Do bước súng phỏt xung fs đến tận vựng hồng ngoại gần. Cỏc laser màu này cú cỏc thành phần quang học đặc biệt để điều chỉnh GVD trong buồng cộng hưởng và thu được xung ngắn nhất. Laser vũng CMP đồng bộ mode bị động sử dụng rộng rói để tạo ra laser màu cú độ rộng dải khuếch đại lớn nờn thường được dựng để phỏt xung cú độ dài dưới 100fs. Cỏc ảnh hưởng của GVD và SPM trong buồng cộng hưởng đối với cỏc laser màu này là đặc biệt quan trọng. Dựng một trong cỏc loại buồng cộng hưởng dạng vũng, buồng cộng hưởng tuyến tớnh để thiết lập nờn cấu hỡnh buồng cộng hưởng phỏt laser fs. Nhờ việc kết hợp sử dụng chất màu hấp thụ bóo hũa khuếch đại cú thể mở rộng dải xung fs.
Hỡnh 2.5 và 2.6 chỉ ra sơ đồ buồng cộng hưởng vũng tiờu biểu để tạo ra xung ngắn cỡ 30fs. Cỏc điểm tới hạn của buồng cộng hưởng hội tụ thẳng hướng tới bộ hấp thụ và khuếch đại để đưa ra một tỉ lệ nhất định của cỏc cường độ trong mụi trường bóo hũa.
Hỡnh 2.5: Buồng cộng hưởng vũng cho laser màu CPM. Hệ lăng kớnh, GVD trong buồng cộng hưởng cú thể điều chỉnh được.
Chất hấp thụ
Chất khuếch đại
34
Nhưng điều này thực sự khú khăn bởi vỡ buồng cộng hưởng bị tỏc động cho một vài vựng ổn định tỏch từ cỏc vựng khỏc. Tuy nhiờn, để trỏnh việc làm hẹp phổ cũng như GVD khụng mong muốn thỡ cần dựng cỏc gương cú miền phản xạ với độ rộng khụng thay đổi.
Hỡnh 2.6: Buồng cộng hưởng vũng cho laser CPM dựng một hoặc hệ hai lăng kớnh
Về cơ bản, laser CPM được thiết kế khụng cú khả năng điều chỉnh GVD trong buồng cộng hưởng và ảnh hưởng kết hợp của cỏc gương mụi trường phi tuyến cũng gõy ra biến điệu pha.Vỡ vậy, cỏc xung ra của laser ( hỡnh 2.6) là chirp õm ( down chirped) và cú thể nộn được xung truyền qua vật liệu cú GVD dương ở bờn ngoài buồng cộng hưởng. Do đú khoảng thời gian của xung là hàm của độ lớn GVD trong buồng cộng hưởng tức là phụ thuộc vào quóng đường đi lại lăng kớnh trong buồng cộng hưởng. GVD cú thể thay đổi liờn tục bằng cỏch di chuyển lăng kớnh trong buồng cộng hưởng song song với đỏy của nú. Tại quóng đường truyền qua thủy tinh tối ưu thỡ xung ngắn nhất cú thể đạt được là 55fs. Ngày nay, nhờ việc cải tiến thiết kế laser và đỏnh giỏ tất cả yếu tố buồng cộng hưởng dẫn tới giảm xung xuống dưới 30fs và gần đõy là 19fs. Bước súng của cỏc laser này dịch chuyển từ vựng đỏ 630nm đến 635nm. Cú thể điều chỉnh tỏn sắc trong buồng cộng hưởng bằng cỏch dựng hệ 4 lăng kớnh, hoặc chỉ dựng một lăng kớnh (như hỡnh 2.6 ). Sự phụ thuộc của khoảng thời gian xung vào GVD trong buồng cộng hưởng chỉ ra tớnh chất bất đối xứng, ở đú tại thời điểm xung nộn tối ưu nếu GVD được thờm vào làm cho vựng xung ổn định bị biến đổi.
