Để nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ xung tín hiệu 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 với độ rộng xung 10 ps cường độ laser tín hiệu thay đổi với các giá trị Iso; 10Iso; 100Iso, cường độ laser bơm giữa nguyên với Ipump = 5Isat, các tham số khác được trình bày trong Bảng 2.2, Bảng 2.3.
Kết quả thu được được trình bày trong Hình 3.16, Hình 3.17 và Hình 3.18. Ta thấy rằng khi cường độ xung tín hiệu vào bộ khuếch đại tăng, xung laser sau khi ra khỏi bộ khuếch đại cũng bị biến dạng mạnh hơn. Cường độ xung tín hiệu vào bộ khuếch đại tăng 100 lần nhưng cường xung tín hiệu ra khỏi bộ khuếch đại gần như nhau. Điều đó chứng tỏ, với xung tín hiệu vào bộ khuếch đại càng lớn thì quá trình khuếch đại phi tuyến càng mạnh.
Hệ số khuyếch đại qua từng lần truyền qua với xung tín hiệu vào có cường độ nhỏ là lớn hơn so với khi xung tín hiệu vào có cường độ lớn (Hình 3.19a). Điều đó cũng chứng tỏ rằng, để có hệ số khuếch đại lớn chúng ta phải giảm mật độ công suất của chùm laser tín hiệu đi vào bộ khuếch đại.
Hình 3.19b 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 xung tín hiệu đi vào bộ khuếch đại yếu Iso, khuếch đại tuyến tính xảy ra đến lần truyền qua thứ 5. Tuy nhiên nếu cường độ xung tín hiệu vào lớn 100Iso, ngay sau lần truyền qua thứ hai thì cường độ xung laser gần như đã không tăng được nữa. Lúc này bộ khuếch đại dần chuyển sang chế độ phi tuyến, đây là điều không tốt trong khuếch đại laser.
Hình 3.16. Động học khuếch đại trong từng lần truyền qua với cường độ xung tín
Hình 3.18. Động học khuếch đại trong từng lần truyền qua với cường độ xung tín
hiệu vào bộ khuếch đại 100Iso.
Hình 3.19. a) Hệ số khuếch đại trong từng lần truyền qua. b) Tỷ số giữa cường độ laser sau từng lần khuếch đại với cường độ tín hiệu vào Iso khi cường độ
xung tín hiệu thay đổi.
KẾT LUẬN CHƯƠNG III
Bằng việc sử dụng phần mềm matlab để giải hệ phương trình khuếch đại tôi đã làm rõ một số vấn đề sau:
Phân tích động học của quá trình khuếch đại trong bộ khuếch đại một, nhiều lần truyền qua sử dụng tinh thể Nd:YVO4 được bơm bằng laser bán dẫn. Kết quả tính toán đã chỉ rõ sự thay đổi theo thời gian của bộ khuếch đại dưới tác động đồng thời của laser bơm và laser tín hiệu. Sự ảnh hưởng của chúng lên hệ số khuếch đại cũng như sự biến dạng của xung laser sau khuếch đại cũng đã được phân tích.
Đã mô phỏng và phân tích sự ảnh hưởng của cường độ laser bơm lên hệ số khuếch đại, sự biến dạng của xung tín hiệu sau khi khuếch đại cho cả cấu hình khuếch đại một và nhiều lần truyền qua.
Đã mô phỏng và phân tích sự ảnh hưởng của cường độ laser tín hiệu đưa vào bộ khuếch đại lên hệ số khuếch đại cũng như sự biến dạng của xung tín hiệu sau khuếch đại cho cả cấu hình khuếch đại một và nhiều lần truyền qua.
KẾT LUẬN CHUNG
Trong luận văn này tôi đã thực hiện được các công việc chính sau:
Tìm hiểu và phân tích về lí thuyết khuếch đại laser nói chung và khuếch đại xung laser cực ngắn nói riêng. Các đặc trưng quang học của môi trường Nd nói chung và môi trường Nd:YVO4 nói riêng được phân tích chi tiết trong luận văn này. Đồng thời tôi cũng tìm hiểu về ứng dụng của laser công suất cao trong nghiên cứu khoa học, trong khoa học kĩ thuật và trong cuộc sống.
Tìm hiểu về hệ phương trình khuếch đại, để từ đó có thể hiểu và nắm rõ được các đại lượng vật lí trong hệ phương trình.
Đánh giá được phân bố năng lượng laser bơm 808nm cho tinh thể Nd:YVO4 với mật độ công suất bơm khác nhau.
Bằng việc giải hệ phương trình khuếch đại đã phân tích động học của quá trình khuếch đại trong bộ khuếch đại một, nhiều lần truyền qua sử dụng tinh thể Nd:YVO4 được bơm bằng laser bán dẫn liên tục.
Đã mô phỏng và phân tích và đánh giá được sự ảnh hưởng của cường độ laser bơm lên hệ số khuếch đại, sự biến dạng của xung tín hiệu sau khi khuếch đại cho cả cấu hình khuếch đại một và nhiều lần truyền qua.
