Một số đặc trưng của Laser CPM.PDF

DAI
HOC QUÒC
GIÀ HA
NÓI
TRITONO
DAI HOC KHOA HOC
TU^NHIÉN
DE
TÀI:
MOT
SÒ DÀC
TRUNG
CUA LASER CPM
Mfl
SO: QT - 06 -
n
Chù
tri
de tài
Can bó
tham
già
: T.S
TRINH DINH CHIEN
: TH.S GIANO MANH
KHÓI
TH.S TRAN MANH HÙNO
PGS.TS.
DÌNH XUÀN KHOA
TH.S HOÀNO CHI
HIÉU

'-•• HOC QUOC GiA HA
iN,^.
TRUNC-
Ha
Nói, 2006
BÀO CAO TOM TÀT
DE
TÀI
MA SO
CHÙ TRÌ
DE
TÀI
CAN
BÒ
THAM GIA
MOT
SO DÀC TRUNG CUA LASER CPM
QT - 06
-11
T.S TRINH DÌNH
CHIÉN
Th.S
OIANG
MANH KHÓI
Th.S
TRAN MANH HÙNO
PGS.TS.
DÌNH
XUÀN
KHOA

Th. S HOÀNO CHI
HIÉU
1.
Muc tiéu
va
nói dung nghién
curu:
,
- Nghién
ciiu
mot
so'
dàc tnmg
cùa Laser
còng huòng
dang vòng trong che d
dóng
bò
mode
bang
va cham xung (CPM - Laser)
nhu:
ành huòng cùa mòi
tmcm
khuyéch
dai,
diéu
kién
ón
dinh cùa xung

sàng.
- Anh
huóng
cùa mói truóng khuyéch dai
va
mói
truóng hàp
thu bào hoà
de
vói xung sàng
co
chirp di qua trong Laser
khoà
mode.
2.
Càc két qua dat
dirgc
- Dà thu thap, khào
sàt càc
tài
lieu ly
thuyét
va
thuc nghiem
ve
Laser ma
còng
huóng
vòng, khoà mode
bang

va cham xung (CPM dye ring Laser).
+ Nghién
ciiu
ành
huàng
cùa mói truóng boat chat trong Laser màu con
huang vòng, dóng bò mode
bang
va cham xung (CPM dye ring Laser). Khào s;
thòi gian xung
va
cuòng dò xung truóc
va
sau khi truyén qua mòi truóng boat eh;
trong càc truóng hgp xung vào co dang
Lorentz,
dang Gauss
va
dang
Secani
hypeebolic.
+ Dà khào sàt diéu kien
6n
dinh cùa xung sàng dói vói Laser màu xung et
ngàn khoà mode bi dòng.
+ Dà khào sàt ành huang cùa xung sàng
co
chirp khi di qua mòi truóng
h^
thu bào hoà bay mòi truóng khuyéch dai trong Laser khoà mode.

+ Càc còng trình dà còng bó:
MOi
Dao cao Knoa
noe
tai bòi nghi Quang hoc - Quang
phó
toàn quóc
làn tV
IV, tai
Càn
Tho:
15 - 19/8/2006.
Mot
bài bào giti dàng trong tap
chi Vàt
ly: Communications in Physics
(e
nhàn
dàng)
Mot
bài bào giii
dàng
tap
chi
khoa hoc Toàn, Ly, Dai hoc Quóc
già Ha Ne
(dà nhàn dàng)
+ Két qua dào tao:
- 4 sinh vién
bàc cu

nhàn. (Khoà
luàn
tot nghiep)
-
1
hoc vién cao hoc
va 1
nghién
cùu
sinh (góp phàn dào tao)
3.
Tình
hình sur dung kinh
phi:
+
Tóng
kinh
phì
dugc
cà^p
15 trieud
+ Dien nuóc + Quàn ly
phi
1.20Q.000d
+ Thué khoàn chuyèn món 4.900.000d
+ Chi nghiép vu chuyén món 4.600.000d
+ Vàn phòng
phàm
900.000d
+ Còng tàc

phi,
bòi nghi
va
càc chi khàc
3.200.000d
Dà nhàn dù
va
thóng qua
chùng tiJ
day dù vói phòng Tài vu.
XAC NHAN
CÙA
BAN
TRUÓNG DAI
HOC KHOA CHÙ
TRÌ DE
TÀI
CHÙ
NHIÈMKHOA
VAT Lt
HOC
TU NHIÉN
*' ' ^HOA
HOC:
TRJONG
TS
Trình Dinh Chien
=^'
GS.13,
.Okii/i,

t'A'ri/i.L
//.if
SUBJECT
CODE
COORDINATOR
PARTICIPANTS
BRIEF
REPORT
SOME CHARACTERS OF C.P.M - LASER
QT - 06
-11
T.S TRINH DÌNH CHIEN
Th.S GIANO MANH
KHÒI
Th.S TRAN MANH HÙNG
PGS.TS.
DÌNH XUÀN KHOA
Th. S HOÀNG CHI HIÉU
1.
Objective and matter of the study
+ Theoretical consideration for some characters of the coUiding
pulse
mode
locking - Laser (CPM - Laser). Therefore, we can understand better
dynami(
processes and mechanisms of ultra short pulse formation.
+ Influence of the active medium in the Laser- operation
+ Conditions for stabilization of tight pulses in the CPM - Laser
+ Influence of the active medium and the saturable absorber for the chirpe(
pulses in the CPM - Laser.

