Một số tính chất phổ của laser màu có buồng cộng hưởng dập tắt

Tr-ờng đại học vinh Khoa vật lý === === CAO THỊ THANH TÂM MéT Sè TÝNH CHÊT PHỉ CđA LASER MàU Có BUồNG CộNG h-ởng dập tắt KHO LUN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: QUANG HỌC QUANG PHỔ Vinh, 2011 Tr-ờng đại học vinh Khoa vật lý ===  === MéT Sè TÝNH CHÊT PHỉ CđA LASER MµU Cã BNG CéNG h-ëng dËp t¾t KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHUYÊN NGÀNH: QUANG HỌC QUANG PHỔ C¸n bé h-ớng dẫn: TS Đoàn Hoài sơn Sinh viên thực hiện: cao thị tâm Lớp: 48B - Lý Vinh, 2011 LỜI CẢM ƠN! Trong trình học tập nghiên cứu khoa Vật lý Đại học Vinh, nơi có bề dày truyền thống 50 năm xây dựng trưởng thành Tôi tiếp thu nhiều kiến thức bổ ích nhờ giúp đỡ nhiệt tình từ Thầy giáo, Cô giáo cán khác Trường Đại học Vinh Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc trước tinh thần giảng dạy tận tâm có trách nhiệm Thầy, Cơ giáo… đặc biệt Thầy giáo TS Đồn Hồi Sơn Thầy giúp tơi định hướng đề tài, dẫn tận tình chu đáo cho tơi suốt q trình học tập hồn thành luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban chủ nhiệm Khoa Vật lý tạo cho môi trường học tập nghiên cứu thuận lợi Xin cảm ơn tập thể lớp 48B - Vật lý san sẻ vui, buồn tơi vượt qua khó khăn học tập Và cuối cùng, xin gửi cảm ơn tới gia đình, người thân yêu bạn bè giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện thuận lợi để học tập nghiên cứu Trong trình học tập nghiên cứu, cố gắng song lực thân hạn chế nên luận văn chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Tôi mong nhận quan tâm, giúp đỡ góp ý q Thầy bạn để luận văn tơi hồn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn! Vinh, tháng 05 năm 2011 Tác giả CAO THỊ THANH TÂM MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn Mở đầu CHƢƠNG 1: TÌM HIỂU TỔNG QUAN VỀ LASER MÀU XUNG NGẮN CÓ BUỒNG CỘNG HƢỞNG DẬP TẮT I Chất màu laser I.1 Cấu trúc hoá học chất màu I.2 Cấu trúc lượng dịch chuyển quang học I.3 Quang phổ phân tử màu 5 10 II Laser màu phát xung ngắn sử dụng buồng cộng hƣởng dập tắt 12 Kết luận chƣơng 14 CHƢƠNG 2: MỘT SỐ TÍNH CHẤT PHỔ CỦA LASER MÀU PHÁT XUNG NGẮN CÓ BUỒNG CỘNG HƢỞNG DẬP TẮT 15 Hệ phƣơng trình tốc độ cho laser màu phát xung ngắn có BCH dập tắt 16 Một số tính chất phổ động học laser màu phát xung ngắn có BCH dập tắt 2.1 Ảnh hưởng phần thể tích hoạt chất dùng chung hai BCH lên phổ laser tích phân 2.2 Ảnh hưởng mức bơm lên phổ laser tích phân 2.3 Ảnh hưởng thơng số BCH Q - cao lên phổ laser tích phân 2.3.1 Ảnh hưởng hệ số phản xạ gương 2.3.2 Ảnh hưởng chiều dài BCH 2.4 Ảnh hưởng nồng độ chất màu lên phổ laser tích phân 21 Tiến trình phổ cuả laser màu xung ngắn có BCH dập tắt 26 Kết luận chƣơng 2: 31 Kết luận chung : 32 Tài liệu tham khảo 33 22 23 24 24 24 25 CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN Laser: Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation