Laser màu cú khả năng sinh ra cỏc xung quang học cực ngắn. Do độ rộng của dải tần số đũi hỏi để sinh ra xung với khoảng thời gian ps vẫn nhỏ hơn nhiều với một
loại đỏm phỏt xạ laser màu. Laser màu cũng chỉ là thiết bị cú khả năng sinh ra một xung liờn tục cú tần số lặp cơ bản cao.
Một laser bao gồm một buồng cộng hƣởng quang học định dạng bởi cỏc gƣơng và một mụi trƣờng khuếch đại laser bờn trong buồng cộng hƣởng. Tớnh chất của buồng cộng hƣởng xỏc định chớnh xỏc tần số laser.
Do đầu ra của một loại laser chứa một số lƣợng thành phần tần số. Đú là biờn độ của đầu ra cú thể biến đổi theo thời gian trong những trạng thỏi khỏc nhau của những đƣờng phụ thuộc pha tƣơng đối và biờn độ của cỏc thành phần tần số này. Nếu khụng cú cỏc tham số cố định này thăng giỏng ngẫu nhiờn gõy ra đầu ra biến thiờn theo thời gian thậm chớ mặc dự cụng suất trung bỡnh cú thể vẫn khụng đổi. Trong một cỏch khỏc, nếu cỏc mode bằng cỏch nào đú duy trỡ đƣợc pha cố định và sự phụ thuộc biờn độ, đầu
C/2L t~1/ 2L/C t ( b ) MODE – LOCKED RA PHỔ DAO ĐỘNG MẤT MÁT CỘNG HƢỞNG KHUẾCH ĐẠI LASER
CÁC MODE CỘNG HƢỞNG
( a )
Hỡnh 2.2: Hàm lượng phổ của một Laser hoạt động trờn một mode đơn ngang và a Số cỏc mode dọc khỏc nhau.
ra sẽ trở lờn tốt hơn. Xỏc định một hàm của thời gian và laser đƣợc gọi là “mode- locking”. Mode- locking cú thể sinh ra một biờn độ biến điệu đầu ra mạnh của một khoảng cỏch đều đặn của đoàn xung. Xung cú một bề rộng t gần bằng nghịch đảo của tổng độ rộng của dải mode- locked và tuần hoàn với chu kỳ T = 2L/C. Đú là tỉ số của độ rộng xung với chu kỳ gần bằng số lƣợng của cỏc mode.
Cỏc xung ngắn cú thể đƣợc nhận từ một laser mode locked nếu độ rộng của dải khuếch đại đƣợc mở rộng tƣơng đối. Vớ dụ, độ rộng của một loại laser khớ chỉ ở mức trờn 109-1010 Hz liờn kết với xung ra dài hơn 10-10s (100ps). Laser thủy tinh Nd ở trạng thỏi rắn cú độ rộng dải hơn 1012Hz và cú khả năng sinh ra cỏc xung với cấu trỳc dƣới ps. Đặc biệt là quan sỏt đƣợc cỏc laser màu mà cỏc đỏm phỏt xạ cũng đƣợc mở rộng ( 10-100nm=1013-1014 Hz). Do đú cú thể nhận cỏc xung ps và vẫn cú thể điều hƣởng đƣợc bƣớc súng tự do. Khoảng cỏch toàn phần mà cỏc xung ps nhận đƣợc từ cỏc laser màu cú phổ liờn tục từ 560-700nm.
Thay vỡ thờm vào nguồn mất mỏt hoặc một biến điệu pha cũng cú thể biến điệu khuếch đại. Trong khi phƣơng phỏp này khụng đƣợc sử dụng nhiều trong tất cả hệ laser, nú cú thể phự hợp nhất với laser màu. Do laser màu đƣợc bơm QH và cú bề rộng hấp thụ rất rộng, nú cú thể kớch thớch laser màu với đầu ra của laser mode locked khỏc. Tất nhiờn sau đú cần thiết phải điều chỉnh chiều dài của BCH laser màu để tƣơng ứng với chiều dài của laser bơm mode – locking. Kết quả cỏc xung laser màu cú thể ngắn hoặc ngắn hơn cỏc xung bơm. Cỏc xung ps hoàn toàn mở rộng với bƣớc súng đú.
Phƣơng phỏp giữ độ rộng nhất để gõy ra mode locking xung ngắn bao hàm sử dụng hấp thụ bóo hũa bờn trong BCH laser. Hấp thụ bóo hũa là diễn tả vật chất bóo hũa nhƣ gõy ra cƣờng độ ỏnh sỏng. Nhƣ vậy, xung ngắn, cụng suất đỉnh cao, mất mỏt ớt nhất và dễ hấp thụ hơn một xung dài, cƣờng độ nhỏ hơn với năng lƣợng giống nhau.
Hấp thụ bóo hũa đƣợc sử dụng để sinh ra xung ngắn mode locking cú đƣợc nhờ cỏc laser màu hữu cơ trong dung dịch chất lỏng. Trong một BCH laser hấp thụ bóo hũa đặt vuụng gúc tại vị trớ cuối cựng để giảm hiệu ứng xung bội. Cỏc hệ laser đƣợc bơm
với đốn flash hoặc xung laser khỏc. Cƣờng độ bơm tƣơng đối cao và cú thể sử dụng tớnh đa dạng rộng lớn của cỏc chất màu. Toàn bộ khoảng thời gian của xung ra là nằm trong khoảng 0.01 - 10s.
Khảo sỏt thành cụng nhất là đối với mode – locking của cỏc hệ laser ruby và laser thủy tinh : Nd là mode – locking thụ động với hấp thụ bóo hũa. Quan sỏt mode – locking thụ động của laser màu rhodamine 6G bơm bằng đốn flash sử dụng một laser màu hữu cơ nhƣ một hấp thụ bóo hũa. Bức xạ quan sỏt đƣợc bao gồm một dóy cỏc khoảng xung bằng nhau với tần số lặp c/2L của 1GHz, nhƣng độ rộng xung xỏc định trong thực nghiệm này bị giới hạn bởi độ rộng của đi ốt quang và dao động kớ ( 0.4ns). Hấp thụ bóo hũa sử dụng vẫn duy trỡ hiệu ứng mode – locking cỏc chất màu với laser màu rhodamine 6G.
Sơ đồ mode – loked thụ động của laser màu đƣợc biểu diễn trong hỡnh 1.3. Hộp màu khuếch đại đƣợc bơm bằng đốn flash. Dung dịch màu mode – locking đƣợc đặt kế tiếp với gƣơng cuối cựng của buồng cộng hƣởng.. Cỏch tử phản xạ đƣợc sử dụng đối với tớnh lọc lựa bƣớc súng.
Khi sử dụng laser màu làm nguồn bơm cho buồng cộng hƣởng để chế tạo xung cực ngắn ngƣời ta sử dụng cỏc cơ chế đồng bộ mode.
CÁCH TỬ
MODE – LOCKING MÀU
ĐẩN FLASH GƢƠNG ĐIỆN MễI XUNG PS
Hỡnh 2.3: Sơ đồ Laser màu bơm bằng đốn Flash với cấu hỡnh mode - locking