Để khảo sát mode của xung laser sau khi đi qua ống capillary, tôi sử dụng hệ thực nghiệm như Hình 3.13. Xung Laser sau khi đi qua ống capillary chứa đầy khí Ar được chuẩn trực bằng gương cầu CM (f = 500 nm), sau đó được làm yếu nhờ tấm OD, hội tụ qua thấu kính L, và cuối cùng chiếu đến CCD camera (DCC3240M – Thorlabs Inc – USA).
Hình 3.13: Hệ thực nghiệm thu phân bố mode không gian xung laser sau ống capillary chứa khí Ar.
Hình 3.14 là các hình ảnh chụp CCD mà ta thu được về sự phân bố mode không gian của xung laser sau khi qua ống capillary, ghi lại ở các áp suất khác nhau từ 0,5 atm đến 2,0 atm (trong cùng một công suất đầu vào).
Hình 3.14: Sự phân bố mode không gian của xung sau capillary chứa khí Ar ở các áp suất khác nhau.
Kết quả cho thấy, phân bố mode không gian của xung sau capillary có dạng mode cơ bản EH11 (Hình 3.14). Tuy nhiên, khi áp suất khí Ar trong capillary tăng lên, các mode dần bị méo mó và có cường độ giảm dần. Điều
này có thể giải thích như sau: Sự biến đổi mode không gian trong quá trình ion hóa (tức là chiết suất) dẫn đến sự tán xạ xung đầu vào ở các mode bậc cao hơn, trong khi sự biến đổi nhanh của quá trình ion hoá với thời gian dẫn đến việc mở rộng phổ của xung đầu vào. Việc mở rộng phổ và sự hoà trộn mode phi tuyến thay đổi profile không gian-thời gian của xung laser [42]. Lưu ý rằng, điều này liên quan chặt chẽ đến động lực phân kỳ (defocusing) do sự ion hóa có thể được quan sát bằng cách sử dụng sự lan truyền không gian tự do của xung laser. Ngoài ra, sự thăng giáng năng lượng (jitter năng lượng) của các xung cũng xảy ra. Kết quả cũng cho thấy rằng jitter năng lượng tương đối của xung là một hàm của áp suất khí. Đối với áp suất thấp hơn, jitter năng lượng thấp hơn (xem Hình 3.14).
KẾT LUẬN
Sau thời gian thực hiện luận văn tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu đặc trưng phổ của xung laser cực ngắn trong khí Ar”, tôi đã thu được một số kết quả như sau:
1. Nghiên cứu tổng quan lý thuyết về sự lan truyền của xung laser qua các môi trường phi tuyến.
2. Tiến hành xây dựng hệ thực nghiệm để nghiên cứu sự mở rộng phổ của xung laser cực ngắn qua môi trường khí Ar.
3. Nghiên cứu sự mở rộng phổ xung laser ở bước sóng 480 nm trong cả hai ống khí và capillary. Kết quả cho thấy, phổ xung laser cực ngắn phụ thuộc vào cả áp suất khí và điều kiện hội tụ của gương cầu. Sự mở rộng phổ của xung khi qua capillary có thể đạt được cỡ 10 lần so với xung ban đầu. Điều này giúp các nhà nghiên cứu dự đoán xung laser sau capillary có thể nén lại với độ rộng xung cỡ dưới 10 fs (trong khi độ rộng xung ban đầu cỡ 40 fs).
4. Khảo sát sự phân bố mode không gian của xung laser sau capillary. Kết quả cho thấy, mode không gian của xung phụ thuộc vào áp suất. Ngoài ra, hiệu suất ghép nối của capillary cũng cần được quan tâm để hiệu quả của việc mở rộng xung đạt được là cao nhất.
Qua việc nghiên cứu các đặc trưng phổ của xung trong khí Ar cho chúng ta cái nhìn về sự mở rộng phổ phụ thuộc vào nhiều tham số. Để có thể đạt được sự mở rộng phổ là lớn nhất, đồng thời giữ được năng lượng xung cao nhất thì chúng ta cần lựa chọn các tham số thích hợp.
Hướng phát triển tiếp theo của đề tài:
Phát các xung laser cực ngắn (trong vùng < 10 fs) nhờ sự filament qua capillary chứa khí Ar sử dụng các bộ nén xung bằng cặp cách tử hoặc lăng kính.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. W. Kaiser, Ultrashort laser pulses generation and applications 2nd, 1993, Spinger.
2. T. Kobayashi and A. Baltuska, Sub-5 fs pulse generation from a noncollinear optical parametric amplifier, Measurement Science and Technology, 2002, vol. 1671.
3. Thomas Schultz, Marc Vrakking. Attosecond and XUV physics. 2012, Berlin, Germany.
4. Yuze Hu et al. Femtosecond laser filamentation with different atmospheric pressure gradients. Optik 127, 2016, 11529–11533.
