Khảo sát quá trình lan truyền xung ánh sáng trong môi trường khuyếch đại cộng hưởng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH  NGUYỄN CÔNG KỲ CHUYÊN NGÀNH: QUANG HỌC Mà SỐ: 62.44.11.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS VŨ NGỌC SÁU Vinh - 2009 MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn…………………………………………………… ……… Mở đầu………………………………………………………… Chƣơng I Môi trƣờng khuếch đại 1.1 Các mức l-ợng nguyên tử nguyên tử, phân tử, chất rắn 1.1.1 Mức l-ợng quay dao động phân tử 1.1.2 Mức l-ợng điện tử nguyên tử phân tử 1.1.3 Mức l-ợng ®iƯn tư cđa chÊt r¾n 1.2 Phân bố Boltzman phân bố Fermi-Dirac .11 1.2.1 Ph©n bè Fermi-Dirac 11 1.2.2 Ph©n bè Boltzman .12 1.3 Môi tr-ờng nghịch đảo mật độ c- trú 14 1.4 Các ph-ơng pháp tạo nghịch đảo mật độ - Môi tr-ờng khuếch đại 14 1.4.1 Ph-ơng trình tốc độ 15 1.4.2 Sơ đồ bơm bốn mức 19 1.4.3 Môi tr-ờng khuếch đại 22 1.5 KÕt luËn 24 Chƣơng II Khảo sát trình lan truyền xung ánh sáng môi trƣờng khuếch đại cộng hƣởng .25 2.1 Tổng quan trình lan truyền xung ngắn môi trường khuếch đại 25 2.2 Q trình lan truyền xung ánh sáng mơi trường khuếch đại cộng hưởng .29 2.2.1 Tương tác không kết kết hợp……………… 30 2.2.2 Tương tác kết hợp………………………………… 45 2.3 Kết luận……………………………… 53 Kết luận chung………………………………………… 54 Tài liệu tham khảo 56 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc thầy giáo hướng dẫn TS Vũ Ngọc Sáu giúp đỡ mà thầy dành cho tác giả suốt thời gian nghiên cứu vừa qua Thầy định hướng nghiên cứu, cung cấp tài liệu quan trọng nhiều lần thảo luận, dẫn cho tác giả vấn đề khó khăn gặp phải Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy giáo, PGS TS Hồ Quang Quý, TS Nguyễn Hồng Quảng, PGS.TS Đinh Xn Khoa PGS.TS Phan Huy Cơng, TS Đồn Hồi Sơn… Cùng nhóm anh chị, bạn học viên chuyên ngành Quang học khóa Cao học 15 trường Đại học Vinh, nhiệt tình giảng dạy, giúp đỡ tác giả trình học tập chương trình Cao học có nhiều ý kiến đóng góp quý báu cho tác giả trình thực đề tài Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới Ban Giám Hiệu Ban chủ nhiệm khoa Sau đại học – Trường Đại học Vinh quan tâm giúp đỡ, tạo điều kiện tốt cho việc học tập, nghiên cứu tác giả thuận tiện Tác giả cảm ơn quan tâm, chăm sóc động viên gia đình, người thân suốt trình học tập nghiên cứu vừa qua Cuối cùng, xin gửi đến thầy giáo, bạn hữu người thân lòng biết ơn chân thành lời chúc sức khỏe thành công sống Tp Vinh, ngày 15 tháng 11 năm 2009 Tác giả Nguyễn Công Kỳ MỞ ĐẦU Việc nghiên cứu lan truyền xung qua môi trường khuếch đại hấp thụ sớm Những nghiên cứu này, mặt mang tính nghiên cứu nhằm làm sáng tỏ trình vật lý xẩy tương tác môi trường với xung ánh sáng, mặt khác trực tiếp đóng góp vào việc phát triển cơng nghệ laser Cho đến có nhiều báo cáo khoa học đối tượng nghiên cứu này, nhiều cấu hình khuếch đại kỹ thuật thực nghiệm khác xây