dye laser design, Applied Optics, 18(4), 1979, pp 532-535 [107] Z Lin, X Li, R Zhao, X Song, Y Wang and L Huang, High-efficiency Bessel beam array generation by Huygens metasurfaces, Nanophotonics, 8(6), 2019; pp 1079-1085 [108] D Ding, Wenlong L V., Xuequin L V., X Cai, Y Zhang, B Xu, J Zhang, nfluence of grating parameters on the performance of a high-power blue externalcavity semiconductor laser, Applied Optics, 57(7), 2018, pp 1589-1593 102 [109] D H Martz, H T Nguyen, D Patel, J A Britten, D Alessi, E Krous, M A Larotonda, J George, B Knollenberg, B M Luther, J J Rocca and C S Menoni, Large area high efficiency broad bandwidth 800 nm dielectric gratings for high energy laser pulse compression, Optics Express, 17(26), 2009, pp 23809 [110] N Sarukura, Z Liu, H Ohtake, Y Segawa, M.A Dubinskii, V V Semashko, A K Naumov, S.L Korableva, R.Y Abdulsabirov, Ultraviolet short pulses from an all-solid-state Ce:LiCAF master oscillator–power-amplifier system, Opt Lett., 22, 1997, pp 994 [111] G Mourou et al, Optical Communication, 56(3), 1985, pp 219-221 [112] H Moosmüller, Brewster’s Angle Porro Prism: A Different Use for a PellinBroca Prism, Applied Optics, December 1998 103 PHỤ LỤC A Tiết diện hấp thụ tiết diện phát xạ môi trƣờng tinh thể Ce:LiCAF đƣợc sử dụng tính tốn Bƣớc sóng (nm) 270 270.5 271 271.5 272 272.5 273 273.5 274 274.5 275 275.5 276 276.5 277 277.5 278 278.5 279 279.5 280 280.5 281 281.5 282 282.5 283 283.5 284 284.5 285 285.5 286 286.5 287 287.5 288 Tiết diện hấp thụ (x10-18 cm2) 0.8025 0.8025 0.8025 0.8025 0.8025 0.8025 0.8025 0.8025 0.8025 0.8025 0.8025 0.8025 0.8025 0.8025 0.8025 0.8025 0.8025 0.8025 0.8025 0.8025 1.0925 1.0085 0.9007 0.8025 0.7402 0.698 0.6513 0.5979 0.5506 0.5158 0.4898 0.4681 0.4462 0.4204 0.3871 0.3446 0.3009 Tiết diện phát xạ (x10-18 cm2) 0.31 0.33 0.3 0.36 0.45 0.48 0.51 0.55 0.59 0.69 0.89 1.17 1.55 1.73 1.99 2.34 2.98 3.43 3.81 4.25 4.5046 4.9135 5.4262 5.8631 6.366 6.8354 7.3581 7.9445 8.5741 8.7554 9.1105 9.2907 9.627 9.9512 10.0266 10.0452 10.1408 104 288.5 289 289.5 290 290.5 291 291.5 292 292.5 293 293.5 294 294.5 295 295.5 296 296.5 297 297.5 298 298.5 299 299.5 300 300.5 301 301.5 302 302.5 303 303.5 304 304.5 305 305.5 306 306.5 307 307.5 308 308.5 309 309.5 0.2671 0.252 0.2522 0.2606 0.2703 0.2768 0.2779 0.2713 0.2551 0.2313 0.2055 0.1833 0.1702 0.1669 0.1695 0.1737 0.1754 0.1721 0.1652 0.1567 0.1489 0.1437 0.1418 0.1422 0.1439 0.1458 0.1471 0.1478 0.1478 0.1472 0.146 0.1443 0.1425 0.1408 0.1399 0.1401 0.1419 0.1457 0.1517 0.1589 0.1661 0.1719 0.1752 10.1473 9.8289 9.7302 9.4382 9.0724 8.7214 8.4124 8.0042 7.6866 7.1438 6.696 6.235 6.0279 5.7008 5.1002 4.9532 4.8243 4.5782 4.3482 