Laser phát sóng Stokes bơm bằng laser có công suất thay đổi theo thời gian dạng hàm Gauss đã đợc khảo sát bằng lý thuyết áp dụng mô phỏng cho một số mẫu nhất định thông qua các tham số thiết kế cho trớc.
Từ quá trình hình thành xung sóng Stokes và xung sóng bơm trong buồng cộng hởng chúng ta thấy cơ chế hoạt động của laser Stokes tơng tự nh quá trình của máy phát thông số (krs =krp −krv) trong buồng cộng hởng, trong đó sóng bơm trong buồng cộng hởng có vai trò tơng tự nh sóng bơm phát sinh sau quá trình tơng tác thông số, sóng Stokes có vai trò tơng tự nh sóng tín hiệu đợc khuếch đại trong buồng cộng hởng và chuyển dịch không bức xạ giữa hai mức dao động trong hoạt chất có vai trò nh sóng đệm không đợc khuếch đại trong buồng cộng hởng.
Từ kết quả tìm các giá trị tối u của tham số không thứ nguyên, sự phụ thuộc của hiệu suất phát của laser Stokes vào các thiết kế cụ thể cũng đã đợc khảo sát.
Tuy nhiên, các giá trị tối u trên, đặc biệt của laser bơm và buồng cộng h- ởng có thể biến đổi tuỳ thuộc vào giá trị đầu vào của hoạt chất thông qua hệ số khuếch đại G(δ) và khoảng cách năng lợng giữa hai mức năng lợng dao động (hoặc quay) νab hoặc ngợc lại.
Kết luận
Từ những phân tích mang tính tổng quan về lý thuyết, thực nghiệm và ứng dụng của laser Raman đợc cập nhật trong những năm gần đây, đề tài đã định hớng vào việc nghiên cứu lý thuyết laser Raman phát sóng Stokes bơm bằng chùm tia laser có công suất thay đổi theo thời gian dạng hàm Gaus. Các kết quả chính đợc tóm lợc trong mấy điểm dới đây:
1. Tổng quan về lý thuyết tán xạ Raman cỡng bức: phân biệt tán xạ Raman tự phát và tán xạ Raman cỡng bức. Đánh giá đợc tỷ lệ cờng độ các thành phần tán xạ. Đây chính là cơ sở để tạo ra laser Raman Stokes.
2. Xuất phát từ hệ phơng trình tốc độ của các trờng trong buồng cộng h- ởng, chúng tôi đã xây dựng hệ phơng trình tốc độ không thứ nguyên cho công suất chuẩn hoá, Y1 (~Pp), Y2(~Ps), Y3(~Pa) - các đại lợng đặc trng cho chùm tia laser và tham số thiết kế chuẩn hoá α(~G(δ), b, λp, λs, λa, ...), β(~G(δ), b,...), σ (~γs, γa, ...) - các tham số đặc trng cho hệ laser, theo năng lợng toàn phần (W) và độ rộng xung bơm (τ) - là hai đại lợng đặc trng của một xung bơm dạng Gauss. Hệ phơng trình này có thể giải bằng phơng pháp số Runge-Kutta bậc bốn nhờ trợ giúp của máy tính với số lợng tham số đầu vào rút gọn xuống còn hai tham số cho laser phát sóng Stokes. Việc tìm giá trị tối u của các tham số buồng cộng hởng sẽ giúp cho việc lựa chọn các tham số thiết kế laser phù hợp sao cho hiệu suất phát ổn định.
3. Từ các kết quả trên đã đa ra đợc một số định hớng cho việc chế tạo và tối u hoá laser Raman phát sóng Stokes cũng nh phát sóng đối Stokes có công suất cực đại nh: lựa chọn tham số buồng cộng hởng khi biết tham số của nguồn bơm và tham số của hoạt chất, chọn tham số của nguồn bơm khi biết tham số của hoạt chất và buồng cộng hởng.