Đã mô phỏng, phân tích và đánh giá sự ảnh hưởng của cường độ laser tín hiệu đưa vào bộ khuếch đại lên hệ số khuếch đại cũng như sự biến dạng của xung tín hiệu sau khuếch đại cho cấu hình khuếch đại một và nhiều lần truyền qua.
Các kết qủa nghiên cứu này khá phù hợp với kết qủa thực nghiệm hai lần truyền qua tại Trung tâm điện tử học lượng tử - Viện Vật lý. Các kết quả nghiên cứu này rất hữu ích cho việc phát triển thực nghiệm hệ laser công suất cao, xung cực ngắn ở bước sóng 1064nm tại Viện Vật lý, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Lê Hoàng Hải, “Nghiên cứu sự lan truyền xung laser qua các môi trường khuếch đại
và hấp thụ bão hòa. Ứng dụng để phát các xung laser cực ngắn”, Luận án Tiến sỹ
Vật lý, Viện Vật lý, 2004.
2. Nguyễn Văn Hảo, “Nghiên cứu động học và công nghệ của laser rắn Cr3+:LiSAF được bơm bằng laser bán dẫn”, Luận án Tiến sỹ, Viện Vật lý, 2015.
3. Hoàng Hữu Hòa, Giáo trình Vật lý laser, Nhà xuất bản Đại học Huế, 2012. 4. Nguyễn Đại Hưng, Vật lý và kỹ thuật laser, Nhà xuất bản ĐHQG, 2004.
5. Đỗ Quốc Khánh, “Nghiên cứu vật lý và phát triển công nghệ của laser rắn Nd:YVO4
xung ngắn (pico-giây) biến điệu thụ động được bơm bằng laser bán dẫn”, Luận án
Tiến sỹ, Viện Vật lý, 2009.
6. Phạm Hồng Minh, “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo bộ khuếch đại công suất cho laser
femto giây ứng dụng trong quang phổ cực nhanh”, Đề tài cấp Viện Hàn lâm KH&CN
Việt Nam, 2016.
7. Nguyễn Xuân Tuấn, “Nghiên cứu quá trình phát họa ba bậc hai và phát họa ba bậc
ba của laser Neodim phát xung ngắn nano giây và pico giây”, Luận văn Thạc sỹ,
Viện Vật lý, 2004.
Tiếng Anh
8. S. Backus et al,“High power ultrafast lasers”, Rev. Sci. Instrum, 1998, 4, 1207 - 1210.
9. Claude Rullière, “Femtosecond laser pulses: principles and experiments. Second Edition, Springer, 2005, 8, 60 - 67.
10.Dickman, Diodelaser Pumped Nd:YAG laser, MEOS GmbH 79427 Eschbach, 2003. 11.Do Quoc Khanh, N. Trong Nghia et al, “Diode-pumped passively mode-locked
Nd:YVO4 laser of low pulse repetition rate”, Advances in Intense laser Science &
Photonics (Eds. J. Lee, Y. kato, K. Ueda, Y. Kaoru etal. Publishing house for Natural Science and Technology), 2010, 4, 277- 280.
12.Do Quoc Khanh, N. Trong Nghia et al. “Diode-pumped passively mode-locked
Nd:YVO4 laser with SESAM”, Advances in Intense laser Science & Photonics (Eds.
J. Lee, Y. kato, K. Ueda, Y. Kaoru etal. Publishing house for Natural Science and Technology), 2010, 7, 170-176.
13.Do Quoc Khanh, Phung V. Tiep, N. Trong Nghia et al., “High repetition rate
Photonics (Eds. J. Lee, Y. kato, K. Ueda, Y. Kaoru etal. Publishing house for Natural Science and Technology), 2010, 7, 270-276.
14.Hwang Yi-Yuh et al, “Dynamic model of multipass ultrashort-pulse laser amplifiers
and its application”, Appl. Opt, Vol 36, 1997, 7802.
15.Mitsuhiro Yoshida, “W average power from a diode - pumped femtosecond Yb”, Optics Letters, 2010, 25.
16.Nobuhiko Sarukura, Zhenlin Liu, and Yusaburo Segawa et al. “Ce3+:LuLiF4 as a broadband ultraviolet amplification medium”, Optics Letters, 1995, 294.
17.O. Svelto, (1998), "Principles of lasers", 4th ed, New York, NY Plenium.
18.P Mataloni, M Santosuosso, F Martini, “High gain amplification of femtosecond pulses with low amplified spontaneous emission in a multipass dye cell”, Applied Physics B, 52, 1991, 4, 273–276.
19.W. Demtröder, “Laser Spectroscopy”, 3rd Ed. Springer, 2009.
20.Yunfei Li, Weihong Hua, Lei Li, Hongyan Wang, Zining Yang, and Xiaojun Xu,
“Experimental research of a chain of diode pumped rubidium amplifiers”, Optics
Express. Vol. 23, Issue 20, 2015, 6, 25906-25911.
Website
21.http://casix.com/product/prod_cry_ndyvo4.html.
22. https://www.rp-photonics.com/regenerative_amplifiers.html.