4.0232 3.8197 3.6211 3.4428 3.2869 3.1101 3.0121 2.9575 2.8822 2.7869 2.7064 2.6524 2.6226 2.6066 2.5894 2.5573 2.5113 2.4615 2.4145 2.3628 2.2967 2.2239 2.1636 2.1257 105 310 310.5 311 311.5 312 312.5 313 314.5 315 315.5 316 316.5 317 317.5 318 318.5 319 319.5 320 320.5 0.1748 0.1752 0.1752 0.1752 0.1752 0.1752 0.1752 0.1752 0.1752 0.1752 0.1752 0.1752 0.1752 0.1752 0.1752 0.1752 0.1752 0.1752 0.1752 0.1752 2.0774 1.98 1.93 1.84 1.76 1.73 1.68 1.56 1.54 1.46 1.37 1.33 1.22 1.16 1.14 1.1 1.03 0.87 0.81 0.75 B Chƣơng trình mơ động học phát xạ cho laser tử ngoại Ce:LiCAF function dy=Ce1nano(t,y) global q1 N1 L2 sig Lc tau1 m n tip Ipeak; t1=10;tip1=tip^2;m1=m+1;c=(t-t1)^2; Ib=Ipeak*exp(-4*log(2)*c/tip1); m1=m+1; I=y(2:m1); dy1=Ib+(sum(sig(:,1).*I))*(N1-y(1))-(sum(sig(:,2).*I)+1./tau1)*y(1); dy2=[]; for j=1:m a=sig(j,2)*y(1)-sig(j,1)*(N1-y(1)); T1=2*(L2+Lc*(n-1))/30; dy2=[dy2;(2*Lc*a-q1)*y(j+1)/T1+(1e-10)*y(1)]; end; dy=[dy1;dy2]; -close all; clear all; format short; 106 sig= [283.0000 0.6513 7.3581 283.5000 0.5979 7.9445 284.0000 0.5506 8.5741 284.5000 0.5158 8.7554 285.0000 0.4898 9.1105 285.5000 0.4681 9.2907 286.0000 0.4462 9.6270 286.5000 0.4204 9.9512 287.0000 0.3871 10.0266 287.5000 0.3446 10.0452 288.0000 0.3009 10.1473 288.5000 0.2671 10.1408 289.0000 0.2520 9.8289 289.5000 0.2522 9.7302 290.0000 0.2606 9.4382 290.5000 0.2703 9.0724 291.0000 0.2768 8.7214 291.5000 0.2779 8.4124 292.0000 0.2713 8.0042]; x=284:0.05:292; y=spline(sig(:,1),sig(:,2),x); z=spline(sig(:,1),sig(:,3),x); sig1=[x' y' z']; sig1=sig1; [m,c1]=size(sig1); m1=m+1; sig2=sig1(:,1); sig=1e-18*[sig1(:,2),sig1(:,3)]; emiss=sig1(:,1); clear sig1; global L2 p1 q1 N1 sig Lc tau1 m n emiss to tip Ipeak; N1=3e17; Lc=1; %L2=2; r1=1; r2=0.3; tau=28; n=1.41; to=20; tip=7; P=20*1E5 LL2=[2 10 15 20] % Pump power Epump=[]; Eout=[]; for jj=1:length(LL2) L2=LL2(jj) anpha=4;% absorption coefficient l=Lc; % chieu dai tinh the cm h=6.62606957E-34; % j.s; c=3e10; % cm/s vetbom=0.1; %cm; lambda=266E-7; % Buoc song laser bom AA=pi*vetbom.^2*l; 107 Ipeak=P*lambda*(1 -exp(-anpha*l))./(1E9*h*c*pi*vetbom.^2); % Toc bom f1=[]; Ln=[]; tau1=tau; q1=-log(r1*r2); f=zeros(m+1,1); y1=[]; x1=[]; for j=1:1:to [x y]=ode45('Ce1nano',[j-1 j],f); f=y(end,:)'; y1=[y1;y]; x1=[x1;x]; clear x y ; end; tg1=x1; tg2=y1; Max=max(y1); MaxI=max(Max); [h,c]=size(y1); MaxY1=max(y1); a1=[x1(1);x1;x1(end)]; INTP1=[]; for i=1:m a2=[0;y1(:,i+1);0]; INT1=polyarea(a1,a2); INTP1=[INTP1;INT1]; clear a2; end; f1=[f1;INTP1]; [mIN,nIN]=size(INTP1); INTENSITY=max(INTP1); figure(1); xx=sig2(1,1):0.001:sig2(m,1); yng=spline(sig2(:,1),INTP1(:,1),xx); tgo=max(yng); subplot(1,2,1) ax1 = gca; plot(ax1,xx,yng,'LineWidth',2); hold on set(ax1, 'FontSize',30) subplot(1,2,2) ax1 = gca; plot(ax1,xx,yng/tgo,'LineWidth',2); hold on set(ax1, 'FontSize',30) [mx1,nx1]=size(x1); INT11=[]; for i=1:mx1 c=[]; a3=[sig2(1,1);sig2;sig2(end,1)]; c=y1(i,2:m1); 108 b=c'; a4=[b(1,1);b;b(end,1)]; IN=polyarea(a3,a4); INT11=[INT11;IN]; a4=[]; end; tg1=max(INT11) %tgg2=[tgg2 tg1] XX=x1; t1=10;tip1=tip.