BCH: buồng cộng hưởng BCH Q – cao: buồng cộng hưởng Quenching – cao BCH Q - thấp: buồng cộng hưởng Quenching - thấp PM567: Pyrromethene 567 MỞ ĐẦU Sự đời Laser (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) thành tựu khoa học quan trọng kỷ XX Trong năm gần đây, khoa học – công nghệ laser phát triển mạnh mẽ đạt thành tựu có ảnh hưởng to lớn trực tiếp lên lĩnh vực khác khoa học, công nghệ đời sống xã hội Ngày nay, thành tựu Vật lý, công nghệ Laser Quang học phi tuyến cho phép phát xung laser cực ngắn toàn miền phổ (vùng cực tím, khả kiến hồng ngoại) Trong Laser màu có mơi trường hoạt chất chất màu hữu pha dung mơi thích hợp, với nhiều ưu điểm phát xung ngắn, cơng suất cao, dải phổ rộng, đặc biệt khả điều chỉnh liên tục bước sóng dải phổ rộng từ vùng hồng ngoại gần đến vùng tử ngoại gần nên ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực, đặc biệt lĩnh vực nghiên cứu khoa học kỹ thuật Những năm gần đây, laser màu xung ngắn quan tâm nghiên cứu, ứng dụng nhiều lĩnh vực khoa học công nghệ Đặc biệt lĩnh vực nghiên cứu quang phổ phân giải thời gian q trình vật lý, hóa học, sinh học như: Kiểm sốt phản ứng hóa học nhờ sử dụng xung cực nhanh thích hợp; Khảo sát tương tác vật chất ánh sáng; Kích thích nguyên tử phân tử; Trong hiệu ứng quang phi tuyến laser màu xung ngắn nguồn sáng lý tưởng cho nghiên cứu động học, trình tượng xảy cực nhanh Ở Việt Nam, việc nghiên cứu Vật lý laser nói chung hay laser màu xung ngắn nói riêng tiến hành phịng thí nghiệm Quang học quang phổ Viện nghiên cứu số trường Đại học Người ta quan tâm đến số phương pháp phát xung ngắn picơ-giây (ps), có tính khả thi cao như: phương pháp Mode-locking, laser màu phản hồi phân bố (DFDL), phương pháp lọc lựa thời gian phổ (sts), phương pháp buồng cộng hưởng dập tắt (BCH - quenching)… Tuy nhiên, với phương pháp người ta thu loại xung laser ngắn với ưu, nhược điểm khác Trong luận văn chúng tơi tìm hiểu số tính chất phổ loại Laser phát xung ngắn nhờ sử dụng buồng cộng hưởng dập tắt (Quenching Cavity - QC) hay gọi Laser màu có buồng cộng hưởng dập tắt (BCH Quenching) Nguyên tắc hoạt động phương pháp dựa cạnh tranh lượng tích trữ mơi trường hoạt chất hai BCH hai laser sử dụng chung môi trường hoạt chất Đây phương pháp có cấu hình đơn giản, phát xung ngắn dải phổ rộng điều chỉnh liên tục bước sóng Mặt khác nhờ thành tựu khoa học – công nghệ Vật liệu, vật liệu màu rắn, chất màu với đặc tính ưu việt thuận tiện giúp cho cấu hình hệ laser trở nên đơn giản, gọn nhẹ việc chế tạo, nghiên cứu ứng dụng hệ laser màu ngày có tính khả thi cao điều kiện nước ta Nhiệm vụ nghiên cứu đề tài “Một số tính chất phổ Laser màu có buồng cộng hưởng dập tắt” gồm vấn đề sau: - Tìm hiểu nguyên cứu tổng quan vật lý công nghệ chất màu hữu cơ, cấu hình laser laser màu phát xung ngắn, đặc biệt ý đến laser màu BCH