dựng Việc sử dụng khuếch đại hấp thụ phần hệ thống máy phát laser Quá trình lan truyền xung qua môi trường khuếch đại trình phức tạp chịu ảnh hưởng nhiều tham số, bao gồm tham số vật lý số tham số khác Trong đề tài nghiên cứu lý thuyết lan truyền xung laser môi trường khuếch đại ánh sáng phương pháp bán cổ điển (phương pháp bán lượng tử) theo phương pháp ta coi trường điện trường sóng cổ điển, biểu diển phương trình Maxwell, cịn mơi trường tập hợp nguyên tử phân tử với mức lượng rời rạc, mô tả lý thuyết lượng tử Môi trường tập hợp nguyên tử hai mức tương tác với môi trường tương tác với trường xạ, nghịch đảo hai mức thiết lập dẫn đến có khuếch đại ánh sáng có tần số gần với tần số tách mức nguyên tử Còn xung ta quan tâm đến độ rộng xung ánh sáng đơn sắc nằm vào cỡ picô- giây xung cực ngắn Do điều kiện sở vật chất không cho phép, thời gian học tập nghiên cứu hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót kính mong q thầy cô đọc giả lượng thứ Tuy luận văn đóng góp phần nhỏ việc nghiên cứu ảnh hưởng trình lan truyền xung môi trường khuếch đại dùng làm tài liệu tham khảo cho nghiên cứu có liên quan vấn đề Nội dung luận văn trình bày theo bố cục: Mở đầu, hai chương nội dung, kết luận tài liệu tham khảo Chƣơng I Môi trƣờng khuếch đại Trong chương giới thiệu sở mức lượng điện tử nguyên tử, phân tử chất rắn, dao động nguyên tử hai phân tử, quay phân tử hai nguyên tử, đưa phân bố Bolzman, phân bố Fermi-Dirac, từ tìm điều kiện tạo trạng thái nghịch đảo mật độ cư trú khái niệm môi trường khuếch đại Chƣơng II Khảo sát trình lan truyền xung ánh sáng môi trƣờng khuếch đại cộng hƣởng Bằng việc mô tả môi trường phương trình Bolzmann cho ma trận mật độ, hệ phương trình Maxwell's mơi trường có hao hụt xạ tuyến tính khơng cộng hưởng lập luận giải tích, xây dựng hệ phương trình mơ tả q trình lan truyền xung ánh sáng môi trường khuếch đại Nghiên cứu cụ thể trình lan truyền xung ánh sáng ( xung ngắn, cực ngắn) môi trường khuếch đại cộng hưởng hai trường hợp: tương tác kết hợp tương tác khơng kết hợp CHƢƠNG I MƠI TRƢỜNG KHUẾCH ĐẠI 1.1 Các mức l-ợng điện tử nguyên tử, phân tử chất rắn 1.1.1 Mức l-ợng quay dao động phân tử Các mức l-ợng hệ phân tử xuất điện tử có mặt hạt nhân điện tử phân tử khác dao động quay phân tử - Dao động phân tử hai nguyên tử Dao động phân tử hai nguyên tử nh-: N2, CO HCl so sánh với mẫu dao động hai khối l-ợng m1 m2 nối với lò xo Sự liên kết phân tử hình thành lực đàn hồi tỉ lệ thuận với độ thay đổi khoảng cách x nguyên tử Hệ số đàn hồi k đ-ợc định nghĩa cho đ-ợc xác ®Þnh theo biĨu thøc V ( x)  (1/ 2)kx Dao động phân tử xảy mức l-ợng dao động điều hoà theo l-ợng tử [7] eV N2 eV CO2 Năng l-ỵng 0,4 0,3 (200) q=1 (040) (001) 10,6μm 0,2 9,6μm (100) 0,1 q=0 (050) (020) 0,2 (010) 0,1 H×nh 1.1 Các mức l-ợng dao động phân tử N2 CO2 0,3 (030) (000) Các mức đ-ợc xác