5. A. Braun, G. Korn, X. Liu, D. Du, J. Squier, and G. Mourou, Self- channeling of high-peak-power femtosecond laser pulses in air. Opt. Lett
20, 1995, 73–75.
6. Xiexing Qi, Cunliang Ma, Wenbin Lin. Pressure effects on the femtosecond laser filamentation. Opt. Commun. 358, 2016, 126–131. 7. Stéphanie Champeaux, Luc Bergé. Long-range multifilamentation of
femtosecond laser pulses versus air pressure. Opt. Lett. 31, 2006, 1301– 1303.
8. A. Couairon, M. Franco, A. Mysyrowicz, J. Biegert, U. Keller. Pulse self- compression to the single-cycle limit by filamentation in a gas with a pressure gradient. Opt. Lett. 30, 2016, 2639–2657.
9. XIEXING QI and WENBIN LIN. Filamentation of ultrashort laser pulses of different wavelengths in argon. Pramana – J. Phys. 2017, 88: 35
10. Juyun Park, Jae-hwan Lee, and Chang Hee Nam. Laser chirp effect on femtosecond laser filamentation generated for pulse compression. Opt.
11. Z. Song, and T. Nakajima. Formation of filament and plasma channel by the Bessel incident beam in Ar gas: role of the outer part of the beam. Opt. Express 18, 2010, 12923–12938.
12. J. Kerr. XL. A new relation between electricity and light: Dielectrified media birefringent. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science 50, 1875, 337–348.
13. J. Kerr. LIV. A new relation between electricity and light: Dielectrified media birefringent (second paper). The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science 50, 1875, 446–458.
14. Carsten Brée et al. Method for Computing the Nonlinear Refractive Index via Keldysh Theory. IEEE Journal of Quantum Electronics 46 (4), 2010, 433 - 437.
15. Á.Börzsönyi et al. Measurement of pressure dependent nonlinear refractive index of inert gases. OPTICS EXPRESS, Vol. 18, No. 25, 2010, 25847-25853.
16. C. R. Mansfield and E. R. Peck. Dispersion of helium. JOSA 59, 1969, 199–204.
17. A. Bideau-Mehu, Y. Guern, R. Abjean and A. Johannin-Gilles. Measurement of refractive indices of neon, argon, krypton and xenon in the 253.7 – 140.4 nm wavelength range. Dispersion relations and estimated oscillator strengths of the resonance lines. J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer 25, 1981, 395–402.
18. E. R. Peck and D. J. Fisher. Dispersion of argon. JOSA 54, 1964, 1362– 1364.
19. C. Bree, A. Demircan and G. Steinmeyer. Method for computing the nonlinear refractive index via Keldysh theory. IEEE J. Quant. Electron.
46, 2010, 433–437.
20. G. A. Askaryan. Cerenkov radiation and transition radiation from electromagnetic waves. Sov. Phys. JETP 15, 1962, 943.
21. R. Y. Chiao, E. Garmire and C. H. Townes. Self-trapping of optical beams. Phys. Rev. Lett. 13, 1964, 479.
22. P. L. Kelley. Self-focusing of optical beams. Phys. Rev. Lett. 15, 1965, 1005.
23. P. Lallemand and N. Bloembergen. Self-focusing of laser beams and stimulated Raman gain in liquids. Phys. Rev. Lett. 15, 1965, 1010.
24. E. Garmire, R. Y. Chiao and C. H. Townes. Dynamics and characteristics of the self-trapping of intense light beams. Phys. Rev. Lett. 16, 1966, 347. 25. G. Fibich and A. L. Gaeta. Critical power for self-focusing in bulk media
and in hollow waveguides. Opt. Lett, 2000.
26. A. M. Perelomov, V. S. Popov and M. V. Terent’ev. Ionization of atoms in an alternating electric field. Sov. Phys. JETP 23, 1966, 924–934.
27. A. M. Perelomov, V. S. Popov and M. V. Terent’ev. Ionization of atoms in an alternating electric field: II. Sov. Phys. JETP 24, 1967, 207–217. 28. A. M. Perelomov and V. S. Popov. Ionization of atoms in an alternating
electric field: III. Sov. Phys. JETP 25, 1967.
29. G. P. Agrawal. Nonlinear Fiber Optics. Academic Press, 1989.
30. S. C. Pinault and M. J. Potasek. Frequency broadening by self-phase modulation in optical fibers. JOSA B 2, 1985, 1318–1319.
31. R. H. Stolen and C. Lin. Self-phase-modulation in silica optical fibers.
Phys. Rev. A 17, 1978, 1448.
32. M. Nisoli, S. De Silvestri and O. Svelto. Generation of high energy 10 fs pulses by a new pulse compression technique. Appl. Phys. Lett. 68, 1996, 2793.
33. E. A. J. Marcatili and R. A. Sctimeltzer. Hollow Metallic and Dielectric Waveguides for Long Distance Optical Transmission and Lasers. Bell System Technical Journal 43, 1964, 1783.
