- Ảnh hưởng của hệ số phản xạ.
1.2.3.1. Buồng cộng hưởng dùng cách tử.
Nếu L=1m, λ=632,8nm và R=0,95 thì Q=4.108, thay vào (1.16) ta cĩ độ lệch tần giữa hai mode dọc là ∆ν=1MHz. Độ rộng này nhỏ hơn rất nhiều so với khoảng cách giữa hai mode dọc của buồng cộng hưởng điện tử.
1.2.3. Buồng cộng hưởng tán sắc.
1.2.3.1. Buồng cộng hưởng dùng cách tử.
BCH đầu tiên [4] đã được Soffer và Mc Farland xây dựng vào năm 1967 khi thay gương sau bằng một cách tử nhiễu xạ phẳng (hình 1.7).
Hình 1.7: Hệ laser dùng tổ hợp Gương –Cách tử [7].
Phương trình cách tử cĩ dạng:
( )
mλ =a sinα +sinβ
(1.18)
Trong đĩ: m là bậc cách tử; ,α β là gĩc tới và gĩc nhiễu xạ; λ là bước sĩng; a là hằng số cách tử. Trong buồng cộng hưởng kiểu này yếu tố lọc lựa cách tử được bố trí để chùm laser tới trên nĩ với một gĩc tới lớn α ≈900. Cấu hình buồng cộng hưởng gĩc là kiểu Littman được trình bày trên hình (1.8).
Hình 1.8. Buồng cộng hưởng gĩc là kiểu Littman [4].
1-Gương ra cĩ độ phản xạ 98%; 2-Hoạt chất laser màu; 3-Cách tử lọc lựa gĩc là; 4-Gương quay cĩ độ phản xạ 100%; 5-Laser bơm.
Cách tử chiếu đầy chùm tia laser tới. Trong một chu trình đi lại, chùm sáng laser bị nhiễu xạ ở gĩc β được quay lại cách tử bởi một gương điều chỉnh 4 phản xạ tồn phần. Cách tử lại nhiễu xạ chùm phản xạ này trở về mơi trường khuếch đại. Việc thay đổi bước sĩng laser được thực hiện bằng cách quay gương điều chỉnh.
α G M1 Cu vét chất màu M2 Laser ra l 1 3 4 5 d α β Laser ra 2
Độ dài bước sĩng laser được xác định bởi phương trình cách tử (1.18) và cĩ thể viết lại cho trường hợp cách tử gĩc là (khi m=1 và α ≈900):
( )
a 1 sin
λ = + β
(1.19)
Từ (1.19) độ rộng vạch phổ được tính như sau:
( ) ( )
2 2
2 2 2 2
sin sin 1 sin
λ λ
∆λ = ≈
πl α + β πl + β (1.20)
Trong thực tế, khi sử dụng những cách tử 1800-2400(vạch/mm) trong buồng cộng hưởng gĩc là, người ta cĩ thể thu được độ rộng vạch phổ của bức xạ laser ≥1cm-1. Các ưu điểm của buồng cộng hưởng cách tử gĩc là so với buồng cộng hưởng băng hẹp khác là:
- Khơng sử dụng những bộ giản chùm bằng lăng kính hay bằng telescope chất lượng cao (đắt). bố trí đơn giản.
- Khơng cĩ những bề mặt phản xạ gây ra hao phí trong BCH.
- Buồng cộng hưởng cĩ thể kết cấu rất chắc, ngắn và thích hợp cho các nguơng bơm và laser màu xung ngắn.
- Cĩ thể thay đổi độ dài bước sĩng.
1.2.3.2. Phương trình và biểu thức cơ bản của BCH tán sắc.
Điều chỉnh tần số phát là một tính chất rất quan trọng của laser màu. Ở các laser màu với buồng cộng hưởng băng rộng bức xạ trên một khoảng từ 200A0 - 300A0, nên khi đặt các yếu tố lọc lựa trong buồng cộng hưởng ta cĩ thể thay đổi bước sĩng trong khoảng vài chục nano mét.
Buồng cộng hưởng lọc lựa là buồng cộng hưởng cĩ đưa thêm vào các yếu tố chọn lọc như cách tử, giao thoa kế Fabry-Perrot, lăng kính… Nhờ các yếu tố này mà dọc theo trục buồng cộng hưởng chỉ cĩ một bước sĩng lan truyền cịn các bước sĩng khác bị phản xạ hay tán xạ lệch khỏi trục. Việc làm hẹp độ rộng vạch bức xạ laser đã nâng cao rất nhiều mật độ năng lượng vì hầu như tồn bộ năng lượng của laser băng rộng được phát trên một kênh hẹp. Độ rộng phổ của bức xạ laser màu phát ra từ một BCH lọc lựa là [5]:
1d d d d d d − λ α ∆λ = ∆α = ÷ ∆α α λ