^2;m1=m+1;c=(XX-t1).^2; YY= exp(-4*log(2)*c/tip1); figure(2); subplot(3,2,jj) ax1 = gca; plot(ax1,x1,y1(:,1)/max(y1(:,1)),'B',x1,INT11/tg1,'R',XX,YY,'K','LineWidth',2);hold on; set(ax1, 'FontSize',20) %%%%%%%%%%%%%%%%%%%tinh nang luong phu thuoc vao nang luong vao h=6.62606957E-34; % j.s; c=3e10; % cm/s E=INTP1*h*c./(1e-7*sig2) a3=[sig2(1,1);sig2;sig2(end,1)]; a4=[0;E;0]; IN=polyarea(a3,a4); OutEnergy=IN*(1-r2)*(pi*vetbom.^2)*1000 PumpEnergy=P*tip*1e-9*1000 Epump=[Epump PumpEnergy]; Eout=[Eout OutEnergy]; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % PLOT DIMENSION INTENSITY VERSUS TIME AND WAVE of resonator with [xx1,sigx2]=meshgrid(x1,sig2); figure(3);%important subplot(3,2,jj) ax1 = gca; MA=max(max(y1(:,2:m1))); mesh(ax1,xx1.',sigx2.',y1(:,2:m1)); set(ax1, 'FontSize',18) az = 90; el = 90; view(az, el); end -close all; clear all; format short; sig= [285.0000 0.4898 9.1105 285.5000 0.4681 9.2907 286.0000 0.4462 9.6270 286.5000 0.4204 9.9512 287.0000 0.3871 10.0266 109 287.5000 0.3446 10.0452 288.0000 0.3009 10.1473 288.5000 0.2671 10.1408 289.0000 0.2520 9.8289 289.5000 0.2522 9.7302 290.0000 0.2606 9.4382 290.5000 0.2703 9.0724 291.0000 0.2768 8.7214]; % 291.5000 0.2779 8.4124 % 292.0000 0.2713 8.0042]; x=286:0.05:291; y=spline(sig(:,1),sig(:,2),x); z=spline(sig(:,1),sig(:,3),x); sig1=[x' y' z']; sig1=sig1; [m,c1]=size(sig1); m1=m+1; sig2=sig1(:,1); sig=1e-18*[sig1(:,2),sig1(:,3)]; emiss=sig1(:,1); clear sig1; global L2 p1 q1 N1 sig Lc tau1 m n emiss to tip Ipeak; N1=3e17; Lc=1; L2=2; r1=1; %r2=0.3; tau=28; n=1.41; to=20; tip=7; P=20*1E5 R2=[0.05 0.1 0.2 0.3 0.5 0.7]; % Pump power Epump=[]; Eout=[]; for jj=1:length(R2) r2=R2(jj) anpha=4;% absorption coefficient l=Lc; % chieu dai tinh the cm h=6.62606957E-34; % j.s; c=3e10; % cm/s vetbom=0.1; %cm; lambda=266E-7; % Buoc song laser bom AA=pi*vetbom.^2*l; Ipeak=P*lambda*(1 -exp(-anpha*l))./(1E9*h*c*pi*vetbom.^2); % Toc bom f1=[]; Ln=[]; tau1=tau; q1=-log(r1*r2); f=zeros(m+1,1); 110 y1=[]; x1=[]; for j=1:1:to [x y]=ode45('Ce1nano',[j-1 j],f); f=y(end,:)'; y1=[y1;y]; x1=[x1;x]; clear x y ; end; tg1=x1; tg2=y1; Max=max(y1); MaxI=max(Max); [h,c]=size(y1); MaxY1=max(y1); a1=[x1(1);x1;x1(end)]; INTP1=[]; for i=1:m a2=[0;y1(:,i+1);0]; INT1=polyarea(a1,a2); INTP1=[INTP1;INT1]; clear