Hiệu ứng thấu kớnh nhiệt của mụi trường hoạt tớnh trong hoạt động laser là một hiện tượng phụ thuộc thời gian, tần số và năng lượng bơm và cũng là một hàm của cỏc thụng số vật liệu như độ khuyếch tỏn nhiệt của nền rắn pha phõn tử màu... Khi bơm cho mụi trường hoạt phõn tử để tạo nghịch đảo mật độ tớch lũy ta phải cung cấp cho nú một năng lượng lớn, một phần năng lượng đú chuyển thành năng lượng nhiệt làm cho nhiệt độ của mụi trường tăng lờn. Tuy nhiờn, do thanh hoạt chất hấp thụ năng lượng (hay tỏa nhiệt) khụng đồng đều và tức thời, chiết suất của nú cũng thay đổi theo khụng gian. Sự thay đổi của chiết suất cú thể biểu diễn bằng hàm [8]:
t dT dn n t n(∆ )= (0)+( )∆ (2.1)
Trong đú: n(0) là chiết suất của mụi trường khi chưa bơm, ∆t là biến thiờn nhiệt độ, dn/dT là sự phụ thuộc của chiết suất mụi trường vào nhiệt độ ( hệ số nhiệt của chiết suất mụi trường).
Nếu n(∆t) > n0 chựm sỏng đi qua thấu kớnh hội tụ n(∆t) < n0 chựm sỏng đi qua thấu kớnh phõn kỳ
Hiệu ứng thấu kớnh nhiệt ảnh hưởng trực tiếp đến độ phõn kỳ của chựm tia. Khi sử dụng phương trỡnh [8]: 2 1 2 2 ( ) ) ( 1 + + = ∆ A B L B LR R πω λ θ (2.2)
Với cỏc giỏ trị A, B tương ứng của ma trận truyền của chựm Gauss trong BCH, ω là độ thắt chựm trong BCH, LR = πω/λ, ta tớnh được độ phõn kỳ của chựm tia cho một chu trỡnh và hai chu trỡnh đi lại trong BCH.
Bằng thực nghiệm thấy rằng, khi khụng cú mặt hiệu ứng thấu kớnh nhiệt thỡ giỏ trị ∆θ nhỏ hơn [8]. Từ đú cú thể thấy rằng, ảnh hưởng của thấu kớnh nhiệt là làm tăng độ phõn kỳ của chựm tia. Điều này cú thể dẫn đến tăng độ rộng phổ của vạch laser phỏt ra từ một BCH cú yếu tố lọc, tăng ngưỡng laser, hay gõy ra dao động laser trong chế độ BCH khụng ổn định giỳp đạt được chựm laser ra cú dạng TEM00.
Trong cụng trỡnh [8] đó nghiờn cứu hiệu ứng thấu kớnh nhiệt trong Rh6G/polymer trong quỏ trỡnh hoạt động laser và thấy rằng: thời gian hồi phục nhiệt của vật liệu cỡ vài giõy (khi đường kớnh vết bơm 1- 4mm). Nếu bơm ở chế độ xung, tần số lặp lại 1 Hz, đường kớnh vết bơm ≤ 1mm thỡ thời gian hồi phục nhiệt lớn hơn nhiều thời gian giữa cỏc xung laser, hiệu ứng thấu kớnh nhiệt khụng đỏng kể. Nếu bơm ở chế độ xung tần số lặp lại cao, thời gian hồi phục nhiệt lớn hơn nhiều thời gian giữa cỏc xung bơm, khi đú hiệu ứng thấu kớnh nhiệt là đỏng
28
kể. Trong trường hợp này, người ta đó xỏc định được thấu kớnh nhiệt của cỏc mẫu Polymer pha màu là thấu kớnh phõn kỳ.
Phương phỏp xỏc định hiệu ứng nhiệt tham khảo trong cỏc kết quả nghiờn cứu trờn được dựng để thiết kế cỏc BCH cú khả năng bự được cho hiệu ứng nhiệt. Cũng trong nghiờn cứu này đó xỏc định được phần cụng suất hấp thụ để sinh nhiệt của Rh6G trong tất cả cỏc nền Polymer là 12%.