DODCI
Rh6G
35
Quỏ trỡnh phỏt chirp trong buồng cộng hưởng, sự bự trừ chirp, nộn xung và hỡnh dạng xung cựng xảy ra cú liờn quan với nhau. Hệ quả là nộn xung trong buồng cộng hưởng, sự tạo chirp và bự trừ chirp khụng thể khảo sỏt một cỏch riờng biệt mà phải quan tõm tới lý thuyết khúa mode bị động phức tạp. Cỏc quy tắc khúa mode bị động được tổng quỏt húa dưới đõy:
Khi bức xạ bơm vượt quỏ ngưỡng đối với phần lớn cỏc mode thỡ cường độ laser sẽ là một hàm phõn bố thống kờ của cỏc đỉnh thăng giỏng. Do khoảng thời gian của cỏc đỉnh thăng giỏng và khoảng thời gian trung bỡnh của cỏc xung được định
dạng trong quỏ trỡnh khuếch đại là nhỏ so với thời gian sống huỳnh quang a g
T T1 , 1
của bộ hấp thụ và mụi trường khuếch đại nờn trạng thỏi bóo hũa này được điều chỉnh bởi năng lượng xung. Bộ hấp thụ ảnh hưởng đến đỉnh thăng giỏng với năng lượng cao trỏi ngược với khuếch đại cú hệ số nhỏ. Đối với mụi trường hoạt chất và hấp thụ trờn một thiết diện xỏc định thỡ mối liờn hệ giữa hai quỏ trỡnh phi tuyến cú thể được điều chỉnh độ phi tuyến của chất hấp thụ lớn hơn cỏc đỉnh độ phi tuyến của chất khuếch đại với năng lượng cao nhất trong chu trỡnh buồng cộng hưởng thỡ cỏc đỉnh đú triệt tiờu dần. Trong cơ chế này, chất hấp thụ làm suy giảm phần trước của xung cho tới khi năng lượng truyền qua mụi trường đạt đến một giỏ trị đủ để biến đổi quỏ trỡnh hấp thụ một cỏch hoàn toàn. Để thu được xung cực ngắn một cỏch ổn định, chỳng ta khụng chỉ khử phần trước của xung mà hạn chế cả sườn sau của xung. Quỏ trỡnh triệt tiờu này đạt được do hệ số khuếch đại giảm dần làm cho nghịch đảo độ tớch lũy trong suốt quỏ trỡnh truyền xung giảm đi. Kết quả là xung bị khuếch đại và làm ngắn. Bằng việc lựa chọn cỏc tham số thớch hợp của laser, đặc biệt là tỉ số giữa chu kỡ lặp lại U và thời gian sống g
T1 tạo cụng suất bơm xỏc định thỡ cỏc sườn xung bị ngắn đi ( hỡnh 2.7). Dưới cỏc điều kiện xỏc định này thỡ cỏc trạng thỏi xung ổn định cũng đạt được và xung cực ngắn được tạo ra sau mỗi chu trỡnh xung quanh buồng cộng hưởng.
Bộ hấp thụ bóo hũa
Bộ khuếch đại
36
Như vậy, quỏ trỡnh nộn xung do tạo chirp và bự trừ chirp trong buồng cộng hưởng phải xột đến hai yếu tố đú là xột đến biến điệu pha liờn quan tới sự tương tỏc giữa xung ỏnh sỏng và mụi trường đồng thời xột đến yếu tố đặc trưng cho tỏn sắc vận tốc nhúm. GVD của buồng cộng hưởng làm triệt tiờu tham số chirp sinh ra từ chất hấp thụ. Hơn nữa, khi cường độ trong buồng cộng hưởng cao thỡ sẽ cú cỏc quỏ trỡnh tạo chirp do chiết suất phi tuyến. Chirp sinh ra do mụi trường này là dương đối lập với sự tạo chirp của chất hấp thụ dẫn tới hiện tượng nộn xung. Như vậy nộn xung trong buồng cộng hưởng dựng laser đồng bộ mode bằng va chạm xung thỡ jet hấp thụ tạo ra downchirp do sự đồng bộ mode, jet khuếch đại tạo ra upchirp. Cũn cỏc gương laser cú thể tạo ra upchirp hoặc downchirrp tựy thuộc vào số lớp điện mụi, phụ thuộc vào gúc tới cỏc gương, cường độ tia laser đi trong buồng cộng hưởng và vật liệu làm gương. Thụng thường, nếu sự tạo chirp của cỏc gương là rất nhỏ cũn downchirp do chất hấp thụ tạo ra lớn hơn rất nhiều so với upchirp của chất khuếch đại nờn dựng hệ lăng kớnh đặt trong buồng cộng hưởng để tạo ra upchirp bự trừ downchirp tổng cộng trong buồng cộng hưởng. Quỏ trỡnh này làm xung ngắn đi.