2.2.4 Công suất đỉnh của xung laser
Hiệu suất SHG đạt cực đại ngoài yêu cầu điều kiện hợp pha được thỏa mãn, độ hội tụ của chùm sáng mạnh thì còn phụ thuộc vào công suất đỉnh của xung laser. Công suất đỉnh của xung laser cao thì cường độ của chùm tia laser mới mạnh. Để đạt được điều này cần sử dụng xung laser có năng lượng được giới hạn trong một khoảng thời gian ngắn để đạt được công suất đỉnh lớn. Công suất đỉnh của xung laser phụ thuộc vào năng lượng ban đầu và khoảng thời gian phát xung. Điều kiện năng lượng ban đầu không đổi và rất nhỏ để công suất đỉnh của xung laser cao thì ta phải rút ngắn thời gian phát xung. Khi càng co ngắn thời gian phát xung thì công suất đỉnh sẽ càng lớn. Ví dụ năng lượng xung là 1mJ phát ra trong khoảng 10fs thì công suất đỉnh có thể đạt được là 100GW. Những xung có công suất đỉnh cao được tạo ra bởi các laser khóa mode. Ngoài ra công suất đỉnh còn phụ thuộc vào hình dạng khoảng thời gian của xung. Cụ thể xung soliton có dạng sech2 thì công suất đỉnh được tính như sau: Pp = 0.88Ep
được thay bằng 0.94.
Tóm lại công suất đỉnh của xung laser cũng đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất phát sóng hòa âm bậc hai. Do đó để đạt công suất đỉnh lớn chúng ta cần sử dụng những laser phát ra xung cực ngắn vì những laser này có công suất trung bình thấp nhưng công suất đỉnh thì rất cao do toàn bộ năng lượng chỉ tập trung trong một khoảng thời gian ngắn.
Kết luận chương 2
Trong chương này chúng tôi đã trình bày chi tiết về qui trình kỹ thuật tạo sóng hòa âm bậc hai bằng laser femto giây và tinh thể lưỡng chiết BBO. Khi cho xung laser femto giây có bước sóng 800nm đi qua tinh thể BBO, quá trình tương tác giữa xung laser với môi trường phi tuyến bậc hai thì sóng hòa âm bậc hai được tạo ra có bước sóng là 400nm và có tần số gấp đôi tần số xung laser cơ bản. Sau khi đã trình bày vấn đề kỹ thuật tạo sóng hòa âm bậc hai, chúng tôi tiến hành phân tích định tính các yếu tố thực nghiệm cho phép nâng cao hiệu quả chuyển đổi tín hiệu. Qua đó, chúng tôi đã nhận thấy rằng xung laser có công suất đỉnh cao chiếu vào tinh thể lưỡng chiết xảy ra điều kiện hợp pha và độ tụ của chùm sáng trên bề mặt tinh thể cao thì hiệu suất phát sóng hòa âm bậc hai sẽ đạt hiệu quả. Bên cạnh đó các yếu tố như tiêu cự của thấu kính hội tụ, bề dày tinh thể,... cũng góp phần ảnh hưởng đến hiệu suất phát sóng hòa âm bậc hai.
Kết luận và Kiến nghị
Trong nghiên cứu này chúng tôi đã tổng hợp lý thuyết về laser xung ngắn và hiệu ứng quang học phi tuyến bậc hai. Thí nghiệm tạo tín hiệu nhân đôi tần số bằng laser femto giây đã được triển khai thử nghiệm tại phòng thí nghiệm Điện tử và Quang tử học. Chi tiết về cách vận hành thí nghiệm đã được trình bày cùng với sơ đồ nguyên lý. Do giới hạn điều kiện hạ tầng của phòng thí nghiệm nên trong nghiên cứu này chúng tôi không đi sâu vào khảo sát thực nghiệm. Mặc dù vậy, chúng tôi đã đánh giá được các yếu tố cho phép nâng cao hiệu suất phát sóng hoà âm bậc hai thông qua mối liên hệ giữa các biến số trong mô hình lý thuyết và sự quan sát trong quá trình điều chỉnh thí nghiệm. Thông qua kết quả nghiên cứu, chúng tôi nhận thấy rằng tín hiệu sóng hoà âm bậc hai tạo bởi tinh thể BBO phụ thuộc vào hai yếu tố chính là: sự hợp pha và mật độ quang.
Theo nhận định của chúng tôi thì thí nghiệm tạo sóng hòa âm bậc hai bằng laser xung ngắn trong tinh thể lưỡng chiết là dễ thực hiện và đây là thí nghiệm mà cường độ sáng của tín hiệu đầu ra thể hiện sự phi tuyến rất rõ ràng, tỷ lệ thuận với bình phương cường độ sáng của tín hiệu đầu vào. Chính vì vậy mà thí nghiệm này nên được triển khai rộng rãi trong các phòng thí nghiệm quang học để sinh viên có thể dễ nắm bắt các khái niệm của lĩnh vực quang học phi tuyến.
Phụ lục A
Hình ảnh