Với hệ đo vết tự tương quan được thiết kế và chế tạo như trờn và sử dụng một dao động ký thụng thường 20 MHz, thiết bị đo xung đó được sử dụng để đo và thu vết tự tương quan của cỏc xung laser cực ngắn (cỡ 10 ps) được phỏt ra từ hệ laser Nd:YVO4 mode-locking thụ động, tần số lặp lại 30-100 MHz, được bơm bằng laser bỏn dẫn .
Khi hệ gương quay với tần số f thỡ theo phương trỡnh (2.16) ta cú mối liờn hệ giữa độ rộng vết tự tương quan ∆τ thu được với độ rộng xung thực ∆T được cho bởi cụng thức sau với giả thiết xung laser cú dạng sech2(t) và gúc tới ban đầu
ψ =π/4: ∆L =4.R.θ.sin2ψ (2.22) ⇒ ∆ =L 8 . .sin 2 . .π R ψ f ∆ =τ 1,54.∆T c. (2.23) 8. . .1,54. . 1,542. . q q R T c T T π ∆τ π τ∆ ⇒ ∆ = = 10-9(s) (2.24) Trong đú: T là chu kỡ của hệ gương quay M1 và M2. R = 7.5 10-2 m là bỏn kớnh trục quay của hệ. Từ (10) thấy rằng, với tần số quay khỏc nhau vết tự tương quan cú độ rộng khỏc nhau.
Hỡnh 2.19. Vết tự tương xung laser ngắn phỏt ra từ hệ laser Nd:YVO4 mode- locking thụ động 1,542. . q T T π τ∆ ⇒ ∆ = 10-9(s) = 12,78 (ps)
Trong ổn định cơ -quang cho phộp, cỏc phộp đo đó được thực hiện ở những tần số quay khỏc nhau nhỏ hơn 5 Hz. Độ rộng trung bỡnh của xung laser cần đo là 12,40 ps, với sai số là ± 0.36 ps (tương ứng ± 3%).
Thiết bị đo vết tự tương quan cường độ này, sau khi đơn giản chỉnh lại cấu hỡnh quang học, cũng cú thể hoạt động tốt ở chế độ đo vết tự tương quan giao thoa. Khi kết hợp với một dao động ký nhanh (100 MHz), thiết bị đó cho phộp đo cỏc vết tự tương quan của xung laser mode-locking (hỡnh 5). Với phộp đo vết tự tương quan giao thoa này, độ rộng xung laser thu được là 12,34 ps.
Kết luận chương 2
Chương hai là chương trọng tõm của luõn văn, trong chương này chỳng tụi đó tỡm hiểu và nghiờn cứu nhưng vấn đề sau.
• Nghiờn cứu kỹ thuật sử dụng hàm tự tương quan để xỏc định độ rộng laser
• Nghiờn cứu cỏch bố trớ hệ đo autocorrelator, nhưng chỳ ý dẫn đến sai số hệ đo.
• Đo thành cụng độ rộng xung laser màu STS ở bước súng 562 nm.
• Phỏt triển hệ đo, thay hệ lăng kớnh bởi hệ gương quay để đo độ rộng xung laser cực ngắn (cỡ 10 ps) được phỏt ra từ hệ laser Nd:YVO4 mode-locking thụ động, tần số lặp lại 30-100 MHz, được bơm bằng laser bỏn dẫn.
KẾT LUẬN
Với mục đớch nghiờn cứu cỏc phương phỏp phỏt xung laser ngắn và kỹ thuật tự tương quan xỏc định độ rộng xung và sử dụng nú đo độ rộng xung đó thu được cỏc kết quả sau:
• Nghiờn cứu và phõn tớch cỏc phương phỏp phỏt xung laser ngắn cú khả năng ứng dụng cao trong vật lý, hoỏ học, sinh học, y học và trong thụng tin quang.
• Nghiờn cứu kỹ thuật tự tương quan xỏc định độ rộng thời gian xung laser ngắn. Cơ sở sử dụng hàm tự tương quan và quan hệ giữa khụng gian và thời gian để xõy dựng lý thuyết đo độ rộng xung laser ngắn .
• Nghiờn cứu và sử dụng thành cụng thiết bị tạo hàm tự tương quan , cỏch sử dụng cỏc thiết bị và phần mềm kết nối mỏy tớnh. Cỏch sử dụng hệ đo hệ đo autocorrelator khi được kết nối mỏy tớnh đo độ rộng xung laser ngắn.
• Nghiờn cứu ký thuật đo xung laser ngắn trực tiếp bằng dao động ký, sử dụng hệ gương quay tạo thời gian trễ xung theo mong muốn. Từ đú đo độ rộng xung với sai số rất nhỏ.
