Để nghiên cứu ảnh hởng của một số tham số chủ yếu lên quá trình hình thành xung sóng Stokes trong buồng cộng hởng, hệ phơng trình tốc độ không thứ nguyên (1.99) đã đợc giải bằng phơng pháp số với các giá trị cho trớc của
,
ch ch
α β và σch. Trong đó tham số αch đặc trng cho năng lợng của xung bơm, hệ số khuếch đại Raman, bán kính mặt thắt chùm tia trong buồng cộng hởng w
và tỉ số giữa bớc sóng bơm và sóng Stokes λp /λs. Biết giá trị của tham số αch, b- ớc sóng sóng bơm λp và bớc sóng sóng Stokes λs ta có thể biết đợc giá trị của tham số βch (1.97). Tham số σch đặc trng cho độ rộng của xung bơm τ đồng thời đặc trng cho thời gian sống của photon trong buồng cộng hởng γp(s). Từ các tham số trên ta có thể suy ra đợc các tham số thiết kế của một laser Stokes sao cho công suất hay hiệu suất tối u.
Để khảo sát quá trình hình thành xung sóng Stokes trong buồng cộng h- ởng, ta chọn bộ tham số α =ch 30, βch =αch / 1,5 và σ =ch 2 và giải hệ phơng trình không thứ nguyên (1.99) bằng phơng pháp Runge-Kuta. Sự thay đổi theo
Hình 2.3 - Động học xung trong buồng cộng hởng với bộ tham số α =ch 30, σ =ch 2
thời gian của công suất sóng bơm và sóng Stokes trong buồng cộng hởng đợc trình bày trên hình 2.3.
Từ hình 2.3 có thể thấy rằng:
1) Xung sóng bơm trong buồng cộng hởng xuất hiện trễ so với xung bơm ngoài. Điều này đợc giải thích nh sau: Trong giai đoạn sờn trớc của xung bơm, công suất bơm ngoài rất nhỏ nên nó bị hấp thụ hết để kích thích các phân tử lên mức trung gian, do đó trong buồng cộng hởng không tồn tại sóng bơm. Sau một thời gian trễ nhất định quá trình tán xạ Rayleigh xuất hiện và sóng bơm xuất hiện trong buồng cộng hởng. Cùng với sự tăng dần của sóng bơm ngoài, sóng bơm trong buồng cộng hởng cũng tăng lên.
2) Xung sóng Stokes xuất hiện sau khi xung bơm trong buồng cộng hởng gần đạt cực đại. Thời điểm xuất hiện của sóng Stokes trong buồng cộng hởng sẽ thay đổi theo công suất đỉnh của xung bơm ngoài. Điều này khẳng định lại hiệu ứng tán xạ Rayleigh mạnh hơn hiệu ứng tán xạ Raman (tán xạ Stokes). Rõ ràng rằng cho đến khi công suất bơm ngoài đủ mạnh, tán xạ Reyleigh bão hoà thì tán xạ Raman mới xuất hiện và đợc khuếch đại.
3) Quá trình hình thành xung trong buồng cộng hởng của laser Stokes hoàn toàn trùng với quá trình này trong máy phát thông số quang học cộng h- ởng đơn [16]. Công suất của sóng Stokes trong buồng cộng hởng đạt cực đại khi sóng bơm trong buồng cộng hởng bị triệt tiêu. So sánh nguyên lý hoạt động của máy phát thông số buồng cộng hởng đơn đã nghiên cứu trong công trình [12] ta thấy 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.