c) Chiều dài tinh thể bằng 15cm
Từ hình vẽ ta thấy rằng khi chiều dài tinh thể càng lớn thì công suất phát HABH càng lớn. Tuy nhiên, trong thực tế thì chiều dài tinh thể cũng ở một chừng mực nào đó.
3.3.4 Một số yếu tố ảnh hởng đến độ phân kỳ của chùm laser
Khi chùm laser đi vào TTPT bậc hai, trong tinh thể xuất hiện sóng HABH. Độ lệch pha giữa sóng cơ bản và sóng HABH đợc xác định [12]:
∆k = 2cω (n01 - ne2) sin 2θc .δθ
trong đó δθ là độ phân kỳ của chùm tia. Nh vậy, công suất phát HABH còn phụ thuộc vào sự phân kỳ của chùm tia.
Khi lựa chọn các tham số của hệ quang cho phát HABH ta đợc điều kiện hợp pha toàn phần (3.3.9). Đây chính là sự phụ thuộc giữa tiêu cự của thấu kính L1
với khoảng cách giữa hai cách tử. Nếu khi ta thay đổi khoảng cách giữa hai cách tử thì cần phải lựa chọn thấu kính có tiêu cự phù hợp.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0.57 0.575 0.58 0.585 0.59 0.595 0.6 0.605 0.61 S 2 ( kW ) λ(àm) a b c
+ Trong thực tế, khi đặt hai cách tử không thể có sai sót, chúng không song song một cách tuyệt đối đợc nên góc tán xạ trên cách tử (tính theo hai bớc sóng biên của chùm laser) sẽ khác với β1, β2 vừa tính ở trên. Điều này sẽ ảnh hởng đến độ rộng a của chùm laser. ở đây, ta cố gắng điều chỉnh hai cách tử sao cho sự ảnh hởng này là chỏ nhất.
+ Chiết suất của thấu kính phụ thuộc vào bớc sóng của ánh sáng [9]. Khi đó tiêu cự của thấu kính cũng sẽ phụ thuộc vào bớc sóng của ánh sáng. Kéo theo góc khúc xạ sẽ sai khác với ∆θ trong công thức (3.3.6) một ít. Tuy nhiên, với laser băng rộng từ 0,57àm đến 0,61àm thì sự sai khác đó rất ít và cho phép chúng ta bỏ qua.
+ Khi ta lựa chọn giá trị tiêu cự của thấu kính và khoảng cách giữa hai cách tử cũng sẽ ảnh hởng đến độ phân kỳ của chùm tia theo công thức (3.2.1).
Trong quá trình nghiên cứu, chúng tôi đã bỏ qua các tham số trên ảnh hởng đến độ phân kỳ của chùm tia bằng cách chọn các tham số của hệ quang và hệ tạo góc hợp pha. Với độ phân kỳ của chùm tia lớn nhất cỡ 0,30 thì công suất phát là tối u nhất [7].
3.3.5. Kết luận
Từ điều kiện hợp pha ứng với một sóng nhất định, chúng tôi đã xác định đ- ợc vùng giới hạn góc hợp pha toàn phần của laser màu băng rộng nhờ hệ quang gồm hai cách tử và một thấu kính hội tụ. Từ đó đa ra mối liên hệ giữa các tham số đặc trng của hệ quang nh: khoảng cách giữa hai cách tử, tiêu cự của thấu kính, góc tới, … và đã áp dụng cho phát HABH của laser màu băng rộng Rhodamine 6G trên tinh thể KDP. Hệ hai cách tử ở trên cũng có thể thay bằng hệ hai lăng kính. Bài toán sẽ phức tạp hơn nếu đa vào các yếu tố ảnh hởng đến độ phân kỳ chùm tia mà chúng tôi cha có dịp đề cập ở đây.
Kết luận chung
Từ khi có laser ra đời, các nhà khoa học đã xét đến các hiệu ứng phi tuyến xẩy ra trong điện môi khi có ánh sang tuyền qua. Và cũng nhờ một số hiệu ứng quang phi tuyến mà ngời ta có thể mở rộng các bức xạ laser về vùng phổ tử ngoại (đến 0,2àm) hay đến miền hồng ngoại (đến 18àm), đặc biệt là khi sử dụng hiệu ứng phát HABH cho laser màu băng rộng. Với xu hớng mở rộng ứng dụng của laser màu trong thực tiễn cũng nh trong thí nghiệm, chúng tôi đề xuất đề tài: "Hợp pha cho phát hoà âm bậc hai của laser màu băng rộng" góp phần vào xu thế đó với một số kết luận chính sau:
1. Các hiệu ứng phi tuyến trong môi trờng điện môi chỉ xẩy ra khi ánh sáng truyền qua có cờng độ mạnh. Đặc biệt đối với các hiệu ứng phi tuyến bậc hai chủ yếu xẩy ra trong tinh thể dị hớng.