định biểu thức 0,4 E (n  / 2) , n=0,1,2… (1.1) ®ã k / mr tần số dao động vµ mr  m1m2 /(m1  m2 ) lµ khèi l-ợng rút gọn hệ Các mức l-ợng cách Giá trị thông th-ờng nằm vùng từ 0,05 đến 0,5 eV, ứng với l-ợng photon vùng phổ hồng ngoại Các mức l-ợng thấp phân tử N CO2 trình bày hình 1.1 - Sự quay phân tử hai nguyên tử Hiện t-ợng quay phân tử hai nguyªn tư xung quanh trơc cđa nã gièng nh- rotor cứng có mô men quán tính F Năng l-ợng quay đ-ợc rời rạc hoá, thành giá trị: E  n(n  1) , n= 0,1, 2, … 2F (1.2) Trong gần đó, l-ợng quay không đ-ợc xem rời rạc, mức l-ợng quay tách giá trị vùng từ 0,001 đến 0,01 eV, t-ơng đ-ơng với l-ợng cđa photon vïng hång ngo¹i xa (far infrared region) Mỗi mức dao động chia thành nhiều mức quay 1.1.2 Mức l-ợng điện tử nguyên tử phân tử - Nguyên tử Hiđro khí trơ Một nguyên tử Hydro đ-ợc dẫn theo định luật hấp dẫn Coulomb proton điện tử Lời giải ph-ơng trình Schrodinger cho ta vô số mức l-ợng rời rạc: mr Z e En   , n= 1, 2, 3, 2 n (1.3) mr khối l-ợng rút gọn nguyên tử, e điện tích điện tử, Z số proton hạt nhân (hydro có Z=1) [7] Các mức l-ợng nguyên tử có Z=1 Z=6 đ-ợc trình bày hình 1.2 Tính mức l-ợng nguyên tử phức tạp khó thêm thành phần phản ánh t-ơng tác điện tử spin điện tử Tất nguyên tử có khoảng cách l-ợng mức khác nhau, nhiên chúng nằm vùng quang học (lên đến vài eV) Một số mức l-ợng nguyên tử He Ne trình bày hình 1.3 eV C6+ H q= Năng l-ợng 14 10 q=3 q=2 18,2nm laser eV 540 432 360 288 q=1 0,1tử H ion C6+[3] Hình 1.2 Các mức l-ợng điện tử nguyên Năng l-ợng eV 21 He 1s2s1S0 Ne 2p55s 20 1s2s3S1 2p54s 3,39μm laser 2p54p eV 21 20 632,8 nm laser 2p53p 19 18 19 18 17 17 2p 3s 10,6μm Hình 1.3 Các mức l-ợng điện tử He Ne[3] - Các phân tử chất màu hữu Các phân tử chất màu hữu lớn phức tạp Chúng phải thực chuyển dịch ®iƯn tư, dao ®éng vµ quay Do ®ã chóng cã nhiều mức l-ợng Hiệu l-ợng møc bao trïm lªn mét vïng phỉ réng vïng quang học nh- trình bày hình 1.4 eV Chất màu T3 Năng l-ợng S2 T2 S1 Laser T1 S0 Hình 1.4 Các mức l-ợng điện tử, dao động, quay phân tử chất màu[3] 1.1.3 Mức l-ợng điện tử chất rắn Đối với chất rắn, nguyên tử, ion, phân tử nằm lân cận nh-ng không đ-ợc xem tập hợp nguyên tử đơn chúng liên kết thành hệ nhiều hạt Các mức l-ợng nguyên tử trơ, ba chất rắn suy biến với tính chất điện khác đ-ợc trình bày hình 1.5 Ba mức thấp chất rắn (ký hiệu 1s, 2s 2p) giống nh- mức nguyên tử trơ Các mức không bị mở rộng chúng đ-ợc lấp đầy quỹ đạo điện tử bền vững tr-ớc tr-ờng gây nguyên tử xung quanh Ng-ợc lại, mức l-ợng cao nguyên tử bị chia thành mức nằm sát tạo thành 10 Mụi trường khuếch đại phi tuyến Hướng lan truyền Hình 2.8: Mô tả khả sử dụng hiệu chuyển động cực đại xung môi trƣờng khuếch đại với vận tốc u>c để truyền thông tin với vận tốc siêu ánh sáng Dòng biến cho thấy hình dạng xung khơng có khuếch đại phi tuyến Tuy nhiên, Gradient chiết suất, hay