a2; end; f1=[f1;INTP1]; [mIN,nIN]=size(INTP1); INTENSITY=max(INTP1); figure(1); xx=sig2(1,1):0.001:sig2(m,1); yng=spline(sig2(:,1),INTP1(:,1),xx); tgo=max(yng); subplot(1,2,1) ax1 = gca; plot(ax1,xx,yng,'LineWidth',2); hold on set(ax1, 'FontSize',30) subplot(1,2,2) ax1 = gca; plot(ax1,xx,yng/tgo,'LineWidth',2); hold on set(ax1, 'FontSize',30) [mx1,nx1]=size(x1); INT11=[]; for i=1:mx1 c=[]; a3=[sig2(1,1);sig2;sig2(end,1)]; c=y1(i,2:m1); b=c'; a4=[b(1,1);b;b(end,1)]; IN=polyarea(a3,a4); INT11=[INT11;IN]; a4=[]; end; tg1=max(INT11) %tgg2=[tgg2 tg1] 111 XX=x1; t1=10;tip1=tip.^2;m1=m+1;c=(XX-t1).^2; YY= exp(-4*log(2)*c/tip1); figure(2); subplot(3,2,jj) ax1 = gca; plot(ax1,x1,y1(:,1)/max(y1(:,1)),'B',x1,INT11/tg1,'R',XX,YY,'K','LineWidth',2);hold on; set(ax1, 'FontSize',20) %%%%%%%%%%%%%%%%%%%tinh nang luong phu thuoc vao nang luong vao h=6.62606957E-34; % j.s; c=3e10; % cm/s E=INTP1*h*c./(1e-7*sig2) a3=[sig2(1,1);sig2;sig2(end,1)]; a4=[0;E;0]; IN=polyarea(a3,a4); OutEnergy=IN*(1-r2)*(pi*vetbom.^2)*1000 PumpEnergy=P*tip*1e-9*1000 Epump=[Epump PumpEnergy]; Eout=[Eout OutEnergy]; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % PLOT DIMENSION INTENSITY VERSUS TIME AND WAVE of resonator with [xx1,sigx2]=meshgrid(x1,sig2); figure(3);%important subplot(3,2,jj) ax1 = gca; MA=max(max(y1(:,2:m1))); mesh(ax1,xx1.',sigx2.',y1(:,2:m1)); set(ax1, 'FontSize',18) az = 90; el = 90; view(az, el); end -close all; clear all; format short; sig= [285.0000 0.4898 9.1105 285.5000 0.4681 9.2907 286.0000 0.4462 9.6270 286.5000 0.4204 9.9512 287.0000 0.3871 10.0266 287.5000 0.3446 10.0452 288.0000 0.3009 10.1473 288.5000 0.2671 10.1408 289.0000 0.2520 9.8289 289.5000 0.2522 9.7302 290.0000 0.2606 9.4382 290.5000 0.2703 9.0724 291.0000 0.2768 8.7214]; % 291.5000 0.2779 8.4124 112 % 292.0000 0.2713 8.0042]; x=286:0.05:291; y=spline(sig(:,1),sig(:,2),x); z=spline(sig(:,1),sig(:,3),x); sig1=[x' y' z']; sig1=sig1; [m,c1]=size(sig1); m1=m+1; sig2=sig1(:,1); sig=1e-18*[sig1(:,2),sig1(:,3)]; emiss=sig1(:,1); clear sig1; global L2 p1 q1 N1 sig Lc tau1 m n emiss to tip Ipeak; N1=3e17; Lc=1; L2=2; r1=1; r2=0.3; tau=28; n=1.41; to=20; tip=7; PP=[4 30 50 80]; % Pump power Epump=[]; Eout=[]; for jj=1:length(PP) P=PP(jj)*1E5 anpha=4;% absorption coefficient l=Lc; % chieu dai tinh the cm h=6.62606957E-34; % j.s; c=3e10; % cm/s vetbom=0.1; %cm; lambda=266E-7; % Buoc song laser bom AA=pi*vetbom.^2*l; Ipeak=P*lambda*(1 -exp(-anpha*l))./(1E9*h*c*pi*vetbom.