III.3.4 Khóa mode dọc

- Khi t= t2: mất mát được phục hồi, đảm bảo thời gian để tạo đảo mật độ tích lũy chuẩn bịcho xung tiếp theo

III.3.4 Khóa mode dọc

Khóa mode dọc tạo nên các xung laser cực ngắn ps (10-12s) và fs (10-15s) dựa trên mối liên hệ giữa các pha trong BCH.

Thông thường laser hoạt động đa mode dọc, các mode này dao động độc lập với nhau và cách nhau 1 khoảng

ν

III.3.4. Khóa mode dọc

a) Tính chất của một chuỗi xung mode locking

Nếu mỗi mode laser như một sóng phẳng đồng bộ truyền theo trục z với vận tốc c = c₀/n, lúc này trường sóng của laser:

(3.87)

trong đó _(3.88)

là tần số của mode thứ q, A_q là đường bao phức, |A_q| là biên độ của hàm sóng. Giả thiết mode ứng với q = 0 trùng với tần số trung tâm ν₀ của hình dạng vạch phổ của nguyên tử trong BCH.

Vì mode tương tác với các nhóm nguyên tử khác nhau trong môi trường mở rộng không đồng nhất, nên pha của A_q là bất kì và độc lập. Thay (3.88)

27/09/2011 112

III.3.4. Khóa mode dọc

(3.89)

và

(3.91)

trong đó ^(3.90)

A(t) là hàm tuần hoàn của T_F và A(t-z/c) là hàm tuần hoàn của z

Nếu pha và biên độ của A_q được chọn chính xác, A(t) sẽ có dạng của xung hẹp tuàn hoàn.

III.3.4. Khóa mode dọc

và cường độ quang

(3.92)

trong đó

27/09/2011 114

III.3.4. Khóa mode dọc

Chu kì của chuỗi xung T_F = 2d/c chính là thời gian đi hết một chu trình của ánh sáng trong BCH. Do đó ánh sáng trong 1 laser bị khóa mode được xem như 1 xung hẹp đơn của photon phản xạ giữa 2 gương. Mỗi lần phản xạ ở gương ra, 1 phần ánh sáng truyền ra ngoài dưới dạng xung. Các xung cách nhau 1 khoảng c(2d/c) = 2d và độ rộng xung về mặt không gian d_xung = cτ_xung = 2d/M.

Hình dạng xung phụ thuộc vào số mode M. Nếu thì độ rộng xung Cường độ đỉnh gấp M lần cường độ trung bình của mỗi mode.

III.3.4. Khóa mode dọc

Chu kì phát xung Khoảng cách xung

Cường độ trung bình

Độ rộng xung (thời gian)

Độ rộng xung (không gian)

Cường độ đỉnh

27/09/2011 116

• Khóa thụ động (passive mode locking)

- Đưa vào BCH một thiết bị để lựa chọn các mode biên độ và pha có liên hệ với nhau, những mode này tương ứng với xung có độ

rộng nhỏ nhất.

- thông thường, vật liệu hấp thụ

bão hòa được sử dụng: ở

cường độ cao hệ số hấp thụ bị

bão hòa. Các mode khác nhau (có biên độ và pha khác nhau) sẽ cạnh tranh và chỉ có những mode có pha kết hợp, có mất mát nhỏ nhất là tồn tại.

- chất hấp thụ bão hòa tạo ra xung ngắn cỡ ps.

III.3.4. Khóa mode dọc

… passive mode locking continued

typical pulse duration

27/09/2011 118

… passive mode locking continued

- các xung ngắn nhất (fs) được tạo ra bằng thấu kính Kerr,khóa mode thụ động laser Ti:Sa

Trong môi trường thấu kính Kerr, hiệu ứng Kerr được sử dụng. Ở

cường độ ánh sáng cao, chiết xuất của thấu kính Kerr bị thay đổi phụ thuộc cường độ ánh sáng. Khi đó, những mode có cường độ

cao sẽ có pha tương tự nhau và nằm ở gần trục của BCH.

Khi các mode này kết hợp, xung có cường độ cao nhất đạt được.

III.3.4. Khóa mode dọc

Trường hợp này khi nào cường độ quang đủ lớn thì xung được phát ra, ta không kiểm soát được thời điểm xuất hiện của xung.

• Khóa chủ động (active mode-locking)

- Chủ động thay đổi chiều dài quang học của BCH, mất mát trong BCH hoặc thay đổi pha của chu trình.

Thông thường chiều dài một chu trình được điều chỉnh chính xác, do đó chu kì phát xung là cân bằng.

27/09/2011 120