dập tắt - Tìm hiểu hệ phương trình tốc độ mở rộng đa bước sóng mơ tả động học phát xung laser màu có BCH dập tắt tồn miền phổ rộng - Tìm hiểu nghiên cứu lý thuyết số tính chất phổ laser màu có BCH dập tắt Đây nội dung luận văn Cấu trúc luận văn phần mở đầu kết luận, nội dung trình bày chương: Chương 1: Tìm hiểu tổng quan Vật lý cơng nghệ laser màu xung ngắn Tìm hiểu tập hợp thông tin vật liệu màu hữu cơ, vật lý Công nghệ phương pháp phát xung laser ngắn có sử dụng buồng cộng hưởng dập tắt Chương 2: Một số tính chất phổ laser màu xung ngắn có BCH dập tắt Tìm hiểu trình bày hệ phương trình tốc độ mở rộng đa bước sóng mơ tả động học phổ laser màu có BCH dập tắt Tìm hiểu ảnh hưởng thông số khác BCH chất lượng cao: góc lệch quang trục hai BCH, hệ số phản xạ gương dập tắt, chiều dài BCH; thông số chất màu: nồng độ chất màu, chiều dài hoạt chất thông số nguồn bơm: cường độ bơm… lên tính chất phổ Laser màu có BCH dập tắt CHƢƠNG 1: TÌM HIỂU TỔNG QUAN VỀ VẬT LÝ VÀ CÔNG NGHỆ LASER MÀU PHÁT XUNG NGẮN I Chất màu laser I.1 Cấu trúc hoá học phân tử màu Laser màu laser sử dụng hợp chất màu hữu làm hoạt chất, nghiên cứu lần đầu vào 1966 Những chất màu cấu tạo từ phân tử hữu đa nguyên tử phức tạp, hấp thụ mạnh ánh sáng kích thích vùng tử ngoại vùng ánh sáng khả kiến Cấu trúc hoá học chúng đặc trưng nguyên tử C, N, O, S, F, H,… Các nguyên tử xếp theo cấu trúc mà khung phân tử nguyên tử C, N, O, S nằm mặt phẳng Đặc điểm phân tử cấu trúc chất màu có chứa liên kết đơn () liên kết đôi liên hợp () xen kẽ Điện tử  xen kẽ với điện tử  (liên kết đơn), điện tử  nằm liên kết đôi C - C điện tử liên kết C - N, C - O… Điện tử  liên kết liên hợp khơng định xứ, di chuyển toàn mạch phân tử, giải tỏa tồn khung phân tử Vì vậy, phân tử hữu nhạy cảm với nhiễu loạn bên ngồi Để kích thích điện tử  u cầu cần lượng so với điện tử  Sự khác cho phép điện tử  dễ dàng đạt trạng thái nghịch đảo độ tích luỹ Cấu trúc hoá học phân tử màu tổ hợp vòng Bezen (C6H6), vòng Pyridine (C5H5N), vòng pzine (C4H4N2) vòng piron (C4H5N) vòng hợp chất khác Những vịng nối trực tiếp với qua nguyên tử trung hoà C, N, nhánh thẳng gồm số nguyên tử thuộc nhóm CH = CH (polien) hình 1.1 Hình 1.1: Cấu trúc phân tử Pyrromethene 567 (C18H25N2BF2) đồng phân P5Ac (C24H35O2N2BF2); P10Ac (C29H45O2N2BF2) Ảnh hưởng chủ yếu lên tính chất chất màu gốc (-CH3) (-C2H5) Ngồi chất màu cịn có nhóm mang màu hay nhóm trợ màu nhóm azo, nhóm -OH, -NO2,… Vì chất màu có khả hấp thụ ánh sáng cách chọn lọc Với giả thiết môi trường khuếch đại bơm đồng theo thể tích Từ (2.2) (2.9) ta viết phương trình cho giá trị trung bình (theo thể tích) độ tích luỹ thông lương  Ta định nghĩa: l N i  l 1  N i ( x)dx (2.10)  ( )  l 1 l   ( x, )dx  ( ) N e   a ( ) N0 (2.11) l   ( ) Ll  1 l   ( x, )  ( x)dx  l (2.12)   h   ( ) Lh  1 l   ( x, )  ( x)dx  h (2.13) Tích phân phương trình (2.1) chiều