CHƯƠNG 2: CƠ SỞ ĐỘNG HỌC CỦA LASER RẮN ĐƯỢC Q-SWITCH THỤ ĐỘNG
2.2. Các kết luận tổng quát của mô hình phương trình tốc độ.
Độ rộng xung (W) được xấp xỉ hoá bằng cách sử dụng các đại lượng được dẫn ra trước đây là năng lượng (E) và công suất đỉnh (P):
w 2 p t E P ≈ = (2.22) Chúng ta có thể tăng sự tính toán độ rộng xung bằng việc thừa nhận dạng xung Gauss và sử dụng công suất đỉnh và năng lượng xung để tính toán độ rộng xung. Thực tế, việc sử dụng dạng xung Gauss có thể đem lại kết quả tính toán độ rộng xung khoảng 6%. Tuy nhiên việc sử dụng phương trình 2.22 để đảm bảo mô hình phương trình tốc độ đơn giản như biểu diễn trong [7].
2.2. Các kết luận tổng quát của mô hình phương trình tốc độ.
Hiện nay các loại laser rắn Q-switch thụ động bằng chất hấp thụ bão hòa vẫn tiếp tục được phát triển nhờ những ưu điểm nổi bật như: kích thước nhỏ gọn, có thể cho xung ngắn cỡ nano giây với năng lượng khá cao, dễ dàng bố trí lắp đặt và giá thành hạ. Chúng đã được ứng dụng trong rất nhiều thiết bị quang điện tử hiện đại, đặc biệt là các thiết bị cầm tay do những yêu cầu về giới hạn kích thước laser.
Tuy nhiên do chịu ảnh hưởng của rất nhiều tham số cấu thành nên hệ laser, nên trong quá trình chế tạo các loại laser Q-switch thụ động, trước tiên cần phải tiến hành một bước tiền thiết kế nhằm tối ưu hóa các thông số trên để đạt được hiệu suất hoạt động cao nhất. Cùng với đó, cơ sở mô hình lý tuyết của các laser Q-switch thụ động đã được hình thành và ngày càng hoàn thiện hơn nên việc tính toán, thiết kế tối ưu một hệ laser là hoàn toàn có thể tiến hành trước với độ tin cậy cao.
Trước tiên, một hệ laser Q-switch thụ động có thể được thiết kế tối ưu bằng cách lựa chọn hệ số phản xạ của gương laser ra nhằm thu được năng
lượng xung laser lớn nhất (J. Degnan [1], [2]). Khi xét đến ảnh hưởng của hiện tượng hấp thụ trong trạng thái kích thích của chất hấp thụ bão hòa, G. Xiao, M. Bass [3], X. Zhang và các cộng sự [4] đã tìm được biểu thức tối ưu của độ truyền qua ban đầu đối với một môi trường hấp thụ bão hòa xác định, từ đó đã đề ra một quy trình tính toán nhằm thu được năng lượng xung laser ra lớn nhất và độ rộng xung cực tiểu. Y. Chen [5] đã đưa vào các phương trình tốc độ một hệ số liên quan đến tỷ lệ giữa tiết diện của chùm tia laser trong môi trường hoạt chất và trong chất hấp thụ bão hòa (A/As); và đã khảo sát ảnh hưởng của thông số này lên chế độ hoạt động tối ưu của laser Q- switch thụ động. Mở rộng hơn nữa, khi nghiên cứu hệ laser rắn Q-switch thụ động được bơm bằng laser diode, Dechun Li [6], X. Zhang [7] cũng đã tính đến tỷ số giữa bán kính của chùm laser ra và bán kính chùm laser bơm (ωL/ωP) – với giả thiết các chùm laser đều có dạng Gauss; từ đó có thể tìm được kích thước tối ưu chùm tia bơm.
Trong luận văn này, chúng tôi trình bày phương pháp và quy trình tính, toán thiết kế tối ưu một hệ laser Nd:YAG được Q-switch thụ động bằng chất hấp thụ bão hòa Cr4+:YAG. Các phương trình tốc độ được đưa ra dựa trên những giả thiết và điều kiện thực nghiệm như sau: (1) hệ laser được bơm bằng đèn flash, (2) hai gương laser đều là gương phẳng, (3) bỏ qua các hiệu ứng do nhiệt trong thanh laser, (4) laser phát bức xạ ở mode cơ bản TEM00. Từ việc giải hệ phương trình tốc độ này, ta sẽ thu được biểu thức của các thông số laser quan trọng như năng lượng xung, công suất đỉnh, độ rộng xung phụ thuộc vào hệ số phản xạ của gương ra và độ truyền qua ban đầu của chất hấp thụ bão hòa. Và dựa vào đó, ta có thể tìm được giá trị tối ưu của các tham số này.