Chất lượng chùm tia laser được đánh giá dựa trên hai thông số cơ bản là phân bố cường độ theo mode ngang, góc mở chùm tia và cường độ xung laser tại bước sóng 532 nm. Trong điều kiện tối ưu BCH, chùm tia laser hoạt động ở công suất trung bình đạt 250 mJ/xung sẽ có góc mở chùm tia ổn định khoảng 1 mrad. Tuy nhiên, khi thay đổi công suất bơm sẽ ảnh hưởng lớn tới chất lượng chùm tia laser bởi hiệu ứng nhiệt xảy ra trong tinh thể bởi lượng nhiệt dư quá cao. Chính nhiệt dư này sẽ tạo ra hiệu hứng thấu kính nhiệt trong tinh thể hoạt chất và giảm chất lượng chùm laser cơ bản tại bước sóng 1064 nm.
Hình 3.4: Mức cường năng lượng xung tại bước sóng 532 nm thay đổi theo thông số điều khiển [25]. 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 100 150 200 250 300 350 400 So lieu do Xu the
Thông số điều khiển (mV)
N
ăng lượng xun
g t ại 532 nm (J/ xun g)
Trong kỹ thuật lidar, khối laser sử dụng làm nguồn kích quan trắc lớp son khí tầng cao, lớp mây Ti tầng cao trên 10 km, cần xung laser có năng lượng lớn đảm bảo tín hiệu tán xạ ngược là mạnh nhất. Tuy nhiên, một hệ laser hoạt động ổn định khi nhiệt độ tại tinh thể được giữ không đổi trong thời gian dài phụ thuộc vào khối làm mát. Theo tính toán công suất cho khối làm mát chúng tôi lựa chọn bộ tản nhiệt Chiller CW-3000. Khi đó, công suất laser phát ổn định ở công suất ra ~250 mJ tại bước sóng 532 nm, khi đó nhiệt độ của nước làm mát duy trì thấp hơn 5oC so với nhiệt độ của môi trường.
Phần 1 của chương 3 đã trình bày những kết quả về thiết kế, lắp đặt, chạy thử, khảo sát các thông số kỹ thuật cơ bản và tối ưu BCH loại Fabry-Perot áp dụng cho laser rắn hoạt chất là tinh thể Nd:YAG phát xung tại bước sóng 1064 nm và nhân tần họa ba bậc 2 cho bước sóng 532 nm, tần số lặp lại tối ưu tại tần số 6 Hz, công suất trung bình xung đạt 250 mJ/xung, hoạt động ổn định trong thời gian dài trên 3 tiếng liên tục với nhiệt độ duy trì ổn định chênh 5oC so với môi trường lần đầu tiên được thực hiện thành công tại Viện Vật lý – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt nam.
Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật cơ bản của khối phát laser di động.
TT Thông số Vùng hoạt động Giá trị tối ưu Thời gian
làm việc
1 Công suất xung 100 – 350 mJ/xung 250 mJ/xung 3 giờ
2 Tần số lặp lại 1 – 15 Hz 6 Hz 3 giờ
3 Đường kính chùm 1 – 5 mm 3 mm 3 giờ
4 Góc mở 1 – 3 mrad 1,5 mrad 3 giờ
5 Nhiệt độ tinh thể 15oC – 45 oC 25 oC 3 giờ Bước tiếp theo của chúng tôi là tích hợp nguồn laser xung công suất cao cho một hệ lidar di động khảo sát miền khí quyển tầng cao với kỹ thuật đếm đơn photon sử dụng PMT gated vào ban đêm và tương tự vào ban ngày cho phép xác định các thông số cơ bản của mây Ti như: Độ cao đáy lớp mây, độ cao đỉnh lớp mây, độ dày lớp mây Ti, độ sâu quang học, độ sâu quang học, tỉ số lidar [38].