Sơ đồ quang học của laser PL2251A được thể hiện trong hình 2.1.
32
Bộ dao động chính là một khối nhôm gia công nguyên khối có chứa tất cả các linh kiện quang học trong các khối kín. Bộ dao động chính là một laser Nd: YVO4 hoạt động ở chế độ khóa mode bị động được bơm bằng laser đi ốt. Việc khóa mode được thực hiện bằng cách sử dụng một chất hấp thụ bão hòa.
LD2 – Laser đi ốt L1 – 5 – Các thấu kính CO2 – Bộ phận ghép nối quang học PL1, PL2 – Bản thủy tinh R2, R3 – Các thanh laser PHD1 – 2 – Các đầu thu QWP1 – 3 – Các bản nửa bước sóng FR1, FR2 – Bộ quay Faraday P1 – P5 – Các kính phân cực màng mỏng M1 – M23 – Các gương QWP1 – 2 – Các bản nửa bước sóng PC1 – Tế bào Pockel EM1 – 2 – các bộ kiểm soát năng lượng
Hình 2.1 Sơ đồ quang học của laser PL2251A [10].
Nguồn bơm là một laser đi ốt 2,5 W ghép nối với sợi quang có khẩu độ số 0,22 và đường kính 105 mm. Sợi quang truyền ánh sáng bơm thông qua mối nối kiểu FC đã được gắn với ống chuẩn trực và ống kính hội tụ.
Bộ dao động chính cho hai chùm tia lối ra. Một chùm tia lối ra được sử dụng để tạo mầm cho bộ khuếch đại tái tạo. Chùm tia còn lại đi vào bộ cảm biến quang PHD1. Bộ cảm biến này biến đổi ánh sáng thành tín hiệu điện và cung cấp cho các
33
bảng đồng bộ hóa, tạo ra các xung đồng bộ hóa cho tế bào Pockels và các tín hiệu TRIG và TRAIN việc kiểm soát hệ thống.
Xung mầm đi qua kính phân cực P1 và P2, bản làm trễ HWP2, bộ quay Faraday FR1 và được hướng đến đầu vào của một bộ khuếch đại tái tạo bởi kính phân cực P3 và P4 (xem hình 2.1).
Bộ khuếch đại tái tạo
Bộ khuếch đại tái tạo được sử dụng cho mạch khuếch đại xung quang học, thường là các xung cực ngắn cỡ pico giây hoặc femto giây. Bộ khuếch đại tái tạo thực chất là một bộ khuếch đại nhiều lần truyền qua trong môi trường khuếch đại của buồng cộng hưởng (BCH) quang học sử dụng một bộ điều biến điện quang (trong laser PL2251A bộ điều biến điện quang là bộ quay Faraday). Sau một vài lần đi lại trong BCH, xung sẽ được khuếch đại.
Bộ khuếch đại tái tạo là một thanh Nd: YAG R2 được bơm bằng đi ốt. Gương M8 và M9 có vai trò như các gương trong BCH của bộ khuếch đại tái tạo. Gương M10-M12 tạo nên một bộ phản xạ ngược để tăng sự ổn định dài hạn của BCH. Kính phân cực P4 và tế bào Pockels PC1 được sử dụng để bơm xung dao động vào BCH của bộ khuếch đại tái tạo và đồng thời tách xung được khuếch đại ra khỏi BCH đó.
Để ngăn sự khuếch đại tái tạo từ xung tự do và cho phép bơm xung lối vào, người ta đặt vào một bản một phần tư bước sóng QWP1. Khi xung dao động được bơm vào, điện áp trên PC1 được bật nhanh chóng giữ lại chùm tia bên trong BCH (xem hình 2.2, tại thời điểm T2). Sau 25-28 chu kỳ, khi xung được khuếch đại đến mức tối đa, điện áp trên PC1 bị ngắt (tại thời điểm T3) và xung được khuếch đại (hình 2.2, sơ đồ 4) đi ra khỏi BCH của bộ khuếch đại tái tạo.
Bộ quay Faraday FR1, bản nửa bước sóng HWP2 và kính phân cực P1 được sử dụng để chặn xung phát ra từ các bộ khuếch đại tái tạo vào bộ dao động chính và gửi các xung được khuếch đại đến bộ khuếch đại công suất.
34
Hình 2.2 Giản đồ thời gian hoạt động của laser PL2251 [10].
