CHẤT MÀU VÀ LASER MÀU
2.2.4. Cỏc yếu tố ảnh hưởng đến phổ phỏt xạ của laser màu
Do những mất mỏt trong buồng cộng hưởng, vựng phổ phỏt xạ của laser màu bị giới hạn trong một phần của phổ huỳnh quang chất màu. Kết quả thu
được của nhiều nghiờn cứu cho thấy rằng phổ phỏt xạ của chất màu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như dung mụi, nồng độ dung dịch, phẩm chất và cấu tạo của buồng cộng hưởng, cụng suất bơm, … Sau đõy là những nghiờn cứu về sự phụ thuộc của phổ phỏt xạ chất màu vào cỏc yếu tố đú.
2.2.4.1. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch
Hỡnh 2.10 mụ tả sự phụ thuộc của phổ phỏt xạ chất màu Rhodamine6G/ Methanol vào nồng độ, cỏc thụng số của buồng cộng hưởng giữ cố định. Với chiều dài buồng cộng hưởng L, chiều dài mụi trường hoạt chất l, hệ số phản xạ hai gương lần lượt là R1 và R2, tỷ số bơm trờn ngưỡng phỏt r, xung lấy dạng Gauss. Khi giữ cố định mức bơm và cỏc thụng số của buồng cộng hưởng thỡ việc tăng nồng độ dung dịch N sẽ làm cho tỷ số N1/N giảm, điều đú dẫn đến hệ số khuếch đại giảm, cực đại của hệ số khuếch đại dịch dần về phớa súng dài cho nờn bước súng ứng với cường độ cực đại của phổ phỏt xạ laser dịch chuyển về phớa súng dài, độ dịch chuyển này là khỏ lớn.
Nguyờn nhõn này ta cú thể giải thớch như sau: Khi nồng độ thấp, số phõn tử được kớch thớch cũn ớt, hệ số khuếch đại nhỏ, ngưỡng phỏt laser cao nờn độ rộng phổ cũn hẹp. Khi tăng nồng độ đến mức khỏ cao thỡ điều kiện ngưỡng chỉ đạt được trong một lớp mỏng ngay lối vào của tia kớch thớch, nú sẽ làm tăng sự hao phớ do nhiễu xạ, tăng mất mỏt do hiện tượng hấp thụ và tăng gúc phõn kỳ của tia trong buồng cộng hưởng, điều đú khiến ngưỡng phỏt tăng, nghĩa là độ rộng vạch phổ sẽ giảm nếu tiếp tục tăng nồng độ chất màu.
2.2.4.2. Ảnh hưởng của buồng cộng hưởng
Bước súng (nm) 580 585 590 595 600 C ư ờ n g đ ộ Hỡnh 2.10 Sự phụ thuộc của phổ phỏt xạ chất màu Rhodamine6G/Methanol vào nồng độ
Nếu như chỳng ta giữ cho mức bơm và nồng độ chất màu khụng đổi và thay đổi phẩm chất của buồng cộng hưởng thỡ ngưỡng phỏt của laser cũng thay đổi. Giả sử ta tăng phẩm chất của buồng cộng hưởng thỡ ngưỡng phỏt của laser giảm, do đú hệ số khuếch đại ở phần súng dài cú thể cú giỏ trị lớn hơn ngưỡng, điều này sẽ làm cho bước súng ứng với cường độ cực đại của phổ phỏt xạ laser màu dịch chuyển về phớa súng dài, nghĩa là độ rộng phổ sẽ tăng khi giảm độ mất mỏt trong buồng cộng hưởng. Hỡnh 2.11 cho chỳng ta thấy khi giảm chiều dài buồng cộng hưởng thỡ cực đại phổ phỏt xạ của laser dịch chuyển dần về phớa súng dài, cường độ phổ phỏt xạ và tớnh đơn sắc của laser tăng.
Hỡnh 2.12 biểu thị cho sự phụ thuộc của phổ phỏt xạ của laser màu vào hệ số phản xạ của gương ra, ở đõy nếu chỳng ta tăng dần hệ số phản xạ của gương ra thỡ cực đại phổ phỏt xạ của laser dịch chuyển chậm về phớa súng dài nhưng cường độ phổ phỏt xạ tăng nhanh.
