Dựa trên tính chất của sợi quang tán sắc phi tuyến và các hiệu ứng phi tuyến xẩy ra trong sợi quang, luận án đã tập trung nghiên cứu quá trình phát và truyền soliton từ xung khởi phát dạng Gauss có chirp tần số. Những nội dung chủ yếu và kết quả mới đạt được như sau:
Luận án đã dẫn ra phương trình Schrodinger phi tuyến cho xung Gauss có chirp tần số lan truyền trong sợi quang có tán sắc bậc hai và bậc ba.
Luận án đã mô phỏng quá trình thay đổi dạng xung, công suất xung, phân tích ảnh hưởng của các tham số chirp và tham số tán sắc lên hệ số biến đổi độ rộng xung.
Đề xuất cấu hình laser sợi quang dạng vòng biến điệu thụ động với cách tử sợi Bragg có chirp tần số và gương hấp thụ bão hòa (SESAM) được bơm bằng laser diode thông qua bộ tách ghép đa bước sóng (WDM).
Sử dụng phương trình phức Ginzburg - Landau, luận án đã dẫn ra phương trình lan truyền xung Gauss có chirp trong buồng cộng hưởng và tìm được các điều kiện ổn định cho quá trình lan truyền xung.
Sử dụng các tham số thực nghiệm, luận án đã mô phỏng quá trình biến đổi xung Gauss có chirp trong buồng cộng hưởng và bình luận về ảnh hưởng của tham số chirp và tham số tán sắc lên quá trình biến đổi xung.
Từ điều kiện ổn định cho hoạt động của laser, luận án đã khảo sát ảnh hưởng của một vài tham số nguyên lý lên chiều dài buồng cộng hưởng của laser soliton.
Nội dung của luận án dựa trên 09 công trình KHCN đã được công bố trên các tạp chí khoa học và hội thảo khoa học công nghệ có uy tín trong nước và quốc tế như: Communication in Physics, VNU Journal of Science, Mathematics – Physics, Tạp chí Nghiên cứu KHCNQS (Viện KHCNQS), Hội nghị Quang học - Quang phổ toàn quốc , …
Một số kết quả nghiên cứu mới của luận án:
1. Đã khảo sát và phân tích ảnh hưởng của tham số chirp tần số C, tham số tán sắc bậc hai 2 và bậc ba 3 lên quá trình thay đổi xung Gauss có chirp tần số khi lan truyền trong sợi quang tán sắc phi tuyến. Kết quả cho thấy:
i) Xung Gauss chirp dương (C > 0) sẽ bị nén lại trong sợi quang chiết suất dị thường ( 2 < 0) và tương tự như vậy đối với xung Gauss chirp âm (C < 0) trong sợi quang tán sắc thường ( 2 > 0), tức là xung nén lại khi C 2 < 0;
ii) Có thể lựa chọn bộ tham số phù hợp của xung đầu vào và tính chất sợi quang để cho độ rộng xung sau khi truyền qua sẽ không thay đổi, thay đổi lớn nhất (nén mạnh nhất) hoặc thay đổi theo một tỉ lệ xác định sau khi truyền qua sợi quang có chiều dài lớn nhất
iii) Đối với các xung Gauss có độ rộng xung T0 1 ps, sự thay đổi độ rộng của xung phụ thuộc vào tham số tán sắc bậc ba là khá mạnh, khi tham số tán sắc bậc hai nhỏ và hầu như nó lại không thay đổi khi tham số tán sắc bậc hai lớn lên
iv) Đối với các xung cực ngắn với độ rộng xung T0 < 1ps, tán sắc bậc ba ảnh hưởng rất lớn đến sự mở rộng xung và lúc đó không phụ thuộc vào tham số chirp C.
2. Xuất phát từ mô hình laser sợi quang vòng biến điệu thụ động, đã dẫn ra phương trình Ginzburg - Landau cho xung Gauss có chirp tần số tuyến tính. Từ phân tích quá trình động đã đưa ra các phương trình cho điều kiện phát xung ổn định hay phát soliton thời gian. Từ đó, đã mô phỏng quá trình biến đổi xung Gauss có chirp tần số trong buồng cộng hưởng laser với các tham số thực nghiệm. Phân tích đánh giá ảnh hưởng của tham số chirp tần số lên dạng xung sau các số lần qua lại trong buồng cộng hưởng khác nhau của laser sợi quang tán sắc dị thường ( 2 < 0). Từ kết quả thấy rằng, xung Gauss sẽ được nén lại khi C > 0 và giảm đỉnh khi C < 0. Số vòng qua lại trong
buồng cộng hưởng càng lớn thì quá trình nén hay mở rộng xung càng hiệu quả hơn
3. Đã khảo sát ảnh hưởng của tham số chirp tần số C, tham số tán sắc 2
và công suất đỉnh xung khởi phát P0 lên chiều sợi quang cần chọn cho laser soliton. Từ kết quả phân tích cho thấy, hiệu ứng tán sắc, công suất đỉnh của xung khởi phát ảnh hưởng mạnh vào chiều dài sợi quang còn các hiệu ứng do chirp tần số C gây ra là ảnh hưởng không đáng kể lên nó
4. Tìm được chiều dài sợi quang ứng với bộ tham số đã đề xuất để laser luôn luôn phát soliton và cũng đã chỉ ra được rằng sẽ tồn tại bộ tham số mà laser không bao giờ phát soliton với mọi chiều dài của buồng cộng hưởng
Một số kiến nghị nghiên cứu tiếp theo:
Những kết quả thu được trong luận án đã áp dụng các tham số thực nghiệm trích dẫn trong các tài liệu công bố trước, do đó, kết quả này chỉ có thể định hướng cho các thực nghiệm với những giá trị của tham số chính đã khảo sát. Ngoài những tham số trên, các tham số khác của gương SESAM, cách tử sợi Bragg có chirp và sợi quang có thể thay đổi. Do đó, những khảo sát tiếp theo cần được quan tâm để đưa ra được các bình luận sát thực tế cho một thí nghiệm.
Hơn nữa, trong nghiên cứu của luận án, ảnh hưởng của các hiệu ứng phi tuyến Kerr khi xung laser cực mạnh đã được bỏ qua. Đây là vấn đề cần phải quan tâm tiếp trong thời gian tới để có thể đánh giá hết hiệu quả của quá trình phát và truyền soliton từ xung khởi phát dạng Gauss chirp tần số.