CHƯƠNG 3: MỘT SỐ VẤN ĐỀ VẬT LÝ TRONG BUỒNG CỘNG HƯỞNG MINI CHO LASER Nd:YAG
3.4. Một số kết quả thu được
Dựa trên cơ sở những phân tích lý thuyết ở trên và trong thực nghiệm , chúng tôi thu được một số kết quả sau:
a. Phương án cho cấu trúc buồng cộng hưởng
Trong điều kiện cho phép thì cấu trúc buồng cộng hưởng tối ưu được chọn sẽ là:
+ Cấu trúc của buồng cộng hưởng chỉ bao gồm hai gương, một tinh thể laser và một Q-switch thụ động
+ Cr4+: YAG dùng làm Q-switch thụ động là lựa chọn lý tưởng
+ Có hai phương án về gương: Cả hai gương đều là gương phẳng hoặc một lăng kính tam diện và một gương phẳng.
b. Cấu trúc mode
Với các phương án chọn gương khác nhau sẽ cho ta các cấu trúc mode khác nhau:
+ Đối với buồng cộng hưởng chỉ dùng các gương phẳng: Chỉ cho mode bậc cao, vì các buồng cộng hưởng ở giới hạn ổn định (g1g2=1) chỉ cho mode TEM00, khi số Fresnal hiệu dụng Neff=a2/(2Lλ) <3, trong đó a là khẩu độ chắn sáng của laser, L là độ dài buồng cộng hưởng và λlà bước sóng của laser. Buồng cộng hưởng đang thiết kế có Neff=20, tức là không cho mode TEM00.
+ Đối với buồng cộng hưởng sử dụng lăng kính tam diện: Mode thu được là một hoa văn toả tròn. Cấu trúc mode đặc biệt này cũng phù hợp với cấu trúc mode được mô tả trong phần dưới (hình 3.8).
Như vậy cấu trúc mode của buồng cộng hưởng mini không có dạng Gauss mà có dạng hoa văn.
c. Về các thông số laser
+ Độ rộng xung được tính theo công thức:
0 0 ln ln (1 ln ) pulse L X t cα l X Y Y Y ∆ = − + Với 1 ln X Y X X − =
Trong đó: c0 là tốc độ ánh sáng, α0 là hệ số mất mát do tán xạ và hấp thụ
trong thanh hoạt chất, L là độ dài buồng cộng hưởng và 0 0 g l X l α = . Với độ tăng ích tín hiệu nhỏ g0l = 1,425 , tỉ số X = 71,25, độ phản xạ của gương ra R=54% thì ∆tpulse =11,6ns. Số đo thực tế của độ rộng xung ∆tpulse =: 10ns. Hai số liệu này khá phù hợp nên cho phép có thể sử dụng mô hình Degan trong tính toán thiết kế buồng cộng hưởng.
+ Năng lượng xung được tính theo công thức:
0 0 0 ln ln 2 ( ) out f R g l h E A g l υ σ =
Trong đó: σ0 là tiết diện hiệu dụng của phát xạ kích thích, (g l0 )f là độ tăng ích tín hiệu nhỏ khi xung kết thúc, A là tiết diện chùm tia,
υ −
Hình 3.8: Các hoa văn của phân bố cường độ mode ngang theo góc quay.
Hình 3.9: Hoa văn phân bố cường độ của mode ngang thực tế thu được
Hình 3.10: Độ rộng xung laser đo được
4mm, 19 2 0 2,8 10 cm
σ = × − và g0l/(g0l)f =0,776 thì Eout=16.5 mJ. Số đo thực tế của năng lượng xung Eout : 15 mJ.
Nhận thấy các số liệu tính toán cho độ rộng xung và năng lượng xung khá phù hợp với số liệu đo thực tế. Điều này cho phép chúng ta có thể sử dụng mô hình Degan trong tính toán thiết kế buồng cộng hưởng mini.
Đối với vấn đề tối ưu hoá toàn diện buồng cộng hưởng, đây là một vấn đề phức tạp và thường được giải quyết với sự giúp đỡ của phần mềm Pro/Enginerr – một hệ CAD lập mô hình khối thông số 3 – D.
d. Sản phẩm
Trên đây là các sản phẩm đầu tiên về buồng cộng hưởng mini cho laser Nd:YAG được chế tạo tại viện Ứng dụng Công nghệ.
KẾT LUẬN
Thời gian làm luận văn không dài và gặp nhiều khó khăn, nhưng cùng với sự giúp đỡ của thầy hướng dẫn, cùng các thầy cô và các bạn trong bộ môn Quang Lượng Tử, luận văn đã đạt được những kết quả sau:
Hốc cộng hưởng quang học (hốc cộng hưởng trước khi tích hợp).
Cơ cấu đỡ và căn chỉnh tinh thể Q-switch.
Hốc cộng hưởng được tích hợp với buồng bơm quang học tạo thành đầu phát laser.
• Tổng quan và phân tích đầy đủ các cấu hình buồng cộng hưởng laser trên cơ sở thoả hiệp ba tiêu chí: Mất mát do nhiễu xạ, thể tích mode và độ dễ đồng chỉnh. Từ đó kết luận chỉ có cấu hình buồng cộng hưởng song phẳng là phù hợp với yêu cầu đặt ra nếu giải quyết được vấn đề dễ mất đồng chỉnh.
• Tìm hiểu và tham gia xây dựng cơ sở lý thuyết cho giải pháp sử dụng lăng kính tam diện để khắc phục hiện tượng dễ mất đồng chỉnh.
• Tìm hiểu và nghiên cứu mô hình lý thuyết của Degan cho nghiên cứu quá trình động học của laser rắn được điều biến thụ động.
• Áp dụng lý thuyết Degan để tối ưu hoá một số thông số của laser Nd:YAG điều biến thụ động bằng tinh thể Cr4+: YAG.
Về cơ bản, các kết quả tính toán lý thuyết là phù hợp với những số liệu thực nghiệm đo đạc được tại phòng thí nghiệm của Viện Ứng dụng Công nghệ. Tuy nhiên, đây mới chỉ là những nghiên cứu bước đầu trong quá trình thiết kế, chế tạo các loại laser rắn mini tại Việt Nam. Một số vấn đề tiêu biểu cho laser mini như: sự tạo thành mode trong buồng cộng hưởng, ảnh hưởng của bức xạ bơm lên bức xạ laser… vẫn đang được chúng tôi tiếp tục nghiên cứu thêm.
Những kết quả này cũng đã được nhóm nghiên cứu công bố trên kỷ yếu của hội nghị “Proceding of International coference on the Photonics and Application”, Vietnam OPTO, 11 – 2008, Ho Chi Minh City, Vietnam.