Quá trình hình thành sóng Stokes trong buồng cộng hởng khi công suất bơm cố định, đợc so sánh với giá trị bơm ngỡng (1.89):
( ) ( ) 2 1 2 , 1 ln 4 8 p p cs ep th p p R R b P T G π γ ω δ =
Chúng tôi khảo sát mẫu laser Stokes với các số liệu thực nghiệm [18], có bớc sóng bơm chuyển từ 792 nm (ωp =2πc 792.10−9) sang sóng Stokes 1180nm (ωs =2πc 1180.10−9) trong môi trờng Raman là khí Hydrô (H2) ở điều kiện nhiệt độ 25oC và áp suất 10 atm. Trong môi trờng này, hệ số khuếch đại tơng ứng với dịch chuyển trên αg =1,5.10−11m W/ , tốc độ tích thoát kết hợp (coherence decay) γab / 2π =250MHz, điều biến hai phôtôn (two-photon
detuning) δ / 2π ≈ ±0.5GHz, mật độ phân tử N =2,4.1026m−3, hằng số liên kết (coupling constant) ds ≈6,0 10ì −8m Hz V2 / 2, chiết suất ns ≈np ≈1, nghịch
đảo mật độ Deq ≈1, và tốc độ tích thoát mật độ (population decay) / 2 10
ab π kHz
Γ ≈ . Các tham số của buồng cộng hởng: hệ số phản xạ R1s=
0,999; R2s= 0,9; R1p= 0,5; R2p= 0,999; bán kính cong của hai gơng r = 0,5m;
độ dài L = 0,1m. Tham số đồng tiêu chùm tia Stokes bs = 0,3m. Tiết diện ngang của hoạt chất A=12,3.10−4m2 và độ dày l = 0,04m. Công suất xung bơm đợc chọn có giá trị lần lợt bằng 2, 4 và 8 lần công suất bơm ngỡng.
Quá trình biến đổi theo thời gian của sóng bơm trong buồng cộng hởng đợc tính toán và trình bày trên hình 2.1. Từ đây ta thấy rằng:
1) Khi tốc độ bơm ngoài thấp thì công suất sóng bơm trong buồng cộng hởng tăng chậm hơn và dao động nhỏ hơn.
2) Khi tốc độ bơm ngoài tăng lên thì tốc độ tăng của công suất sóng bơm trong buồng cộng hởng cũng tăng lên;
3) Công suất sóng bơm trong buồng cộng hởng đạt giá trị cực đại sớm khi tốc độ bơm ngoài lớn;
4) Sau một thời gian dao động thì công suất sóng bơm trong buồng cộng hởng dần tiến đến giá trị ổn định.
Quá trình thay đổi theo thời gian của sóng Stokes trong buồng cộng hởng đợc tính toán và thể hiện trên hình 2.2. Qua đây ta thấy rằng:
1) Tốc độ tăng công suất của sóng Stokes giống nh tốc độ tăng của công suất sóng bơm;
2) Sóng Stokes trong buồng cộng hởng xuất hiện khi công suất sóng bơm trong buồng cộng hởng đạt cực đại;
3) Tức là sóng Stokes đợc khuếch đại sau một thời gian trễ nào đó, phụ thuộc vào công suất của sóng bơm trong buồng cộng hởng;
4) Thời gian trễ nằm trong vùng từ 60 đến 90 às;
5) Công suất bơm ngoài càng lớn thì công suất ổn định của sóng Stokes trong buồng cộng hởng càng lớn.
Nh vậy, mặc dù sóng bơm ngoài có công suất ổn định, song sóng Stokes xuất hiện khi và chỉ khi sóng bơm trong buồng cộng hởng đạt cực đại và sau một thời gian trễ nào đó. Thời gian phát sóng Stokes dài hay ngắn phụ thuộc vào công suất bơm ngoài. Những đặc trng này hoàn toàn phù hợp với đặc trng của laser thông thờng.
Hình 2.1 - Thay đổi công suất bơm trong BCH theo thời gian