Gradient mật độ phân cực thể tích trung bình, hay thay đổi khác tham số môi trường phụ thuộc vào cường độ xạ lan truyền với vận tốc u >c Trong mơi trường Theo ngun tắc điều dẫn đến vài hiệu ứng tương tự với xạ Cerenkov Một mơi trường hoạt tính xác định có vạch khuếch đại mở rộng khơng (ví dụ, hoạt chất Neodymyum Gas khí) Sự thay đổi hình dạng xung mà phổ hẹp so với độ rộng vạch mở rộng giống trường hợp mở rộng không Tuy nhiên, đặc trưng thay đổi lượng khác Sự khác biệt thực tế hệ khuếch đại phi tuyến "hố" hình thành đường khuếch đại độ rộng “hố” tăng theo tăng lên lượng xung Phương trình cho lượng xung (2.20) đưa dạng dE N  g (  0  )1  exp[ 2 () E ]d  E dx  (2.28) g () hệ số vạch không (  g ()d  ),  tần số xung 0 tần số trung tâm vạch khuếch đại Trong vùng khuếch 43 đại phi tuyến, lượng xung tăng lên theo bình phương chiều dài, độ rộng “hố”  xác định hệ thức  ( / 2)  1/ E, tiến tới tổng tồn độ rộng vạch khuếch đại Sau đó, tăng lượng trở nên tuyến tính, trường hợp mở rộng nhất, bão hòa lượng hình thành mát xạ phi tuyến Mặc dù ta xem xét trường hợp lý tưởng đơn giản trình lan truyền sóng phẳng với phân bố ngang cường độ môi trường với phân bố khuếch đại, kết áp dụng hỗ trợ việc giải thích nhiều trường hợp tổng quát chùm tia bơm môi trường không theo chiều ngang Khi phân bố ngang cường độ chùm tia bơm có dạng Gauss, chùm tia bơm mở rộng hệ số   k0' Lnolin Lnonlin chiều dài khuếch đại phi tuyến môi trường bơm có nhánh tăng theo quy luật mũ   k0 Lnonlin Tại giá trị hệ số khuếch đại k  exp( k0 L)  102 , ta có mở rộng chùm tia - lần Thêm vào đó, thành phần xa trục xung có độ nhẵn sườn trước bắt đầu làm trễ phần trung tâm xung, cho phép chế độ khuếch đại phi tuyến sớm Điều nhắc lại xảy cấu trúc ngang laser khóa mode Q [1] Tồn hiệu ứng xem xét hình 2.9 Trong hình mơ tả tranh mặt định tính phát triển mặt khơng gian xung trường hợp lan mơi trường khuếch đại 44 Hướng lan truyền Hình 2.9: Sự tiến triển xung không gian Các đƣờng đứt mô tả giá trị tƣơng đối cƣờng độ (chúng không trùng với hƣớng truyền lan) Sự thay đổi phổ xung mô tả phương trình pha (2.9) phương trình (2.10) Từ điều kiện t  kx   (t , x)  const từ phương trình (2.9) ta đưa biểu thức cho vận tốc pha xung     c 1  0   T2 k    ( ) N  (2.29) Một xung ánh sáng công suất lớn làm thay đổi nghịch đảo mật độ cư trú môi trường   0 tốc độ pha thay đổi Rõ ràng xung di chuyển theo hướng quan sát viên đứng yên, người thu ánh sáng đầu môi trường khuếch đại, thay đổi pha điều dẫn đến bóp méo phổ xung Tuy nhiên, thay đổi phổ xung nhỏ dao động giới hạn độ rộng Thực vậy, thay đổi tức thời phổ (t , x)   (t , x) / t đầu môi trường khuếch đại xác định biểu thức: ( , x)   ( )  cN (  0 ) x   I ( x' , ' )  T2 I ( x' , )  exp   d 'dx' Es   E s  45 (2.30)   t  ( x / c) 0 ( )  ( , x  0) Trong vùng khuếch đại tuyến tính, thay đổi nhỏ phổ xung