Tài liệu tham khảo
1. H. Q. Quý, V. N. Sáu (2005), Laser bớc sóng thay đổi và ứng dụng, NXB ĐHQGHN.
2. H. Q. Quý (2007), Quang phi tuyến ứng dụng, NXB ĐHQGHN.
3. Boozer D. (2005), Raman Transitions in Cavity QED, Ph.D., California Institute of Technology Pasadena, California, April.
4. Boyd R. W. (1992), Nonlinear Optics, Academic Press.
5. Boyd G. D., Johnston J. W. D. and Kaminow I. P. (1969),
“Optimization of the stimulated Raman scattering threshold”, IEEE J. Quan. Electron, Vol. 5, pp. 203–206.
6. Boyraz O., et al (2004), Observation of simultaneous Stokes and
anti-Stokes emission in a silicon Raman laser, IEICE Electron. Exp., Vol.1, pp.
435-441.
7. Brasseur J. K. (1998), Construction and noise studies of a CW
Raman laser, Ph.d., Montana State University, MSU Department of Physics,
EPS 264, Bozeman, MT 59717.
8. Brasseur J. K., et al (1999), “Characterization of a continuous- wave Raman laser in H 2”, J. Opt. Soc. Am. B, Vol. 16, p. 1305.
9. Brasseur J. K., et al (2000), “Coherent antri-Stokes emission in a continuous-wave Raman laser in H2”, J. Opt. Soc. Am. B, Vol. 17, p. 1223
10. Dianov E. M., et al (1994), “Low-loss high Germania-doped fiber: A Promising gain medium for 1330nm Raman amplifier”, Proc. 20th Eur.
Conf. Opt. Commun., Vol. 1, Firenze, Italy, p. 427.
11. Dianov E. M., et al (2000), “Medium-Power CW Raman lasers”,
IEEE Quant. Electron., 6, p. 1022.
12. Diels J. C. (2006), Ultrashort Laser Pulse Phenomena
Fundamentals, Academic Press.
13. Eschmann A., et al (1999), “Intensity squeezing in a Raman laser”,
Phys. Rev. A, Vol. 60, pp. 559-572.
14. Kuzin E.A. (2005), “Intra-pulse Raman frequency shift versus conventional Stokes generation of diode laser pulse in optical fibers”, Opt.
15. Long D.A. (2002), The Raman Effect: A Unified Treatment of the
Theory of Raman Scattering by Molecules, John Wiley & Sons Ltd.
16. Meng L. S., Roos P. A. and Carlsten J. L. ( 2002), “Continuous- wave rotational Raman laser in H2”, Opt. Lett., Vol. 27, pp. 1226 –1228.
17. Meng L. S., Roos P. A., Repasky K. S. and Carlsten J. L. (2001),
“Highconversion- efficiency, diode-pumped continuous-wave Raman laser”,
Opt.Lett., Vol. 26, pp. 426 – 428.
18. Meng L.S. (2002), Continuous-wave Raman laser in H2:
semiclassical theory and diode-pumping experriments, Ph.D., Montana State
University, MSU Physics, EPS 264, Bozeman, MT 59717, August.
19. Raymer M. G.and Westling L.A. (1985), “ Quantum theory of Stokes generation with a multimode laser ”, J. Opt. Soc. Am.B, Vol.2, No.9, pp. 1417.
20. Raymer M. G. et al, (1981), “Stimulated Raman Scattering: Unified treatment of spontaneous initiation and spatial propagation”, Phys. Rev. A, Vol.24, pp. 1980.
21. Raymer M. G., et al (1979), “Theory of stimulated Raman scattering with broad-band lasers”, Phys. Rev. A, Vol.19, pp.2304.
22. Roos P. A., Brasseur J. K. and Carlsten J. L (2000), “Efficient, tunable, high power CW near-infrared generation through Raman down- conversion of a diode laser in H2”, Conference on Lasers and Electro-optics, Vol. Postdeadline papers, p. CPD24.
23. Roos P. A., Meng L. S., and Carlsten J. L. (2000), “Using an injection-locked diode laser to pump a CW Raman laser”, IEEE J. Quan. Electron., Vol. 36, pp. 1280 – 1283.