Khi thay đổi khoảng cách l giữa axicon và thấu kính L2 thì độ tinh chỉnh tần số laser sẽ được xác định thơng qua đạo hàm của biểu thức 2.3:
2Laser Laser ac Qcos ∂ν = − γ ∂l λ (2.9)
Trong đĩ c là vận tốc ánh sáng trong chân khơng. Trong cấu trúc BCH Littman thì độ tinh chỉnh tần số khi quay gương M2’ được xác định bởi [4]:
2Laser Laser ac cos ∂ν = − γ ∂l λ (2.10)
Sự khác nhau giữa các biểu thức (2.9) và (2.10) là giá trị Q. Như vậy giá trị của Q quyết định khả năng tinh chỉnh tần số của cấu trúc buồng cộng hưởng cách tử gĩc là với hệ mở rộng chùm tia kiểu Bessel. Nếu Q<1 (xem hình 2.2) thì sẽ tăng khả năng điều chỉnh chính xác tần số của laser phát ra và độ tinh chỉnh tần số của buồng cộng hưởng cách tử gĩc là với hệ mở rộng chùm tia kiểu Bessel sẽ nhỏ hơn độ tinh chỉnh tần số của buồng cộng hưởng Littman (Buồng cộng hưởng gĩc là). Các kết quả tính tốn về độ tinh chỉnh tần số của buồng cộng hưởng cách tử gĩc là với hệ mở rộng chùm tia kiểu Bessel [4] cho thấy sự quét đồng bộ với tỉ lệ tương đương 14,4GHz/mm ứng với chiều dài l =3cm, chiều dài buồng cộng hưởng là 16cm và độ lệch mode
của buồng cộng hưởng là 0,006GHz là chấp nhận được trong vùng thay đổi tần số lớn hơn 570GHz. Ở buồng cộng hưởng gĩc là [4] tỉ lệ thay đổi tần số bởi sự quay gương điều chỉnh xấp xỉ bằng 10.000GHz/độ và 50GHz/độ ở buồng cộng hưởng lăng kính nêm. Độ tinh chỉnh tần số đang xét là cùng cấp với cấu hình Ko và tốt hơn hai cấp của cấu hình quy ước cho laser màu.
- Giảm ngưỡng.
Giả thiết mất mát chỉ do phản xạ trên cách tử, hấp thụ của các gương và hệ số truyền qua của hệ mở rộng chùm tia. Đối với buồng cộng hưởng Littman – Metcalf khi khơng cĩ phản hồi ngược là như sau:
( )1 ' 2 C 1 2 d L = −2ln R R R (2.11)
Trong đĩ R1 và R2’ là hệ số phản xạ của gương M1 và M2’ và Rd là hệ số tán xạ của cách tử.
Đối với buồng cộng hưởng cách tử gĩc là với hệ mở rộng chùm tia kiểu Bessel khi khơng cĩ phản hồi ngược là:
( )1 ( )2 ' ' 2 C 1 2 d L = −2ln R R R 1− α (2.12)
Trong đĩ α là mất mát trên hệ mở rộng chùm tia Bessel.
Trong trường hợp cĩ phản hồi ngược mất mát của buồng cộng hưởng cĩ hệ mở rộng chùm tia Bessel là: ( )1 ( )2 ( )2 B ' 2 2 C 1 2 d 2 r L = −2ln R R R 1− α +2ln 1 R R 1 − − α (2.13)
Trong đĩ R2 là hệ số phản xạ trên gương M2, Rr là hệ số phản xạ trên cách tử, đối với cách tử ta chỉ sử dụng tán xạ bậc một và Rd+Rr=1 [4]. Trong trường hợp thành phần thứ hai bên phải phương trình 2.13 đại diện cho sự đĩng gĩp của chùm tia phản hồi ngược vào mất mát chung của buồng cộng hưởng. Xét một vài giá trị với các giả thiết R1=R2’=R2=0,94, Rd+Rr=1 và α=5%, 10% và
xạ nhỏ (<20%) thì việc sử dụng chùm tia phản hồi sẽ giảm đáng kể mất mát trong buồng cộng hưởng và như vậy giảm được ngưỡng phát. Ngay cả khi mất mát trên hệ mở rộng chùm tia lên 15%, và hệ số tán xạ trên cách tử cỡ 25% thì ngưỡng phát cũng giảm đáng kể ( 50%≈ ). Như vậy hệ mở rộng chùm tia kiểu Bessel đĩng vai trị quan trong thứ hai là tạo tia phản hồi ngược để nâng cao hiệu suất phát của laser giống như một gương phản xạ 100% đặt vuơng gĩc vối cách tử trong cấu hình của Guang.