so với trung tâm vạch xuất Trong chế độ phi tuyến, thay đổi tăng lên trường hợp giới hạn, ví dụ giá trị cực đại bị biến đổi sườn trước bậc thời gian xung, biến thay đổi phổ xung tiến tới   T2 / 2 ,  độ dốc sườn trước xung Với điều kiện tối ưu độ điều hưởng (  0 )  1/ T2 , thay đổi phổ xung không vượt độ rộng phổ xung ~ 1/  2.2.2 Tương tác kết hợp Trong lan truyền xung ánh sáng cực ngắn với thời gian nhỏ T2 cần thiết phải xét đến tương tác kết hợp Trong trường hợp này, lan truyền xung mơ tả hệ phương trình (2.5) chứa số hiệu ứng (như độ rộng xác định dòng khuếch đại, trường “ nhớ pha” môi trường khoảng thời gian T2 hưởng ứng cho dao động điện từ trường mạnh) không đưa vào công thức (2.8) Trong trường hợp có cộng hưởng tuyệt đối xác (   0 ) , vận tốc pha xung môi trường tương đương với c , hệ phương trình (2.5) đơn giản hóa nhiều    c   c  2p t x (2.31) p 2  p N t T2  (2.32) N   p t  (2.32a) Phản ứng môi trường với xung ánh sáng tùy thuộc nhiều vào cường độ trường Nếu trường yếu đến mức  /    p1 cư trú mức lượng 46 thay đổi không đáng kể tác động trường khuếch đại mang tính chất tuyến tính Tuy nhiên, thực tế  p  T2 tức độ rộng xung ó thể so sánh với độ rộng dịng khuếch đại 2/T2 chí rộng hơn, hình dạng xung thay đổi suốt trình lan truyền Điều dễ dàng hiểu cách xem xét phản ứng môi trường xung yếu dạng  ,  0 (t  t0 ) (gọi xung delta  (t ) hàm dental) Sự phân cực môi trường trường xung cho bởi: P  ( / h) N 0 (t  t0 ) / T2 t>t0 Vì phân cực bảo toàn khoảng thời gian ~ T2, môi trường xạ suốt khoảng thời gian xung cách độc lập Rõ ràng xung có độ rộng  p  T2 mở rộng trình lan truyền tới giá trị cỡ T2 vận tốc lan truyền c Điều xẩy với xung quang mạnh,  /    p1 Trong trường hợp cộng hưởng môi trường dao động Sự thực  p  T2 ta bỏ qua thành phần mơ tả q trình hồi phục phân cực ( 2.32) ta nghiệm sau cho phương trình vật chất : N  N cos  ; P  N sin        (t , x)dt (2.33) (2.34) Sự thay đổi N P trình bày phép quay véctơ đơn vị mặt phẳng (X,Y) cách thay thành phần X véctơ N/N0 thành phần Y P / N Do đó, hàm  góc quay véc tơ này:    tương ứng với sợ biển đổi hoàn toàn hạt tới mức lượng thấp   2 tương ứng với quay lại hoàn toàn lên mức lượng cao 47 Sự thay đổi lượng xung mơ tả phương trình: dE  N (1  cos )  E dx (2.35) Phương trình khác nhiều so với phương trình tương tự (2.20) trường hợp tương tác khơng kết hợp Trong trường hợp khơng có mát tuyến tính (   0) , tăng lên lượng xung xác định hoàn toàn thay đổi góc quay  ảnh hưởng xung Hình 2.10 phụ thuộc hệ số khuếch đại dE/dx vào góc quay  (đườngcong 1) Đường mát Đường khuếch đại Hình 2.10 : Sự phụ thuộc khuếch đại hấp thụ lƣợng xung góc quay  [34] Nếu xung làm cho véc tơ quay góc   2m ( m số nguyên ) xung lan truyền mà khơng cần tới tăng lượng Nếu góc quay phụ thuộc vào xung, tức là   2m   ,   đại lượng mơmen nhỏ, xung rõ ràng trở nên