dài l mơi trường khuếch đại ta thu phương trình cho độ tích luỹ N1 l  1   N1    P    a  l  h  d  N      e  l  h  d  N1 t     (2.14) Nhân (2.9) với  ( x, ) coi     , lấy tích phân theo biến số x ta   thu được: l    2 ( )l  l ( ) l t T (2.15) h    2 ( )l   h ( ) h t Th Đây hệ phương trình tốc độ mô tả hoạt động laser BCH dập tắt xây dựng mơ hình laser màu hoạt động hai mức rộng tính đến trình phát xạ tự phát, phát xạ cưỡng bức, tái hấp thụ xạ laser Hệ phương trình mở rộng cho tất bước sóng 19 quan tâm băng phổ phát xạ laser cho phép mơ tả q trình phổ thời gian xảy phát xạ laser màu băng rộng có BCH dập tắt Để đơn giản việc tính toán thống cách biểu diễn sau ta thay dấu tích phân dấu tổng, thay thơng lượng  đại lượng tỷ lệ cường độ I Bổ sung đại lượng AiN1 vào (2.15) để tính đến đóng góp phát xạ tự phát cho q trình laser Giá trị Ai bị ảnh hưởng với bước sóng khác nhau, nên lấy cho bước sóng Khi hệ phương trình (2.14) (2.15) trở thành: n N1  1  n   P   I i t   N    ei I li  I hi    N1 t    1 I li I  2 ei N1   N Ll   li  li  Ai N1 t l (2.16) I hi I  2 ei N1   N Lh   hi  hi  Ai N1 t h N  N1  N Đây hệ phương trình tốc độ mở rộng mơ tả q trình động học laser Trong đó: + Ili cường độ laser bước sóng i từ BCH Q - thấp + Ihi cường độ laser laser bước sóng i từ BCH Q – cao + R1, R2, R3 hệ số phản xạ gương tương ứng + P(t) tốc độ bơm (s-1), có dạng Gaussian với độ rộng 5ns + Ll Lh tương ứng chiều dài BCH Q - thấp Q – cao + l chiều dài môi trường khuếch đại + a chiều cao chiều rộng môi trường hoạt chất +  thời gian sống huỳnh quang chất màu 20 + l h thời gian sống photon BCH Q - thấp Q cao tương ứng + li , hi mát chu trình BCH Q - thấp Q - cao bước sóng i + Ai số phát xạ tự phát bước sóng i , lấy cho tất bước sóng i + ai ei hệ số hấp thụ hệ số phát xạ tương ứng bước sóng i + N0 N1 độ tích luỹ điện tử trạng thái S trạng thái kích thích S1 tương ứng Tất kết nghiên cứu lý thuyết sau thu việc giải hệ phương trình tốc độ mở rộng (2.16) cho chất màu rắn PM567/polymer máy tính ngơn ngữ Matlab 6.5 sử dụng thuật toán Runge-Kutta bậc II Một số tính chất phổ động học laser màu phát xung ngắn có BCH dập tắt Trong phần này, nghiên cứu phổ xung laser ngắn phát từ BCH dập tắt Để nghiên cứu phổ phát xạ laser màu rắn băng rộng từ BCH dập tắt chúng tơi giải hệ phương trình tốc độ (2.16) cho chất màu PM567/Polyme Các kết đạt rõ ảnh hưởng thông số phần thể tích hoạt chất dùng chung hai BCH, thông số phân tử, thông số bơm, thông số BCH Q - cao lên phổ phát xạ laser màu xung ngắn có BCH dập tắt 21 2.1 Ảnh hƣởng phần thể tích hoạt chất dùng chung hai BCH lên phổ laser tích phân Để nghiên ảnh hưởng phần thể tích hoạt chất dùng chung hai BCH lên phổ laser màu tích phân băng rộng từ BCH Q - thấp giải hệ phương trình tốc độ (2.16) cho chất màu PM567/polyme, với thông số Lh = 0.5cm; tốc độ bơm r = 10; l = 1cm; nồng độ chất màu N = 1018cm-3; R1 = R2 = 0.04; R3 = Kết thu trình bày hình 2.2 Kết điều kiện định góc tạo hai quang trục BCH Q – cao BCH Q - thấp ảnh hưởng mạnh đến phần thể tích hoạt chất dùng chung chúng Hoạt động laser có BCH dập tắt có ý nghĩa mà góc hai quang trục BCH nhỏ Vì thay nghiên cứu ảnh hưởng phần thể tích hoạt chất dùng chung hai BCH lên phát xạ laser màu xung ngắn nghiên cứu việc phát xung ngắn từ BCH Q - thấp dựa vào góc hai quang trục hai BCH Ta thấy tăng góc hai quang trục BCH từ 0.5 đến 2.50 phổ laser tích phân có xu hướng bị hẹp lại, đỉnh phổ dịch chuyển phía sóng ngắn nhiên ảnh hưởng không đáng kể Điều giải thích sau: Khi tăng góc hai quang trục hai BCH đồng nghĩa với việc giảm phần thể tích hoạt chất dùng chung chúng mơi hoạt chất BCH Q - cao giảm đồng nghĩa với việc tăng chiều dài BCH chất lượng cao Việc tăng chiều dài BCH Q - cao (giữ nguyên mức bơm nồng độ phân tử màu) làm ngưỡng phát laser BCH Q - cao tăng, hệ số khuếch đại phần sóng ngắn có giá trị lớn ngưỡng Điều làm cho bước sóng ứng với cường độ cực đại phổ laser màu tích phân từ BCH Q - cao dịch phía sóng ngắn Do làm cho đỉnh phổ laser 22 tích phân từ BCH Q - thấp dịch chuyển phía sóng ngắn, phổ có xu hướng hẹp lại Ù=0.50 Ù=10 Ù=1.50 Ù=20 Ù=2.50 r=90 44 559 560 561 562 563 564 565 566 Cường độ (đ v t đ.) 0.5 Cƣờng độ (đ v t đ.) Cƣờng độ (đ v t đ.) r=60 0.5 r=30 r=10 558 560 562 564 566 Bƣớc sóng(nm) Bƣớc sóng (nm) Hình 2.2 Phổ laser tích phân PM567 Hình 2.3 Phổ laser tích phân PM567 từ BCH Q - thấp với  khác từ BCH Q - thấp với r khác 2.2 Ảnh hƣởng mức bơm lên phổ laser tích phân Để nghiên ảnh hưởng mức bơm lên phổ tích phân laser màu xung ngắn băng rộng từ BCH dập tắt chúng tơi giải hệ phương trình tốc độ mở rộng (2.16) cho chất màu PM567/Polyme, với thông số  = 20; l = 1cm; Lh = 1.5cm; R1 = R2 = 0.04; R3 = 1; N = 1018 cm-3 với việc thay đổi mức bơm 10 đến 90 lần ngưỡng lý thuyết Kết thu trình bày hình 2.3 Ta thấy tăng mức bơm phổ laser tích phân từ BCH Q - thấp dịch chuyển ít, mà chủ yếu thay đổi cường độ, đồng thời độ rộng phổ phát xạ laser thay đổi nhỏ tăng mức bơm  Ảnh hưởng mức bơm lên hoạt động laser khỏi BCH Q - thấp không đáng kể 23 2.3 Ảnh hƣởng thông số BCH Q - cao lên phổ laser tích phân 2.3.1 Ảnh hưởng hệ số phản xạ gương Để nghiên cứu ảnh hưởng hệ số phản xạ gương BCH Q - cao lên phổ laser màu tích phân băng rộng từ BCH Q - thấp giải hệ phương trình tốc độ mở rộng (2.16) cho chất màu PM567/Polyme, với thông số:  = 20; l = 1cm; Lh = 1.5cm; R1 = R2 = 0.04; r = 10; N = 1018 cm-3 với việc giảm hệ số phản xạ gương R3 BCH Q - cao từ 100% đến 60% Kết thu trình bày hình 2.4 Ta thấy giảm hệ số phản xạ gương BCH Q - cao (đồng nghĩa với việc tăng độ mát BCH Q cao) phổ laser tích phân từ BCH Q - thấp khơng thay đổi Điều chứng tỏ ảnh hưởng hệ số phản xạ gương BCH Q - cao lên động học laser BCH Q - thấp