• Xỏc định thành cụng vết tự tương quan cường độ. Thiết bị đó được sử dụng để xỏc định và tối ưu hoạt động của cỏc hệ laser Nd:YVO4 mode-locking thụ động, phỏt xung ngắn 10 ps, tần số lặp lại 30 -100 MHz, được bơm bằng laser bỏn dẫn. Dự cú bị hạn chế về độ ổn định cơ-quang ở tần số quay cao, thiết bị đó hoạt động tốt ở tần số quay từ 1 ữ 5 Hz với sai số phộp đo ± 3%. Đõy tuy là những kết quả đầu tiờn trong việc sử kỹ thuật tự tương quan xỏc định độ rộng thời gian xung ngắn. Để định hướng cho việc nghiờn cứu và phỏt triển cỏc cỏc laser phỏt xung ngắn, tần số lặp lại cao dựng trong cỏc ngành khoa học, thụng tin quang - chỳng tụi đang thiết kế cỏc cấu hỡnh nhằm giảm độ sai số khi đo, khụng giới hạn dạng xung đưa vào.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1] Chử Thị Thu Hà (2005), "Cỏc kết quả nghiờn cứu ban đầu laser vi cầu trờn nền thủy tinh Silica Aluminium pha tạp đất hiếm Erbium", Luận văn thạc sỹ
[2] Đinh Văn Hoàng, Trịnh Đỡnh Chiến (1999), “Vật lý laser và ứng dụng”, Đại học khoa học tự nhiờn.
[3] Đỗ Quốc Khỏnh (2004), “Nghiờn cứu, thiết kế và chế tạo một hệ laser Nd:YVO4
được bơm bằng laser diode”, Luận văn thạc sỹ vật lý.
[4] Lờ Hoàng Hải (2004), "Nghiờn cứu sự lan truyền xung laser qua cỏc mụi trường khuếch đại và hấp thụ bóo hũa. Ứng dụng để phỏt cỏc xung laser cực ngắn", Luận ỏn tiến sỹ vật lý
[5] Nguyễn Đại Hưng, Phan Văn Thớch (2005), “Thiết bị và linh kiện quang học, quang phổ laser”, Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Hà Nội
[6] Nguyễn Trọng Nghĩa, Đỗ Quốc Khỏnh, Trần Việt Phương, Lờ Thị Thanh Nga, Phạm Long, Nguyễn Đại Hưng (2005), "Cỏc đặc trưng của laser Nd:YVO4 phỏt liờn tục, hiệu suất cao được bơm bằng laser bỏn dẫn", Hội nghị vật lý toàn quốc
[7] Phạm Long (2005), “Vật liệu màu hữu cơ trong cụng nghệ laser màu xung ngắn”, Luận ỏn tiến sỹ
[8] Vũ Văn San (2003), "Hệ thống thụng tin quang", T2, Nhà xuất bản Bưu Điện
Tiếng Anh
[9] B.E.A. Saled & M.C. Teich (1991), “Fundamentals of Photonics”, Part 2, J.W. Goodman Press.
[10] Craig A. Williamson (2003), “Mode locking of novel semiconductor lasers”, [11] Encyclopedia of laser physics and technology, http://www.rp-photonics.com
[12] http://www.batop.de/informations
[13] L.D. Jung, F.X. Kọrtner, N. Matuschek, D.H. Sutter, F.Morier-Genoud, Z. Shi, V. Scheuer, M. Tilsch, T. Tschudi, U.Keller (1997), “Semiconductor saturable absorber mirrors supporting sub-10-fs pulses”, Appl. Phys. B 65, 137-150 . [14] Ursula Keller (1996), “Semiconductor Saturable Absorber Mirrors (SESAM’s)
for Femtosecond to Nanosecond pulse generation in solid-state lasers”, IEEE J. Quantum Electron. Vol 2, No 3, 435-453.
[15] Ursula Keller (2003), “Recent developments in compact ultrafast lasers”, Nature Vol 424, 831-838.
[16] Wolfgang Demtrửder (1998), “Laser Spectroscopy - Basic Concepts and Instrumentation”, Second Edition, Springer Press.
[17] B.G. Kim, E.Garmire, S.G. Hummel, and P.D. Dapkus (1989) “Nonlinear Bragg reflector based on saturable absorption”, Appl.Phys. Lett., vol.54, 1095- 1097.
[18] I.D. Jung, F.X. Kartner, N. Matuschek, D.H. Sutter, F. Morier-Genoud, G.Zhang, U. Keller, V.Scheuer, M. Tilsch, T.Tschudi (1997), “Self-starting 6.5- fs pulses from a Ti:sapphire laser”, vol.22, No. 13, 1009-1011.
[19] Claude Rulliere, Femtosecond Laser Pulses, Springer. Chap. 7, p.195 (2005) [20] Zafer A. Yasa, Nabil M. Amer, Optics Communications, Vol 36, p.406 (1981) [21] A. Watanabe, H. Saito et al. Optics Communications, Vol 69, p.405 (1989) [22] D.T. Reid, M. Padgett, C. McGowan et al., Optic Letters, Vol 22, p.233 (1997). [23] Do Q. Khanh, N. Trong Nghia, P. Long, Trinh D. Huy and N. Dai Hung.