khuếch đại góc quay 2 (m  1) Nếu   khuếch đại tiếp tục góc quay đạt 2m Theo cách hiểu ta nói xung - 2m không ổn định Từ đường cong hình 2.10 ta dự đốn truyền xung xuất "các lô" mà lô thay đổi góc quay  2 Điều tương ứng với phá hủy xung tách thành “xung  ” Nếu có mát tuyến tính (   ) biến đổi xung thay đổi hoàn toàn Điều hiểu cách thay lượng xung (2.35) 48   ,  hệ số có số đo lượng (photon/cm2) Sự mát E   trình bày hình 2.10 ( đường cong 2) Do mát phi tuyến nên giá trị dừng pha  s thiết lập để xác định giá trị cần xác định giá trị  Khi lan truyền hệ số thay đổi xung chuyển sang dạng ổn định Đối với xung dạng ổn định ta có cơng thức   2N  kết  s   Do vậy, xuất có mặt hao hụt tuyến tính tạo “ xung  ” độc lập với giá trị ban đầu pha 0  ( x  0) Những kết luận khẳng định kết phép tích phân số hệ phương trình (2.31) (2.32), cơng bố cơng trình [1] Những xung lan truyền xem xét dựa chất môi trường với công thức 0 (t )  0 cosh 2 (t /  ) khoảng thời gian   T2 biên độ  Những xung tương ứng với góc quay 0  20 ( / h) Hình 2.11: Sự biến đổi xung ánh sáng kết hợp lan truyền mơi trƣờng khuếch đại mà khơng có hao hụt tuyến tính (x -khoảng cách đƣợc bao trùm xung mơi trƣờng) Góc quay dƣới ảnh hƣởng xung   [1] 49 Trong hình 2.11 ( t   ) kết lời giải trường hợp    / N0  0, / T2  0.33  T2 / h  , 0  2 Khi xung lan truyền mơi trường mà khơng có mát tuyến tính biến đổi thành hai xung, “xung dừng  ” “xung dừng  ” Một yếu tố quan trọng “xung  ”được đời với có mặt trình hồi phục phân cực (sự hình thành “xung  ” môi trường khuếch đại mà hồi phục ( T2   ) mô tả [1]) Yếu tố thứ “xung  ” kéo theo “xung  ” mà xung ảnh hưởng tới phục hồi cư trú, dẫn tới trạng thái hấp thụ Hình 2.12 kết nghiệm   trường hợp  / T2  0.33 0 T2 / h  15 ,  <  c Hiện tượng tương tự với hiệu ứng lan truyền siêu ánh sáng xét trước xung có sườn trước theo quy luật hàm số mũ với khoảng thời gian  p  T2 Hơn nữa, biểu thức vận tốc (2.37) đồng với biểu thức (2.24) Vì độ rộng phổ xung siêu ngắn lớn T2 0 lần so với độ rộng vạch khuếch đại, nên hệ số khuếch đại xung đơn vị chiều dài k0  N0 ( / T2 ) Thay giá trị k0 vào (2.24) ý tỉ lệ tăng lên cường độ mặt trước gấp hai lần so với tốc độ tăng trưởng biên độ ta biểu thức (2.37) Thay thực tế vận tốc đồng với nhau, dạng xung dừng hai trường hợp hoàn toàn khác Điều chế mát khác nhau, hao hụt trì đặc tính dừng xung Trong trường hợp tương tác khơng kết hợp hình thành dạng dừng tính thêm hao hụt xạ tuyến tính  [1], mà “xung  ” xuất môi trường khuếch đại sau nửa xung qua nó, tức sau q trình nghịch đảo hấp thụ khơng tuyến tính 52 Sự hình thành “ xung  ”dừng  t  ( x / u) mơi trường có   trình bày cơng trình [1] Giả sử tốc độ xung u=c Như công bố cơng trình [1], mặt u nhỏ c,   N0 khác biệt nhỏ mà hiệu ứng bỏ qua Sự hình thành “xung  ” dừng xác định biểu thức: x c  (t  )   t  ( x / c)  sch   0   0  (2.38) T2 (N /  )  (2.39) h 0   Trong vùng   N cần thiết phải xem xét khác u c điều dẫn đến tính khơng đối xứng “xung  ”[1] Trong q trình lan truyền “xung  ” địi hỏi tồn lượng hạt kích thích Đây đặc trưng tương tác kết hợp, mà hạt bị kích thích nhảy xuống mức Quá trình hấp thụ, phát xạ lại tiếp tục tất hạt trở mức Có thể nhận thấy từ công thức (2.39) khoảng thời gian “xung  ” ngắn nhiều so với T2 Điều đặt câu hỏi làm xung sản sinh mơi trường phổ rộng nhiều so với dòng khuếch đại phổ Trong trường điện từ cộng hưởng mở rộng dòng phổ diễn kết hiệu ứng trình bão hồ lượng [1]:    (2.40)  Thì điều kiện đảo ngược tập hợp “xung  ” ( / ) p   viết dạng: 53    p (2.41)  p   /  p độ rộng phổ xung Do vậy, cường độ trường “xung  ”được trì để mở rộng vạch khuếch đại tới giá trị tương đương với độ rộng phổ xung Nói cách khác xung cực ngắn lan truyền tự mở rộng vạch phổ diễn Từ quan điểm “xung  ” hình thành mơi trường khuếch đại thể khí với mở rộng mức độ không đồng mở rộng vạch trường vượt độ rộng Dopper Trong trường hợp vạch phổ mở rộng đồng mở rộng trường 2.3 Kết luận Trong chương khảo sát cách cụ thể trình lan truyền xung ánh sáng môi trường khuếch đại cộng hưởng Ở quan tâm đến trình truyền lan xung cực ngắn vào cỡ picô giây quan tâm đến xung sau khỏi môi trường khuếch đại cộng hưởng Kết cho thấy dạng xung khuếch đại phụ thuộc vào dạng xung ban đầu, phụ thuộc vào độ rộng, độ dài môi trường, phụ thuộc vào cường độ xung vào Chúng ta khảo sát trình truyền xung hai trường hợp tương tác kết hợp tương tác không kết hợp 54 KẾT LUẬN CHUNG Trong đề tài này, lưu ý việc xem xét lại vấn đề dành chủ yếu cho lan truyền xung ánh sáng mơi trường khuếch đại với tính chất phi tuyến giống kết hiệu ứng bão hoà Vì vậy, chúng tơi khơng xem xét số vấn đề lan truyền xung mơi trường với tính chất phi tuyến thuộc kiểu khác ( tính phi tuyến q trình đa lượng tử, tính phi tuyến chiết suất, tính phi tuyến tham số khuếch đại môi trường ) Ảnh hưởng tính chất phi tuyến thuộc kiểu lên lan truyền xung bắt đầu xem xét năm gần Các kết gợi ý việc sử dụng số phương pháp để thu xung có khoảng thời gian bé picô giây Sự ý tương đối nhỏ bé giành cho thay đổi phổ xung trình truyền lan Vấn đề nghiên cứu chút mặt lý thuyết thực nghiệm Tuy nhiên phổ xung cực ngắn thay đổi thấy rõ suốt trình lan truyền, hiệu ứng sử dụng cho dạng xung mạnh có khoảng thời gian bé picơgiây Các xung ngắn, mạnh ánh sáng kết hợp dùng công cụ có tính hiệu xác cho việc điều tra nghiên cứu tương tác trường quang học môi trường vật chất Các khả lớn việc sử dụng xung ngắn, mạnh ánh sáng liên hệ với khoảng thời gian ngắn với công suất cao xung Những xung có khoảng thời gian cỡ picơ giây khiến cho đo đươc cách trực tiếp tiến triển thời gian hồi phục nguyên tử phân tử {ví dụ việc đo cách xác thời gian sống trạng thái tồn giới hạn (vùng) picôgiây } thực số