không đáng kể 2.3.2 Ảnh hưởng chiều dài BCH Để nghiên ảnh hưởng chiều dài BCH Q - cao lên phổ laser màu tích phân băng rộng từ BCH Q - thấp chúng tơi giải hệ phương trình tốc độ (2.16) cho chất màu PM567/Polyme, với thông số  = 20; l = 1cm; r = 10; R1 = R2 = 0.04; R3 = 1; N = 1018 cm Với việc tăng chiều dài BCH Q - cao cách tăng khoảng cách gương sau BCH Q - thấp gương sau BCH Q - cao, Lh từ 1.5cm đến 4cm, kết tính tốn trình bày hình 2.5 24 Ta thấy tăng chiều dài BCH Q - cao phổ laser tích phân có xu hướng bị hẹp lại, đỉnh phổ dịch chuyển phía sóng ngắn nhiên ảnh hưởng không đáng kể Điều giải thích sau: Khi ta tăng chiều dài BCH Q - cao (các thông số khác giữ nguyên) làm ngưỡng phát laser BCH Q - cao tăng, hệ số khuếch đại phần sóng ngắn có giá trị lớn ngưỡng Điều làm cho bước sóng ứng với cường độ cực đại phổ laser màu tích phân từ BCH Q - cao dịch phía sóng ngắn Vì làm cho đỉnh phổ laser tích phân từ BCH Q thấp dịch chuyển phía sóng ngắn có xu hướng hẹp lại 2.4 Ảnh hƣởng nồng độ chất màu lên phổ laser tích phân Để nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ phân tử màu PM567/Polymer đến phổ laser tích phân laser màu có BCH dập tắt phát xung ngắn Chúng tơi giải hệ phương trình tốc độ mở rộng (2.16) với thông số  = 20; l = 1cm; Lh = 1.5cm; R1 = R2 = 0.04 ; R3 = 1; r = 10 với việc tăng nồng độ từ  1017cm-3 đến 1019cm-3 Kết thu trình bày hình 2.7 Ta thấy tăng nồng độ cực đại phổ laser tích phân xung ngắn từ BCH Q - 25 thấp dịch chuyển phía sóng dài hẹp lại Điều giải thích sau Trong hoạt động laser băng rộng, việc phát laser xảy độ khuếch đại môi trường hoạt chất lớn độ mát BCH, vậy, phổ laser băng rộng phát nằm xung quanh vùng cực đại công khuếch đại () Khi ta tăng nồng độ tỉ số N1/N giảm, dẫn đến cực đại hệ số khuếch đại dịch chuyển phía sóng dài hình 2.6 bước sóng có cường độ cực đại phổ laser tích phân dịch phía sóng dài Tiến trình phổ laser màu xung ngắn có BCH dập tắt Chúng tơi khảo sát động học phát đơn xung ngắn Laser màu rắn có BCH dập tắt cách giải hệ phương trình tốc độ (2.16) cho tồn miền bước sóng phát xạ chất màu rắn PM567/Polymer Khi thơng số cấu hình 26 lựa chọn thích hợp tiến trình phổ laser xung ngắn có BCH dập tắt dải phổ rộng quan sát Hình vẽ 2.8 2.9 cho thấy ảnh hưởng góc lệch hai BCH chiều dài Lh lên tiến trình phổ phát xạ laser màu có BCH dập tắt Với thơng số cấu hình chọn là:  Mức bơm r = 10; Độ rộng xung bơm 5ns  Các hệ số phản xạ R4 = 1cm, R1 = R2 = R3 = 0.04  Nồng độ chất màu N =  1017cm-3  1019cm-3 Kết cho thấy, cấu hình laser màu có BCH dập tắt phát đơn xung ngắn miền phổ rộng (hàng chục nm) Đây kết lý thú phát phương pháp phát xung ngắn từ BCH dập tắt nhờ nghiên cứu động học phổ laser có BCH dập tắt với hệ phương trình tốc độ mở rộng cho tất bước sóng (tần số) Kết mở khả phát laser đơn xung ngắn, có độ đơn sắc cao điều chỉnh liên tục bước sóng miền phổ rộng 27 = 13  = 2.40 13 x 10 x 10 độ (đ.v.t.