C. LASER MÀU
2.2.2.Động học phổ trong phát xạ laser màu rắn băng rộng từ BCH ngắn, Q thấp
2.2.2. Động học phổ trong phát xạ laser màu rắn băng rộng từ BCH ngắn, Q thấp Q thấp
a. Dao động hồi phục tắt dần trong laser màu xung băng rộng
Sự xuất hiện hiện tượng dao động hồi phục tắt dần trong quá trình phát xạ laser đã được nghiên cứu và quan sát khá nhiều trong các laser rắn và laser khí, laser màu xung băng rộng là do tương tác giữa cường độ laser với độ tích luỹ của môi trường hoạt chất trong BCH. Một số nghiên cứu đã chỉ ra rằng hoạt động của
44
laser màu sẽ có thể là chế độ dao động hoặc không dao động. Điều này nguyên do là sự xuất hiện hiện tượng dao động hồi phục trong phát xạ laser màu không chỉ phụ thuộc vào các thông số phân tử chất màu (các tiết diện phát xạ và hấp thụ, xác suất phát xạ tự phát và cưỡng bức...), mà còn phụ thuộc rất mạnh vào các thông số BCH (mất mát của BCH, thời gian sống photon trong BCH,...) và các thông số bơm.
Dao động hồi phục trong laser màu xung băng rộng phụ thuộc vào tốc độ tích thoát của mật độ tích luỹ ở trạng thái kích thích, sự thay đổi mật độ photon trong BCH ở một điều kiện nhất định. Điều này có nghĩa là thời gian sống của photon
trong BCH c T 2L
t (2.20)
c
có vai trò quan trọng đối với hiện tượng dao động hồi phục trong laser màu xung băng rộng. Thời gian sống của photon trong BCH ngắn hơn thời gian sống huỳnh quang của chất màu là điều kiện cần để có hiện tượng dao động hồi phục. Do vậy, các thông số của BCH (hệ số phản xạ gương và chiều dài của BCH..) sẽ ảnh hưởng đến hiện tượng dao động hồi phục trong phát xạ laser. Điều này phù hợp với điều kiện dao động hồi phục của C.Lin [3]. Theo đó để có dao động hồi phục trong laser màu, thời gian sống huỳnh quang của chất màu và thời gian sống photon tctrong BCH phải thoả mãn bất đẳng thức sau :
2 c r t 4(r 1) (2.21)
Khi r1, r là mức bơm trên ngưỡng, bất đẳng thức trên có thể viết lại : r c
t 4
(2.22)
Từ (2.22) ta thấy rằng, khi thời gian sống của photon trong BCH càng nhỏ, sự dao động hồi phục trong phát xạ laser màu càng dễ xuất hiện.
Dưới đây, việc khảo sát động học phổ laser sẽ được tiến hành trong quá trình phát xạ của một xung laser màu từ những BCH laser ngắn, có chất lượng thấp, (thời gian sống của photon trong BCH là nhỏ), tức là nghiên cứu động học phổ laser khi hoạt động laser có các dao động hồi phục.
45
b. Động học phổ trong các BCH laser ngắn và Q thấp
Để nghiên cứu động học phổ của phát xạ laser màu rắn trong những BCH ngắn và có chất lượng Q thấp, chúng ta sử dụng các hệ phương trình tốc độ mở rộng như đã dùng cho phần 2.2.
Hình 2.10 đến hình 2.15 trình bày các kết quả tính toán tiến trình phổ - thời gian của phát xạ laser màu băng rộng của PM 567/polymer ở nồng độ phân tử màu 6. 1016/ cm3, từ BCH có L = 2 cm, Q thấp với R1=R2= 0.04, ở các mức bơm khác nhau. Ta thấy lại các đặc điểm chung về động học trong phát xạ laser của một BCH dài và chất lượng Q cao, tuy nhiên, động học phổ của các phát xạ laser trong trường hợp này đã thể hiện rõ thêm các đặc điểm sau:
Ở mức bơm thấp (r = 5, 8, 10), chỉ tồn tại một hoặc vài dao động hồi phục (hình 2.10 - hình 2.12)
Hình 2. 10. Tiến trình phổ của phát xạ laser màu rắn PM567/polymer từ BCH có r=5, L=2 cm, R1= R2 = 0,04.
46
Hình 2. 11Tiến trình phổ - thời gian của phát xạ laser màu rắn PM567/polymer từ BCH có L = 2cm, r= 8, R1= R2=0.04.
Hình 2. 12. Tiến trình phổ - thời gian của phát xạ laser màu rắn PM567/ polymer từ BCH có L=2 cm, r =10, R1=R2=0.04.
47
Hình 2. 13. Tiến trình phổ - thời gian của phát xạ laser màu rắn PM567/ polymer từ BCH có L=2 cm, r= 15, R1=R2=0.04
Ở mức bơm cao trên ngưỡng, phát xạ laser là một băng rộng. Cường độ laser màu là một hàm theo thời gian và bước sóng (hình 2.14; 2.15). Tuy nhiên, do BCH là ngắn, độ tích luỹ của môi trường bị dao động, các dao động hồi phục trong phát xạ laser được tăng cường hơn so với các BCH dài và chất lượng Q cao.