nghiên cứu, để diễn tả nhanh chóng, 55 lưu lốt q trình, đo trực tiếp đáp ứng môi trường quang học phương tiện đo đạc, nghiên cứu tương tác kết hợp trường với môi trường quang Công suất lớn xung ánh sáng làm tác động sâu vào electron bên lớp nguyên tử lớp ion Các xung ánh sáng có cơng suất cỡ 104 – 106 W (điện trường tiêu điểm 104-105 W/cm) làm cho quan sát q trình đa lượng tử khơng cộng hưởng, electron quang học phía ngồi ngun tử chiếm giữ phận [1] Nó dùng xung có cơng suất vào khoảng 108-109 W (điện trường tiêu điểm vào cỡ 107 V/cm) để nung nóng plasma đậm đặc tạo suốt trình đánh thủng quang học chất khí Bằng cách thực lớp chất rắn, nhiệt độ 10-5 - 10-6 0K Ở trường nhiệt độ vậy, số lượng lớn electron tách khỏi nguyên tử đồng thời số lượng lớn ion tích điện tạo Trạng thái plasma đậm đặc thu vật chất nung nóng ánh sáng cực mạnh nguồn xạ tia X cực mạnh Việc sử dụng xung có cơng suất 1012 W làm nung nóng Plasma Dơtêri đến nhiệt độ khoảng 107 0K xem xét nơtron tạo kết phản ứng nhiệt hạch Khi độ sáng chói đạt tới cỡ 1019 – 1010 W/cm2, cho thấy rõ thu thay đổi cường độ tia X, nơtron iôn tăng nhanh plasma đậm đặc Trong trường hợp đặc biệt, ta mong chờ phát triển nguồn xạ kết hợp tia tia X dựa sở 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO P.G.Kryukov and V.S.Letokhov, Propagation of a light pulse in a resonantly amplifying( absorbing) medium ( Soviet phyics uspekhi, October 1969) V12, Number Hồ Quang Quý - TS Vũ Ngọc Sáu, Vật lý laser Quang phi tuyến, Trường Đại học sư phạm Vinh, năm 2004 Hồ Quang Quý, Laser vật rắn ứng dụng, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, năm 2006 Hoàng Đình Hải, Khảo sát trình lan truyền xung ánh sáng qua môi trường khuếch đại Laser, luận văn thạc sỹ,Trường Đại học Vinh, năm 2004 H.Q.Quy- T.B Chu (1994), J Technical Phyics, V.35, No.3+4, and V.38, No.4 Nguyễn Đại Hưng, Vật lý laser xung cực ngắn số ứng dụng, Viện Vật Lý, năm 1998 Hồ Quang Quý, Laser bước sóng thay đổi, NXB Giáo Dục, năm 2004 Đinh Văn Hồng, Trịnh Đình Chiến , Vật lý Laser ứng dụng, NXB Đại Học Quốc Gia, Hà Nội, năm 2003 P.N Butcher and D Cotte, The Elements of Nolinear Optics ( Cambridge University Press, 1990), Chaper 2,4, and 10 R.Bellman, G Birnbaum, and W.G.Wagner, J.Appl Phys 34, 780 (1963) 57 ... sát xung ánh sáng lan truyền môi trường khuếch đại nghiên cứu chương 25 CHƢƠNG II KHẢO SÁT QUÁ TRÌNH LAN TRUYỀN XUNG ÁNH SÁNG TRONG MÔI TRƢỜNG KHUẾCH ĐẠI CỘNG HƢỞNG 2.1 Tổng quan trình lan truyền. .. sau 2.2 Quá trình lan truyền xung ánh sáng mơi trƣờng khuếch đại cộng hƣởng Như phân tích phần trước, q trình lan truyền xung ánh sáng mơi trường khuếch đại mặt thực chất trình tương tác trường. .. khuếch đại 22 1.5 KÕt luËn 24 Chƣơng II Khảo sát trình lan truyền xung ánh sáng môi trƣờng khuếch đại cộng hƣởng .25 2.1 Tổng quan trình lan truyền xung ngắn môi trường