đ) Cƣờng Intensity 151 độ (đ.v.t.đ) CƣờngIntensity 151 10 10 566 566 564 7000 564 6500 562 6000 562 5500 Bƣớc sóng (nm) (nm) Wavelength 560 5000 time (ps) gian (ps) Thời (nm) BƣớcWavelength sóng (nm) 560 13 = 60 7500 8000 time (ps) Thời gian (ps) 13 566 10 Intensity Cƣờng độ (đ.v.t.đ) 115 10 Intensity 7000 x 10= 2.8  15 Cƣờng độ (đ.v.t.đ) 5500 6500 Hình 2.8.b Hình 2.8.a x 10  5000 6000 566 564 564 562 (nm) BƣớcWavelength sóng (nm) 560 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 562 (nm) BƣớcWavelength sóng (nm) time (ps) 560 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 8500 Thời gian (ps) time (ps) Thời gian (ps) Hình 2.8.d Hình 2.8.c Hình 2.8 Tiến trình phổ thời gian phát xạ Laser màu rắn PM567/Polymer từ BCH Q-thấp thay đổi theo  (Với Lk = 0.5 cm; r = 10; R4 = 1; R1 = R2 = R3 = 0.04; N = 1018 cm-3) 28 Lk = 1.5 cm Lxk10=13 1.7 cm 13 x 10 151 độ (đ.v.t.đ) CƣờngIntensity độ (đ.v.t.đ) CƣờngIntensity 151 10 10 5 566 566 7000 564 7000 564 6500 6500 5500 560 Wavelength (nm) 5000 6000 562 6000 562 Bƣớc sóng (nm) 5500 BƣớcWavelength sóng (nm) (nm) time (ps) Thời gian (ps) 560 5000 (ps) (ps) Thờitime gian Hình 2.9.b Hình 2.9.a 13 xL10k độ (đ.v.t.đ) Cƣờng Intensity Lk x=10132.2 cm 115 độ (đ.v.t.đ) Cƣờng Intensity = 2.8 cm 115 10 10 5 566 566 564 564 562 (nm) BƣớcWavelength sóng (nm) 560 5000 5500 6000 6500 7000 7500 8000 562 Wavelength (nm)(nm) 560 Bƣớc sóng time (ps) Thời gian (ps) 5000 6000 7000 Thời time (ps) 8000 9000 gian (ps) Hình 2.9.d Hình 2.9.c Hình 2.9 Tiến trình phổ thời gian phát xạ Laser màu rắn PM567/Polymer từ BCH Q-thấp thay đổi theo Lk (Với  = 20; r = 10; R1 = R2 = R3 = 0.04; R4 = 1; N = 1018 cm-3) 29 Từ kết cho thấy với lựa chọn thông số thích hợp hoạt động laser từ BCH Q - thấp đơn xung dải phổ rộng 100 Ao Đây kết lý thú phát phương pháp phát xung ngắn từ BCH dập tắt nhờ nghiên cứu động học phổ laser có BCH dập tắt với hệ phương trình tốc độ mở rộng cho tất bước sóng 30 Kết luận chƣơng Trong chương chúng tơi tìm hiểu hệ phương trình tốc độ mở rộng cho laser màu có BCH dập tắt, khảo sát ảnh hưởng thơng số cấu hình: góc lệch quang trục hai BCH, mức bơm, thông số BCH Q-cao, nồng độ chất màu lên động học phổ laser màu phát xung ngắn có BCH dập tắt toàn miền phổ rộng Kết thu cho thấy:  Sự ảnh hưởng mức bơm, thông số hoạt chất nồng độ chất màu lên động học phổ phát xạ không đáng kể  Các thơng số BCH Q – cao như: góc lệch hai BCH, chiều dài Lh ảnh hưởng mạnh lên động học phổ phát đơn xung ngắn laser màu có BCH dập tắt  Laser màu rắn có BCH dập tắt phát đơn xung laser ngắn picô-giây (ps), dải phổ rộng ~ 100 Ao Các kết nghiên cứu cho thấy, laser màu sử dụng BCH dập tắt phát đơn xung laser ngắn, có độ đơn sắc cao (nhờ cách tử chọn lọc bước sóng) điều chỉnh liên tục bước sóng dải phổ rộng 31 KẾT LUẬN CHUNG