2.4. Kết luận.
Như vậy, buồng cộng hưởng cách tử gĩc là với hệ mở rộng chùm tia kiểu Bessel hoạt động ở chế độ băng hẹp với các đặc tính như sau:
- Cĩ thể thay đổi bước sĩng của laser phát ra trên một vùng phổ rộng từ tử ngoại đến hồng ngoại gần.
- Độ tinh chỉnh tần số được nâng cao.
- Khác với các cấu hình trước đây khi đưa vào buồng cộng hưởng nhiều chi tiết lọc lựa thì mất mát lớn, nhưng trong trường hợp buồng cộng hưởng này khơng những nâng cao độ chính xác, tinh chỉnh, độ đơn sắc bảo đảm mà cịn giảm được mất mát (giảm ngưỡng phát và tăng hiệu suất).
KẾT LUẬN CHUNG
Nhằm mục đích phát triển nghiên cứu và ứng dụng laser màu xung vào cuộc sống, nhiều nhà khoa học đã cứu và đưa ra nhiều cấu trúc buồng cộng hưởng khác nhau. Tuy nhiên các cấu trúc đã đưa ra, để tăng độ tinh chỉnh thì làm cho mất mát tăng và ngược lại. Trên cơ sở đĩ, luận văn đã tập trung tìm hiểu về laser màu với cấu trúc “Buồng cộng hưởng cách tử gĩc là với hệ mở rộng chùm tia kiểu Bessel” để đưa ra các tính chất ưu việt và khả năng ứng dụng của buồng cộng hưởng này cho khoa học cơng nghê hiện nay. Với tinh thần trên luận văn đã đạt được các kết quả sau:
1-Trình bày tổng quan lý thuyết về laser màu. Đưa ra được tính chất của laser màu, quang phổ của chất màu, nguyên tắc hoạt động của laser màu và ảnh hưởng của các thơng số đến sự phát của laser màu.
2-Lý thuyết về buồng cộng hưởng laser. Trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết của Fox-Li cho thấy đặc điểm nổi trội của buồng cộng hưởng quang học cho laser như cơng suất phát, tính đơn mode…
3-Tìm hiểu chi tiết về buồng cộng hưởng tán sắc mà cụ thể là buồng cộng hưởng dùng cách tử. Các kết quả chỉ ra một số hạn chế của các loại buồng cộng hưởng này như khi tăng độ tinh chỉnh tần số của laser phát thì lại làm tăng ngưỡng phát của laser hay mất mát ở trong các loại buồng cộng hưởng này vẫn cịn lớn như buồng cộng hưởng Littman…
4-Trình bày cĩ hệ thống lý thuyết về “Buồng cộng hưởng cách tử gĩc là với hệ mở rộng chùm tia kiểu Bessel”. Đã chỉ ra được sự kết hợp đồng thời hai tính năng: Tăng độ tinh chỉnh và tăng hiệu suất của buồng cộng hưởng.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Hồ Quang Quý (1998), “Các bài giảng về Vật lý laser”, NXB Hà Nội.
2. Hồ Quang Quý & Vũ Ngọc Sáu (2004), “Laser bước sĩng thay đổi và Ứng dung”, NXB ĐHQG Hà Nội.
3. Đinh Văn Hồng & Trịnh Đình Chiến (1999), “Vật lý laser và Ứng dụng”, NXB ĐHQG Hà Nội.
4. Cao Thành Lê (2001), “Khảo sát ảnh hưởng của các thơng số phân tử, nguồn bơm và Buồng cộng hưởng đến hoạt động của laser màu”, Luận án tiến sỹ vật lý, Vinh.
5. Nguyễn Đại Hưng (1987), “Luận án phĩ tiến sỹ”, Hà Nội.
6. Hồ Quang Quý (1992), “Laser cĩ bước sĩng thay đổi trên cơ sở tương tác phi tuyến ba sĩng”, Luận án phĩ tiến sỹ, Hà nội.
7. Nguyễn Đại Hưng (1998), “Quang điện tử và Quang học vật rắn”, Huế, tr 76-89.
8. Đinh Xuân Khoa (1996), “Động học phát xạ của laser màu”, Luận án phĩ tiến sỹ Tốn lý, Vinh.
9. Vũ Ngọc Sáu (1996), “Ứng dụng lý thuyết tai biến vào mơ hình laser”, Luận án phĩ tiến sỹ, Vinh.