34. X. Chen, A. Jullien, A. Malvache, L. Canova, A. Borot, A. Trisorio, C. G. Durfee and R. Lopez-Martens. Generation of 4.3 fs, 1 mJ laser pulses via compression of circularly polarized pulses in a gas-filled hollow-core fiber. Opt. Lett. 34, 2009.
35. J. S. Robinson, C. A. Haworth, H. Teng, R. A. Smith, J. P. Marangos and J. W. G. Tisch. The generation of intense, transform-limited laser pulses with tunable duration from 6 to 30 fs in a differentially pumped hollow fibre. Appl. Phys. B: Lasers Opt. 85, 2006, 525–529.
36. T. Nagy, V. Pervak and P. Simon. Optimal pulse compression in long hollow fibers. Opt. Lett. 36, 2011, 4422–4424.
37. J. H. Marburger. Progress in Quantum Electronics, Elsevier Science B.V, 1975, Volume 4, p. 35-110.
38. E. L. Dawes and J. H. Marburger. Computer studies in self-focusing.
Phys. Rev. 179, 1969, 862.
39. K. G. Makris, Z. H. Musslimani, D. N. Christodoulides and S. Rotter. Constantintensity waves and their modulation instability in non-Hermitian potentials. Nat. Commun. 6, 2015, 7257.
40. Patric Ackermann, Xavier Laforgue, Mario Hilbig, and Thomas Halfmann, “Phase-matched harmonic generation in gas-filled waveguides in the vicinity of a multiphoton resonance”, Journal of the Optical Society of America B, Vol. 35, February 2018 , No. 2, page 477.
41. J.-P. Wolf, “Theoretical and experimental investigations of ultrashort laser filamentation in gases”, Thesis Master, University of Geneva, 2009, page 62.
42. A P Grigoryan et al. Spectral domain soliton-effect self-compression.
J.Phys.: Conf. Ser vol. 672 , 2016.
43. Louisy Maite. Generation of Ultrashort Pulses – From Femtoseconds to Attoseconds. Doctoral Thesis, Department of Physics - Lund University, 2017.
44. D. Milam. Review and assessment of measured values of the nonlinear refractive index coefficient of fused silica. Appl. Opt. vol. 37, 1998, 546– 550.
45. Bacon, C. P., Mattley, Y. & DeFrece, T. Miniature spectroscopic instrumentation: applications to biology and chemistry. Rev. Sci. Instrum.
75, 2004, 1-16.
46. Gan, X., Pervez, N., Kymissis, I., Hatami, F. & Englund, D. A high- resolution spectrometer based on a compact planar two dimensional photonic crystal cavity array. Appl. Phys. Lett. 100, 2012, 231104.
47. Emadi, A., Wu, H., de Graaf, G & Wolffenbuttel, R. Design and implementation of a sub-nm resolution microspectrometer based on a linear-variable optical filter. Opt. Express 20, 2012, 489-507.
48. Demro, J. C et al. Design of a multispectral, wedge filter, remote-sensing instrument incorporating a multiport, thinned, CCD area array. Proc. SPIE 2480, 1995, 280-286.
49. Laux, E., Genet,C., Skauli, T. & Ebbesen, T. W. Plasmonic photon sorters for spectral and polarimetric imaging. Nature Photon 2, 2008, 161-164. 50. Redding, B., Liwe, S.F., Sarma, R. & Cao, H. Compact spectrometer
based on a disordered photonic chip. Nature Photon 7, 2013, 746-751. 51. Xu, T., Wu, Y.-K., Luo, X. & Guo, L. J. Plasmonic nanoresonators for
high-resolution colour filtering and spectral imaging. Nature Commun 1, 2010, 59.
52. Knipp, D. et al. Silicon-based micro-fourier spectrometer. IEEE Trans. Electron. Dev. 52, 2005, 419-426.
53. Bao, J. And Bawendi. M. G, A colloidal quantum dot spectrometer.
Nature 523, 2015, 67-70.
54. Heard, H.G., Laser Parameter Measurements Handbook. John Wiley and sons Inc, 1968.
55. Anna Engqvist, Generation of ultrashort laser pulses through filamentation. Master Thesis, Lund Reports on Atomic Physics, LRAP- 357. Lund, 2006.
56. Adam Borzsonyi, Attila P. Kovacs and Karoly Osvay. What We Can Learn about Ultrashort Pulses by Linear Optical Methods. Applied Sciences, Vol. 3, Issue 2, 2013, p. 515 – 544.
57. Sunil Kumar, Department of Physics, Indian Institute of Technology Delhi: http://web.iitd.ac.in/~kumarsunil/research.html
58. A. Couairon, A. Mysyrowicz . Femtosecond filamentation in transparent media. Science Direct, Physics Reports 441, 2007, p. 47– 189.