Các kết nghiên cứu số tính chất phổ động học laser màu rắn lỏng có BCH dập tắt với hệ phương trình tốc độ mở rộng cho ta tranh trình vật lý xảy trình phát xạ xung laser ngắn với BCH dập tắt, phương pháp phát xung ngắn đơn giản hiệu Những kết thu là:  Tìm hiểu nghiên cứu ảnh hưởng phần thể tích hoạt chất dùng chung hai BCH (thể qua góc tạo hai quang trục BCH Q - thấp BCH Q - cao), mức bơm, thông số BCH Q - cao (chiều dài BCH Q - cao, hệ số phản xạ gương), nồng độ chất màu tới đặc trưng phổ laser màu có BCH dập tắt Các kết cho đánh giá mức độ ảnh hưởng thơng số khác lên q trình phát xung ngắn laser màu có BCH dập tắt  Các kết chứng tỏ nghiên cứu lý thuyết động học phổ phát xạ laser màu có BCH dập tắt xung laser màu ngắn phát từ kỹ thuật BCH dập tắt phát dải phổ rộng đáng kể (100 Ao ) Các nghiên cứu laser màu xung ngắn đặc biệt laser màu có BCH dập tắt chắn cần tiếp tục phát triển, phương pháp đơn giản mà cịn thay đổi liên tục bước sóng dải phổ rộng - nhờ bổ sung yếu tố chọn lọc phổ đơn giản vào laser màu phát xung ngắn có BCH dập tắt Khả giúp laser màu xung ngắn với BCH dập tắt ý nhiều ứng dụng khác 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Đại Hưng, “Vật lý kỹ thuật laser” Nhà xuất Đại Học Quốc Gia Hà Nội 2004 Lê Hoàng Hải (1999), “Một số nghiên cứu động học laser màu xung băng rộng”, Luận văn thạc sĩ Vật lý, 1998 Trần Ngọc Sương, “ Tính chất phổ laser màu có BCH dập tắt”, Luận văn Thạc sĩ vật lý, 2010 Phạm Hồng Minh, “ Động học laser màu có BCH Queching”, Luận văn Thạc sĩ vật lý, 2004 Lê Thị Ngọc Tú “ Phát xung ngắn laser màu BCH Quenching ”, Luận văn Thạc sĩ vật lý, 2007 Nguyễn Đại Hưng (2000),“ Phát xung laser màu picô-giây phương pháp chọn lọc thời gian phổ”, giảng lớp chuyên đề Việt Pháp ” Quang phổ ứng dụng ”, Đồ Sơn, Hà Nội Pham H Minh, Doan H Son, Do Q Hoa, P Brechignac*, N Dai Hung "Spectral and temporal characteristics of picosecond Quenchingcavity solid-state dye lasers" International Workshop on Photonics and Applications - IWPA (5-8 April 2004 Hanoi, Vietnam) Pham H Minh, Doan H Son, Dinh X Khoa, N.T Nghia, N Dai Hung "Picosecond Quenching-cavity solution and solid-state dye lasers" OSAKA University-Asia Pacific-Vietnam national University Hanoi Sept 27- sept 29,2005 33 ... xung laser ngắn cho laser màu nhờ sử dụng buồng cộng hưởng dập tắt Từ kết tìm hiểu mở khả cho chúng tơi tìm hiểu số tính chất phổ laser màu có buồng cộng hưởng dập tắt để ứng dụng phát xung laser. .. miền phổ rộng 14 CHƢƠNG 2: MỘT SỐ TÍNH CHẤT PHỔ CỦA LASER MÀU PHÁT XUNG NGẮN CÓ BUỒNG CỘNG HƢỞNG DẬP TẮT Mỗi loại phân tử màu laser đặc trưng phổ hấp thụ phổ huỳnh quang Phổ xạ laser phân tử màu. .. buồng cộng hƣởng dập tắt 12 Kết luận chƣơng 14 CHƢƠNG 2: MỘT SỐ TÍNH CHẤT PHỔ CỦA LASER MÀU PHÁT XUNG NGẮN CÓ BUỒNG CỘNG HƢỞNG DẬP TẮT 15 Hệ phƣơng trình tốc độ cho laser màu phát xung ngắn có