2. Việc đa ra hệ phơng trình tơng tác ba sóng là cần thiết khi xét đến quá trình tơng tác ba sóng trong tinh thể phi tuyến bậc hai. Bởi muốn biết công suất, c- ờng độ,… của sóng phát ra ta cần giải hệ phơng trình đó.
3. Phát HABH là một trong những hiệu ứng phi tuyến nói trên và là một trong các phơng pháp biến đổi tần số của bức xạ laser với kỹ thuật đơn giản. Để biết các tính chất đặc trng của sóng HABH, nh đã nói ở trên, ta cần phải giải hệ phơng trình sóng. Tuy nhiên, việc giải chúng rất phức tạp và khó khăn. ở đây chúng tôi chỉ xét một trờng hợp là sóng cơ bản gần đúng không đổi.
4. Công suất phát HABH phụ thuộc vào chất lợng của TTPT, cờng độ trờng bơm và phơng pháp bơm. Một trong những tham số của phơng pháp bơm đó là độ lệch pha giữa các sóng. Công suất phát HABH đạt cực đại khi độ lệch pha giữa các sóng bằng không.
5. Có thể kết hợp tính chất của laser màu có bớc sóng thay đổi trên băng rộng với tính u việt của phát HABH trong TTPT để mở rộng phổ phát của laser màu. Tuy nhiên, cần phải tạo đợc góc hợp pha cho toàn bộ bớc sóng nằm trong băng phát của laser thì khi đó công suất phát ra mới tối u đợc. Để đạt đợc điều
này, chúng tôi đa ra hệ cách tử tán sắc kết hợp với thấu kính hội tụ nhằm tạo ra chùm sáng hội tụ trong tinh thể.
6. Ta có thể tạo đợc vùng giới hạn góc hợp pha và điều kiện hợp pha toàn phần với các tham số đã lựa chọn của laser Rhodamine 6G và của các cách tử. ở đây chúng tôi mới chỉ nghiên cứu trên lý thuyết. Với sự lựa chọn đó chúng tôi đã tạo đợc sự hợp pha cho tất cả các bớc sóng nằm trong băng phát mà không cần phải quay hớng tinh thể [17].
Tóm lại: Nội dung luận văn đã tập trung vào một vấn đề chủ yếu mà đề tài đã đặt ra. Do giới hạn khuôn khổ của luận văn và thời gian có hạn mà có nhiều vấn đề cần đợc giải mà chúng tôi cha đề cập đến. Một số kết quả của luận văn đã đợc công bố tại hội nghị Quang học - quang phổ toàn quốc lần thứ III (Nha Trang 8/2002) và đăng trên thông báo khoa học của trờng.
Tài liệu tham khảo
1. Hồ Quang Quý, Quang phi tuyến, Hà Nội, 2001. 2. Hồ Quang Quý, Vật lý laser, Hà Nội, 2001.
3. Nguyễn Phúc Thuần, Điện đông lực học, NXB Đại học quốc gia Hà Nội, 1998.
4. Nguyễn Văn Thoả, Điện động lực học, Tập I, NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp, Hà Nội, 1982.
5. Vũ Ngọc Sáu, ứng dụng lý thuyết tai biến vào mô hình laser, Luận án PTS Toán lý, Vinh, 1996.
6. Nguyễn Đại Hng, Quang điện tử và quang học vật rắn, trang 76-89, Huế, 1998.
7. Trần Ngọc Truồi, Hồ Quang Quý, Trần Bá Chữ, Sự phụ thuộc công suất phát HABH của laser YAG-Nd vào góc lệch pha trong tinh thể KDP,
Commun in Phys, trang 164 - 167.
8 Hồ Quang Quý, Vũ Ngọc Sáu, Laser có bớc sóng thay đổi và ứng dụng, Vinh, 1997.
9. B. E. A. Saleh and M. C. Teich, Fundamental of photonis, Part 1, A Willey Interscience publication, 1992.
10. B. E. A. Saleh and M. C. Teich, Fundamental of photonics, Part 2, A Willey Interscience pulication, 1992.
11. B. E. A. Saleh and M. C. Teich, Fundamental of photonics, Part 3, A Willey Interscience pulication, 1992.
12. L.V. Taracov and V.G. Dimitriev, Applied Nonlinear optics, Moscov, 1992
13. Robert W.Boyd, Nonlinear optics, Acadenmic Press, 1992.
14. F. Zernike, Z. Midwinter, Applied Nonlinear optics, M."Mir", 1976. 15. S. K. Kurtz, Material for nonlinear optics, Beclin, 1978.
16. Michel D. Lumb, Luminescence Spectroscopy, Academic Press, 1978. 17. S.Saikan, Automatically tuables sencond- harmonic generation of dye lasers, Opt. Commun, Vol.18, No.14, 1976.
18. Paul I. Butcher, Nonlinear Optical phenolmera, Moscov, 1965.
19. F.P. Schafer, Dye Lasers, Preprint, Marx-Plarck-Institute fur physikalische chem, Gottingen, 1972.