Để nghiên cứu động học khuếch đại của hệ khuếch đại nhiều lần truyền qua, tôi giải hệ phương trình (2.22), (2.24), (2.26), (2.27) và (3.1). Xung laser tín hiệu có dạng Gausian, độ rộng xung 10 ps với cường độ cực đại Iso = 1.87x1013 photon.cm-2.ns-1, các tham số khác được trình bày trong Bảng 2.2, Bảng 2.3. Cường độ laser bơm Ipump = 5Isat. Kết quả thu được như Hình 3.10 và Hình 3.11.
Kết quả chỉ ra rằng:
- Do cường độ của xung tín hiệu còn nhỏ nên bộ khuếch đại có thể coi là tuyến tính trong các lần truyền qua đầu tiên (lần 1 đến lần 4). Sau vài lần khuếch đại đầu tiên, xung tín hiệu được khuếch đại cả về cường độ và năng lượng trong khi hầu như không bị biến dạng.
Nd:YVO4
TK
Laser Diode 808 nm, Cw
Bộ khuếch đại nhiều lần truyền qua
1064 nm, 10 ps, 8,8MHz
1064 nm P=?, =?
- Sau mỗi lần truyền qua, cường độ và năng lượng của xung tín hiệu trở lên mạnh hơn và bộ khuếch đại dần chuyển sang chế độ phi tuyến. Do sự bão hòa độ khuếch đại với đỉnh xung tín hiệu, xung tín hiệu bị biến dạng mạnh trong đó sự khuếch đại được ưu tiên cho sườn trước của xung. Điều này làm cho cực đại của xung dịch chuyển về phía sườn trước của xung (lần 6 và 7). Kết quả là mặc dù xung được khuếch đại về mặt năng lượng nhưng cường độ cực đại gần như không tăng.
Hình 3.10. Động học khuếch đại trong từng lần truyền qua.
Hệ số khuếch đại ứng với từng lần truyền qua được chỉ ra trong Bảng 3.1 và Hình 3.11
Bảng 3.1. Hệ số khuếch đại trong từng lần truyền qua.
Ta thấy rằng, hệ số khuếch đại giảm với các lần truyền qua tiếp theo. Điều này là do sau mỗi lần truyền qua, cường độ và năng lượng của xung tín hiệu trở lên mạnh hơn. Ứng với lần truyền qua đầu tiên (lần 1 đến lần 4) hệ số khuếch đại lớn và giảm không
N (lần) 1 2 3 4 5 6 7
đáng kể do lúc này cường độ xung laser tín hiệu còn nhỏ. Sau vài lần truyền qua, cường độ laser tín hiệu đã đủ lớn nên các lần truyền qua thứ 5 và thứ 6, hệ số khuếch đại đã giảm mạnh. Đến lần truyền qua thứ 7, lúc này cường độ đỉnh xung tín hiệu gần như đạt tới giá trị bão hòa nên đỉnh xung gần như không được khuếch đại, lúc này sườn trước của xung sẽ được ưu tiên khuếch đại.
Hình 3.11.Hệ số khuếch đại trong từng lần truyền qua.
Kết quả này rất phù hợp với kết qủa thực nghiệm ở lần truyền qua thứ hai tại Trung tâm điện tử học lượng tử - Viện Vật lý.
3.4.2. Ảnh hưởng của cường độ laser bơm lên động học khuếch đại
Để nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ xung bơm lên động học của bộ khuếch đại nhiều lần truyền qua, tôi giải hệ phương trình (2.22), (2.24), (2.26), (2.27) và (3.1), với xung laser tín hiệu vào bộ khuếch đại có dạng Gausian, độ rộng xung 10 ps với cường độ cực đại Iso = 1,87x1013 photon.cm-2.ns-1, các tham số khác được trình bày trong Bảng 2.2, Bảng 2.3. Cường độ laser bơm được thay đổi với các giá trị Ipump = 2Isat; 10Isat và 20Isat. Kết quả thu được được trình bày trong Hình 3.12, Hình 3.13 và Hình 3.14. Ta thấy rằng với cả khi bơm mạnh và bơm yếu ở những lần truyền qua đầu tiên do cường độ của xung tín hiệu còn nhỏ nên bộ khuếch đại có thể coi là tuyến tính. Với cường độ bơm yếu, thì quá trình khuếch đại tuyến tính xảy ra ngay cả với lần truyền qua thứ 7 (Hình 3.12) và xung laser ra khỏi bộ khuếch đại hầu như không bị biến dạng. Khi cường độ bơm tăng, bộ khuếch đại chuyển sang chế độ phi tuyến nhanh hơn. Với cường độ laser bơm bằng 10Isat thì đến lần khuếch đại thứ ba xung tín hiệu đã bị biến dạng mạnh, lúc này khuếch đại đã được ưu tiên phần sườn trước của xung (Hình 3.13), và với cường độ laser bơm bằng 20Isat thì ngay lần truyền qua thứ 2 xung tín hiệu đã bị biến dạng và xung laser sau khi ra khỏi bộ khuếch đại 7 lần truyền qua, sườn trước
của xung gần như dựng đứng (Hình 3.14). Sự biến dạng của xung tín hiệu cũng lớn hơn ở mỗi lần truyền qua khi cường độ của laser bơm lớn.
Hình 3.12. Động học khuếch đại trong từng lần truyền qua với Ipump = 2Isat.
Hình 3.14. Động học khuếch đại trong từng lần truyền qua với Ipump = 20Isat. Hình 3.15a biểu diễn hệ số khuếch đại ở từng lần truyền qua với cường độ laser bơm khác nhau. Ta thấy rằng, khi bơm yếu (Ipump = 2Isat) thì hệ số khuếch đại có giảm nhưng giảm không đáng kể qua từng lần truyền qua của xung tín hiệu trong bộ khuếch đại. Khi cường độ laser bơm tăng lên, hệ số khuếch đại ở những lần đầu tiên tăng, tuy nhiên sau đó giảm rất nhanh.
Hình 3.15. a) Hệ số khuếch đại trong từng lần truyền qua. b) tỷ số giữa
cường độ laser sau từng lần khuếch đại so với cường độ tín hiệu vào Iso.
Hình 3.15b biểu diễn tỷ số giữa cường độ laser tín hiệu sau từng lần truyền qua với cường độ laser tín hiệu đi vào bộ khuếch đại. Với trường hợp bơm yếu (Ipump=2Isat) sau 7 lần truyền qua, cường độ laser sau khuếch đại vẫn tăng tuyến tính. Trong trường hợp bơm mạnh, do độ khuếch đại ở từng lần truyền lớn nên quá trình khuếch đại đỉnh xung chỉ xảy ra ở 1 hoặc vài lần truyền qua đầu tiên. Do sự bão hòa độ khuếch đại, xung tín hiệu bị biến dạng mạnh trong đó khuếch đại được ưu tiên cho sườn trước của xung. Điều này làm cho cực đại của xung dịch chuyển về phía sườn trước của xung. Kết quả là mặc dù xung được khuếch đại về mặt năng lượng nhưng cường độ cực đại không tăng.