I: Giới thiệu chung về laser rắn
1.4.2: Chế độ điều chế hệ số phẩm chất
Laser rắn tuy đã cho những công suất xung tơng đối lớn. Tuy nhiên trong một số ứng dụng ngời ta cần ngững xung cực lớn và thời gian xung rất hẹp. Yêu cầu này sẽ đợc thỏa mãn ở những laser rắn làm việc ở chế độ điều chế hệ số phẩm chất.
Hình 3.8: Sự phụ thuộc của ∆N và ρ vào thời gian
Để phân tích công tác của laser trong chế độ này ngời ta phân quá trình nghịch đảo nồng độ của các trạng thái công tác. Hình 3.8 trình bày sự phụ thuộc của
∆N và ρ vào thời gian. Xung bơm coi nh xung chữ nhật (lý tởng hóa) có độ rộng a↔d.
Trớc khi có xung bơm thì thì nghịch đảo nồng độ ∆N < 0. Vì mức laser dới có nồng độ lớn hơn mức laser trên. Sau khi cho xung bơm tác dụng vào thì thì nghịch đảo nồng độ tăng lên (đoạn a↔b). Tại thời điểm b thì ∆N đã lớn hơn
laser. Bức xạ đợc sinh ra sẽ làm thay đổi sự cân bằng của của những quá trình tích lũy và nghèo hóa của các mức công tác. Vì vậy có thể nói rằng tại thời điẻm ứng với điểm b sẽ xảy ra sự biến đổi về chất, về sự cân bằng của những quá trình trong môi trờng. Tồn tại trong môi trờng mật độ năng lợng lớn sẽ làm cân bằng mật độ của mức laser trên và mức laser dới và sau đó sẽ ngừng lại do mật độ mật độ năng lợng tiếp tục tăng. Trong chế độ phát tự do thì nghịch đảo nồng độ sẽ bị giảm (đờng chấm chấm trên hình 3.8). nếu buồng cộng hởng bị điều chỉnh lệch hoặc có một van quang học đặt trong buồng cộng hởng thì bức xạ sẽ không đợc hình thành, và tại điểm b nghịch đảo nồng độ không nhảy vọt về chất nữa và tiếp tục tăng, N21 sẽ tăng tới giá trị tới hạn
NN N b 21 32 21 32 21 2 lim γ γ γ γ ρ + − = ∆ ∞ →
Sở dĩ thế vì khi tăng nồng độ của mức laser tren thì bức xạ tự phát ở tần số dịch chuyển sẽ tăng lên và cuối cùng độ nghịch đảo có thể đạt tới giá trị cực đại. Sự phụ thuộc của ∆N vào thời gian trong trờng hợp buồng cộng hởng bị lệch điều chỉnh đợc biểu diễn trên hình 3.8 bằng đờng đậm nét. Rõ ràng nghịch đảo có thể đạt đợc giá trị lớn hơn trờng hợp bình thờng. Cần chú ý rằng độ nghịch đảo chỉ có thể tăng đáng kể khi và chỉ khi thời gian sống của mức laser trên rất lớn. Và điều này đã đợc thực hiện trong laser rắn.
Bây giờ nếu mở van quang học tại điểm C thì laser sẽ cho một xung rất lớn vì công suất bức xạ có thể coi nh tỉ lệ với hiệu độ nghịch đảo và độ nghịch đảo ng- ỡng. Công suất xung cực đại sẽ xảy ra tại thời điểm d và độ rộng của xung bức xạ (c↔e) sẽ rất nhỏ hơn độ rộng của xung bơm (a↔d).
Cơ chế bức xạ đã đợc mô tả ở trên đợc gọi là chế độ điều chế hệ số phẩm chất.Để thực hiện chế độ này, trong buồng cộng hởng cần có các van tác dụng nhanh. Hiện nay để làm van quang học ngời ta thờng dựa vào những hiệu ứng điện, cơ, quang hóa… Để điều chế hệ số phẩm chất dùng tế bào Kerr, tế bào Pockell.