Hỡnh 2.11 Sự phụ thuộc của phổ phỏt xạ laser màu vào chiều dài buồng cộng hưởng
Bước súng (nm) 580 585 590 595 600 C ư ờ n g đ ộ
Hỡnh 2.12 Sự phụ thuộc của phổ phỏt xạ laser màu vào hệ số phản xạ của gương Bước súng (nm) 580 585 590 595 600 C ư ờ n g đ ộ
Từ hai hỡnh vẽ biễu diễn sự phụ thuộc của phổ phỏt xạ chất màu vào thụng số của buồng cộng hưởng ta nhận thấy độ dịch chuyển vạch phổ khi thay đổi chiều dài buồng cộng hưởng lớn hơn nhiều khi thay đổi hệ số phản xạ của gương, tuy vậy so với việc thay đổi nồng độ dung dịch thỡ vẫn ớt thay đổi hơn.
2.2.4.3. Ảnh hưởng của mức bơm
Bõy giờ chỳng ta giữ cho nồng độ chất màu và cỏc thụng số của buồng cộng hưởng khụng đổi. Khi mức bơm vừa đủ ngưỡng phỏt thỡ mới một lớp mỏng hoạt chất màu nhận được năng lượng bơm, khi ta tăng mức bơm lờn thỡ thể tớch lớp hoạt chất bị kớch thớch cũng tăng và số phõn tử được kớch thớch cũng tăng lờn, tuy vậy mật độ phõn tử bị kớch thớch tăng khụng đỏng kể dẫn đến hệ số khuếch đại cũng khụng tăng đỏng kể, dẫn đến độ rộng vạch phổ hầu như ớt thay đổi. Hỡnh 2.13 biễu diễn sự phụ thuộc của vạch phổ vào mức bơm, ta thấy khi tăng mức bơm thỡ vạch phổ gần như khụng dịch chuyển mà chỉ tăng cường độ.
Kết luận chương 2
Trong chương này chỳng tụi đó đi sõu tỡm hiểu về chất màu và nguyờn tắc hoạt động của laser màu cũng như cỏc ảnh hưởng lờn phổ phỏt xạ của laser màu. Cỏc kiến thức cơ bản trỡnh bày trong chương là:
Hỡnh 2.13 Sự phụ thuộc của phổ phỏt xạ laser vào mức bơm
Bước súng (nm) 580 585 590 595 600 C ư ờ n g đ ộ
- Cấu trỳc của cỏc phõn tử chất màu mà cụ thể là cỏc phõn tử chất màu hữu cơ đa nguyờn tử, được cấu trỳc với cỏc liờn kết đụi và liờn kết đơn xen kẽ với nhau. Cỏc chất màu này thường là những chất hữu cơ nằm trong cỏc nhúm Hydrocarbon, Oxazole, Coumarin, Xanthene và Cyamine. Để trở thành hoạt chất của laser màu cỏc chất màu được pha vào cỏc dung mụi như nước, cồn, ethanol,…
- Phõn tớch cấu trỳc và cỏc dịch chuyển quang học trong phõn tử chất màu để từ đú giải thớch đặc trưng quang phổ của nú. Đặc trưng quang phổ của chất màu là phổ băng rộng, phổ hấp thụ giảm nhanh về phớa súng dài và giảm chậm về phớa súng ngắn, trong lỳc phổ huỳnh quang lại giảm nhanh ở phớa súng ngắn và giảm chậm ở phớa súng dài.
- Chỳng tụi đó phõn tớch điều kiện để phỏt laser màu và khảo sỏt nguyờn tắc hoạt động của laser màu dựa trờn sơ đồ bốn mức năng lượng.
- Tỡm hiểu cỏc loại buồng cộng hưởng thớch hợp dựng cho laser màu, đặc biệt là cỏc loại buồng cộng hưởng cú khả năng điều hưởng lọc lựa bước súng phỏt laser.
- Chỳng tụi đó giới thiệu cỏc cấu hỡnh bơm thường dựng cho laser màu và những ưu khuyết điểm từng cấu hỡnh bơm.
- Tỡm hiểu và nhận xột cỏc yếu tố cú thể ảnh hưởng lờn phổ phỏt xạ của laser màu.
Với cỏc kiến thức lý thuyết cơ sở về laser màu đó trỡnh bày, chỳng tụi sẽ thiết kế và chế tạo một hệ laser màu đơn giản trong chương sau.
CHƯƠNG 3