^2); % Toc bom f1=[]; Ln=[]; tau1=tau; q1=-log(r1*r2); f=zeros(m+1,1); y1=[]; x1=[]; for j=1:1:to [x y]=ode45('Ce1nano',[j-1 j],f); f=y(end,:)'; y1=[y1;y]; x1=[x1;x]; 113 clear x y ; end; tg1=x1; tg2=y1; Max=max(y1); MaxI=max(Max); [h,c]=size(y1); MaxY1=max(y1); a1=[x1(1);x1;x1(end)]; INTP1=[]; for i=1:m a2=[0;y1(:,i+1);0]; INT1=polyarea(a1,a2); INTP1=[INTP1;INT1]; clear a2; end; f1=[f1;INTP1]; [mIN,nIN]=size(INTP1); INTENSITY=max(INTP1); figure(1); xx=sig2(1,1):0.001:sig2(m,1); yng=spline(sig2(:,1),INTP1(:,1),xx); tgo=max(yng); subplot(1,2,1) ax1 = gca; plot(ax1,xx,yng,'LineWidth',2); hold on set(ax1, 'FontSize',30) subplot(1,2,2) ax1 = gca; plot(ax1,xx,yng/tgo,'LineWidth',2); hold on set(ax1, 'FontSize',30) [mx1,nx1]=size(x1); INT11=[]; for i=1:mx1 c=[]; a3=[sig2(1,1);sig2;sig2(end,1)]; c=y1(i,2:m1); b=c'; a4=[b(1,1);b;b(end,1)]; IN=polyarea(a3,a4); INT11=[INT11;IN]; a4=[]; end; tg1=max(INT11) %tgg2=[tgg2 tg1] XX=x1; t1=10;tip1=tip.^2;m1=m+1;c=(XX-t1).^2; YY= exp(-4*log(2)*c/tip1); figure(2); subplot(3,2,jj) ax1 = gca; plot(ax1,x1,y1(:,1)/max(y1(:,1)),'B',x1,INT11/tg1,'R',XX,YY,'K','LineWidth',2);hold on; 114 set(ax1, 'FontSize',20) %%%%%%%%%%%%%%%%%%%tinh nang luong phu thuoc vao nang luong vao h=6.62606957E-34; % j.s; c=3e10; % cm/s E=INTP1*h*c./(1e-7*sig2) a3=[sig2(1,1);sig2;sig2(end,1)]; a4=[0;E;0]; IN=polyarea(a3,a4); OutEnergy=IN*(1-r2)*(pi*vetbom.^2)*1000 PumpEnergy=P*tip*1e-9*1000 Epump=[Epump PumpEnergy]; Eout=[Eout OutEnergy]; %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% % Plot Dimension Intensity Versus Time And Wave of resonator with [xx1,sigx2]=meshgrid(x1,sig2); figure(3);%important subplot(3,2,jj) ax1 = gca; MA=max(max(y1(:,2:m1))); mesh(ax1,xx1.',sigx2.',y1(:,2:m1)); set(ax1, 'FontSize',18) az = 90; el = 90; view(az, el); end PHỤ LỤC B Chƣơng trình tính tốn động học laser Ce:LiCAF băng hẹp, điều chỉnh bƣớc sóng, đơn xung ngắn bơm gần ngƣỡng sử dụng cách tử Littrow function dy=Ce1nano(t,y) global q1 N1 L2 sig Lc tau1 m n tip Ipeak; t1=10;tip1=tip^2;m1=m+1;c=(t-t1)^2; Ib=Ipeak*exp(-4*log(2)*c/tip1); m1=m+1; I=y(2:m1); dy1=Ib+(sum(sig(:,1).*I))*(N1-y(1))-(sum(sig(:,2).*I)+1./tau1)*y(1); dy2=[]; for j=1:m a=sig(j,2)*y(1)-sig(j,1)*(N1-y(1)); T1=2*(L2+Lc*(n-1))/30; dy2=[dy2;(2*Lc*a-q1(j))*y(j+1)/T1+(1e-10)*y(1)]; end; dy=[dy1;dy2]; %%%%%%%%%%%%%dong hoc phat bang hep close all; 115 ... VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - PHẠM VĂN DƯƠNG NGHIÊN CỨU CÁC TÍNH CHẤT ĐỘNG HỌC VÀ PHÁT TRIỂN HỆ LASER RẮN TỬ NGOẠI SỬ DỤNG... mang tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học tính ứng dụng cao Xuất phát từ u cầu đó, tơi chọn đề tài ? ?Nghiên cứu tính chất động học phát triển hệ laser rắn tử ngoại sử dụng vật liệu pha tạp ion Ce3+”... chương: Chƣơng 1: Vật liệu laser tử ngoại Ce:LiCAF Chƣơng 2: Động học phát xạ laser tử ngoại sử dụng môi trường tinh thể Ce:LiCAF Chƣơng 3: Nghiên cứu phát triển hệ laser tử ngoại rắn sử dụng môi trường