Khuếch đại công suất
Xung pico giây rời khỏi bộ khuếch đại tái tạo và các gương M3, M4 và M5 hướng ánh sáng tới bộ khuếch đại hai dải sử dụng thanh R3 Nd: YAG ∅ 8 × 85 mm được bơm bằng đèn flash. Xung khuếch đại có đặc trưng phân cực dọc bị phản xạ bởi kính phân cực P5 và P6 tới bộ nhân tần.
Để điều chỉnh năng lượng lối ra của laser mà không ảnh hưởng đến các thông số bức xạ khác, việc khuếch đại xung được điều khiển thông qua thay đổi độ trễ giữa đèn flash của bộ khuếch đại tái tạo và bộ khuếch đại. Khi sự khuếch đại dừng,
35
thì năng lượng laser lối ra tối thiểu (~ 20 mJ). Sử dụng bảng điều khiển từ xa (hoặc máy tính cá nhân) độ khuếch đại có thể điều chỉnh được từ 1 đến 99 (đơn vị tùy ý). Giá trị cài đặt được chỉ ra trên màn hiển thị của bảng điều khiển. Sự khuếch đại cực đại (99) tương ứng với sự trễ tối ưu giữa các đèn flash của bộ khuếch đại và đèn flash của bộ phát.
Bảng điều khiển từ xa của laser
a) b)
Hình 2.3 Bảng điều khiển từ xa laser [10]. Bảng điều khiển từ xa (hình 2.3a) có một vài chức năng sau:
Bật/tắt xung quang học
Điều chỉnh và kiểm tra năng lượng lối ra laser Điều chỉnh tốc độ lặp lại các xung lối ra laser Thiết lập mode kích hoạt bên ngoài/nội bộ
Bảng này gồm có 11 nút bấm và một màn hiển thị chữ - số, đó là: RUN (khởi động), STOP, MENU, ESC, F1, F2, OK, UP ( ), DOWN ( ), RIGHT ( ), LEFT (
):
36
- Để lựa chọn thông số yêu cầu, sử dụng các nút , . - Để tiến hành các lệnh được chọn, ấn phím OK.
- Các phím F1 và F2 là các phím chức năng. F1 và F2 là chú thích nghịch đảo dương và âm được nhìn thấy trên bảng điều khiển LCD. Chú thích nghịch đảo âm thể hiện một lệnh sẽ được hoàn thành sau khi ấn phím FX bên đưới chú thích.
- Nhấn phím ESC ở bất kì danh mục nào, nó sẽ trở về trạng thái trước đó. Đèn chỉ thị “EMISSION” trên bảng điều khiển chỉ ra laser đang hoạt động Hình 2.3b là màn hình hiển thị chữ - số được thiết lập tự động, gồm có 6 vùng chính:
Vùng A – gồm các kí hiệu thể hiện trạng thái hoạt động của laser. Các kí hiệu dưới đây có thể hiển thị:
Hoạt động của laser bị ngừng lại và chưa sẵn sàng hoạt động.
Hoạt động của laser bị ngừng lại nhưng đã sẵn sàng hoạt động.
Laser đang hoạt động nhưng bộ phận nào đó đang bị đóng.
Laser đang hoạt động.
Lỗi hoạt động Vùng B – tùy chọn
Vùng C1 – giám sát năng lượng đầu ra. E1 đại diện cho PHD1 (EM2 trong hình 2.1) giám sát năng lượng xung lối ra bộ khuếch đại công suất. Năng lượng được hiển thị bằng % giá trị năng lượng trên danh nghĩa. (Chú ý: giá trị của E1 không chính xác khi bộ khuếch đại chính đan hoạt động với mức khuếch đại lớn hơn 1).
Vùng C2 – giám sát năng lượng lối ra của bộ khuếch đại tái tạo. E2 đại diện cho PHD2 (EM1 trong hình 2.1) giám sát năng lượng xung lối ra của bộ khuếch đại tái tạo. Năng lượng được hiển thị bằng % giá trị năng lượng trên danh nghĩa.
Vùng D1 – danh mục điều chỉnh sự khuếch đại. Ampl XXX – giá trị XXX có thể thiết lập bởi người sử dụng có các giá trị từ 1 – 100 bằng cách tăng hoặc giảm độ khuếch đại bởi các nút UP, DOWN.
37
Vùng D2 – “Pk X”, X là số có thể lựa chọn bởi người dùng trong phạm vi 1- 99. Thông thường, sẽ chọn giá trị X = 1 tương ứng với số xung là 1.