- 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 νF = c/2d với pha bất kì. Người ta dùng các kỹ thuật làm cho pha của các mode này gần giống nhau, do đó các mode sau đó liên kết với nhau thành một chuỗi tuần hoàn với chu kì T
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, Aq là đường bao phức, |Aq| 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 Aq 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 TF và A(t-z/c) là hàm tuần hoàn của z
Nếu pha và biên độ của Aq 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 TF = 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 dxung = cτxung = 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