Hình 2. 14.Tiến trình phổ của phát xạ PM 567/polymer với mức bơm r=30 lần trên ngưỡng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
48
Hình 2. 15. Tiến trình phổ của phát xạ PM 567/polymer với mức bơm r=50 lần trên ngưỡng
Ban đầu phổ laser có dạng một băng rộng, sau đó nó nhanh chóng hẹp lại cùng với sự dịch chuyển cực đại về phía sóng dài. Tiến trình phổ không đổi hướng ngay cả khi có các dao động hồi phục. Đặc biệt, tiến trình phổ trong phát xạ laser ở đây là rất nhanh so với BCH dài và chất lượng Q cao.
Về phía sóng ngắn của phổ laser (544 nm-546 nm), sự dập tắt dao động xảy ra nhanh hơn (trong khi ở vùng phổ trung tâm, dao động vẫn tiếp tục).
Luôn luôn tồn tại một xung đơn và ngắn (100 ps) ở phía sóng ngắn của phổ laser ở các mức bơm cao trên ngưỡng, đặc điểm này gợi ý khả năng có thể tạo ra được xung ngắn picô-giây của laser màu rắn bằng cách chọn lọc phổ đơn giản.
Hình 2.16 biểu diễn động học phổ của phát xạ laser màu rắn PM567/polymer
ở nồng độ 2. 1018/cm3 từ BCH ngắn L = 2cm ở ba bước sóng ở vùng sóng ngắn của phổ laser là 554 nm, 557 nm, 559 nm (mức bơm r = 15 lần trên ngưỡng, R1=1, R2=0.1). Kết quả cho thấy phổ laser băng rộng trong trường hợp này có sự dập tắt nhanh về phía sóng ngắn.
49
Hình 2. 16.Độ rộng xung laser của các xung đơn tại ba bước sóng khác nhau ở trong vùng song ngắn của phổ laser màu rắn PM567/polymer (N = 2. 1018 /cm3, L
= 2cm, r = 15, R1=1, R2=0.1)
Các kết quả tương tự về đặc điểm động học phổ laser băng rộng cũng đã thu được khi chúng tôi nghiên cứu với các phân tử màu khác nhau trong cùng một BCH ngắn và chất lượng thấp như Rh6G/polymer, PM597/polymer...
50
Kết luận chương 2
Trong chương này chúng tôi đã trình bày việc nghiên cứu động học phổ trong quá trình phát xung laser màu rắn băng rộng dựa trên việc giải hệ phương trình tốc độ mở rộng cho các bước sóng laser, các kết quả làm tường minh về động học phổ trong sự phát xạ laser băng rộng của một môi trường laser mở rộng, đồng nhất như môi trường laser phân tử màu hữu cơ trong nền rắn. Các kết quả cho thấy Động học laser của các phân tử màu rắn không chỉ phụ thuộc vào các thông số của phân tử chất màu mà còn phục thuộc vào ảnh hưởng các thông số bơm và thông số buồng cộng hưởng.
51
KẾT LUẬN
Luận văn “Động học phổ của Laser màu rắn băng rộng” đã tìm hiểu và nghiên cứu một số vấn đề sau:
Đã làm sáng tỏ những tính lý – hóa của các phân tử màu, các các đặc điểm về phổ hấp thụ và bức xạ của các họ phân tử màu điển hình.
Tìm hiểu về các loại nền rắn điển hình, cũng như các phương pháp chế tạo vật liệu màu trạng thái rắn, các kết quả chứng tỏ vật liệu màu trạng thái rắn đang được quan tâm nghiên cứu ứng dụng nhờ các tính chất ưu việt của nó để dần dần thay thế các vật liệu màu trạng thái lỏng.
Dựa trên việc giải hệ phương trình tốc độ mở rộng đabước sóng laser đã cho phép chúng ta thu được các kết quả tường minh về động học và động học phổ trong sự phát xạ laser băng rộng của một môi trường laser mở rộng đồng nhất, laser phân tử màu hữu cơ trong nền rắn. Các kết quả đã làm sáng tỏ những ảnh hưởng của các thông số của phân tử màu rắn, thông số của cấu hình laser: như buồng cộng hưởng, nguồn bơm...lên động học phát laser của phân tử màu rắn.
52
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Lê Hoàng Hải, Hoàng Hữu Hòa, Nguyễn Đại Hưng, Mô hình hóa các quá trình
động học trong laser màu xung, những vẫn đề hiện đại của quang học, quang phổ. [2]. Nguyễn Đại Hưng, Chu Đình Thúy. Nghiên cứu các tính chất quang phổ và động học của một số laser màu hữu cơ được bơm bởi xung ngắn.
[3]. Lê Hoàng Hải, “Một số nghiên cứu về động học của các laser màu xung băng rộng”, Luận văn Thạc sĩ Vật lý (1999).
[4]. Hoàng Hưu Hòa ,“Nghiên cứu các tính phân tử quang phổ và động học của một số laser màu hữu cơ được bơm bởi xung ngắn”Luận án Tiến sĩ Vật lý (2000).
[5]. N.T.H Liên, “Đóng góp nghiên cứu chế tạo vật liệu lai pha tâm màu hữu cơ
cho laser màu rắn” Luận văn Thạc sĩ (2001), ĐH Quốc gia HN.
[6]. B. Abramof, L. C. Klein (1990), “PMMA irmpegnate silica Gels: Synthesis and
characteriration”, SPIE Sol-gel Optics. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
[7]. F.L Arbeloa, T.L. Arbeloa, A. Costela et al. (1997), “Relations between photophysical and lasing properties of Rhodamines in solid polymeric matrices”