λ/2: bản nữa bước sóng; F: thấu kính hội tụ; BBO: tinh thể lưỡng chiết; BG39: kính lọc màu
2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phát sóng
hòa âm bậc hai
Như vậy, việc hội tụ tia laser xung có bước sóng trung tâm khoảng 800 nm vào tinh thể BBO cho phép tạo ra tia tín hiệu có bước sóng quanh 400 nm thông qua hiệu ứng "nhân đôi tần số" hay còn gọi là "sóng hòa âm bậc hai". Hiện nay, các nghiên cứu về SHG đã đạt được hiệu suất chuyển đổi lên tới50% bằng cách kết hợp tính chất phi tuyến bậc hai của các tinh thể và xung laser femto giây có công suất đỉnh cực cao, được tạo bởi hệ laser khuếch đại [2]. Hiệu suất nhân đôi tần số phụ thuộc vào các thông số được thể hiện trong mối quan hệ dưới đây.
I2ω(L) = 8ω 2|χ(2)|2 n2 ωn2ωεoc3Iω2(0)L2(sin(∆kL/2) ∆kL/2 ) 2 (2.1)
Trong đó,Llà bề dày tinh thể∆k= 2kω−k2ω là mức độ không hợp pha. Theo phương trình 2.1 thì cường độ tín hiệu SHG tỷ lệ thuận với bình phương cường độ của xung laser cơ bản và với bình phương của bề dày tinh thể nếu sự hợp pha∆k = 0
được thỏa mãn. Sự hợp pha này sẽ được đảm bảo nếu như chiết suấtn(ω) = n(2ω). Trong thực tế, chiết suất thay đổi theo bước sóng và chưa có môi trường đơn chiết suất nào thỏa mãn được điều kiện trên. Tuy nhiên vấn đề hợp pha vẫn thực hiện được nếu sử dụng tinh thể lưỡng chiết.
2.2.1 Tinh thể lưỡng chiết
Trong số các đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất quang của tinh thể thì chiết suất là đại lượng phản ánh rõ nét nhất tương tác giữa môi trường và ánh sáng lan truyền. Dựa vào sự phân bố chiết suất của tinh thể theo các phương khác nhau mà người ta chia tinh thể phi tuyến thành 2 loại: tinh thể lưỡng chiết (hay tinh thể đơn trục) và tinh thể lưỡng trục. Đồng thời để biểu diễn sự phân bố chiết suất trong tinh thể với các bán trục nằm theo phương của các trục chính của tinh thể thì khái niệm "Ellipsoid" xuất hiện . Một ellipsoid có phương trình dạng tổng quát như sau:
x2 n2 x + y 2 n2 y + z 2 n2 z = 1