2) Main
resuits:
+ Collecting the experimental and theoretical resuits on methods fo
generation of ultra short
light
pulses by the CPM - Laser.
+ Investigating influence of the active medium in the CPM dye ring Laser.
Pulses parameters such as the pulse lime and density of photon
flow
(intensity) of
pulse are calculated for the case of Lorentz - form, Gaussian - form and secant -
hyperbolic input pulses.
+ Consideration for conditions for stabilization of light pulses in the CPM
Laser.
+
Consideration for influence of the chirped pulses in the CPM - Laser.
+ Resuits in education
4 B
Se
students and supporting 1 M Se Student,
IPh.
D.
student.
+ Publication:
+ Tran Manh Hung, Trinh Dinh Chien, Dinh Xuan Khoa (2006)
(Influenc
of the active medium in the CPM Dye ring Laser)"
(Conmiunication
in Physics, (Dà nhàn dàng).
+ Tran Manh Hung, Trinh Dinh Chien, Dinh Xuan Khoa (2006)

"Condition
for stabilization of Light Pulses in the Passively Mode Locked Lasers)".
Tap
chi
khoa hoc Toàn, Vàt ly, Dai hoc Quóc
già Ha
Nói (dà nhàn dàng)
+ Giang Manh Khoi, Trinh Dinh Chien.
"
Chirp
va
ky thuàt bù
chùp"
Hói nghi Quang hoc Quang
phó
toàn quóc làn
thii
IV, Càn Tha, 8/2006.
I)
MO
DAU:
Hién nay Laser xung ctrc ngàn dà dugc
ling
dung nhiéu trong càc
llnh vu(
khàc nhau trén
thè
gioi cung nhu
ó
nuóc ta trong nghién cùu khoa hoc, trong

kinl
téky thuàt, Do
vày, viec nghién
culi
ly thuyét
va
thuc nghiem
ve
Laser xung cu(
ngàn là dugc chù y phàt
trién cf
nhiéu nuóc trén the giói.
Co
mot so phuang
phà{
khàc nhau de tao ra xung cuc ngàn. Hién nay thóng thuóng nguòi ta su
dunj
phuang phàp dóng bò mode bay khoà mode. Vói phuang phàp này
co
the tao dug(
nhflng
xung
song
cuc ngàn vùng picò giày
(Ips
=
lO'^^s) va
vùng femto giày
(Ifs =
10-^^s).

NhGng ùng
dung trong thuc tién nhu trong thóng tin quang, trong nghién
cui
nhiing qua
trình dién ra cuc nhanh trong nguyén tu, phàn tu, chat ràn, trong
sin!
hoà, y hoc, dói bòi nhiing Laser cho sung sàng cuc ngàn
va
càc phuang phàp
cù<
Quang
phé
hoc Laser thói gian cuc ngàn.
Hién nay nguòi ta thuóng su dung càc Laser de phàt xung cuc ngàn là Lase:
Titan
xaphia.
Laser tàm màu, Laser thùy tinh Néódym bay Laser tinh
thè
Néòdym
Laser bàn dàn, Laser Soliton, Laser màu, Dàc biet Laser màu thuóng dugc
si
dung de tao xung cuc ngàn vùng picógiày
va
femtò giày
bang
phuang phàp khoi
mode (mode Locking) bay dóng bó mode (mode synchronisation). De
co
the
ùnj

dung càc xung Laser cuc ngàn vào nhiing
linh
khàc nhau mot càch thich hgp
va ce
hieu qua, càn phài
hiéu ro nhutig
qua trình dóng hoc xày ra trong su tao thành
xunj
cuc ngàn trong Laser.
Phuang phàp khoà mode Laser de tao xung cuc ngàn thuóng su dung
nhùnj
Laser
làm
viec trong
che
dò da mode,
va
dò róng vach
phó
cùa dich
chuyén
Lase
càn phài
lón.
2.
Laser CPM: Su dóng bò mode
bang
va cham xung.
Nguói ta nhàn thày
co

nhiéu phuang phàp khàc nhau
di
tao xung cuc
ngài
nhQng
phuang phàp
co
nhiéu uu
diém va
thuóng dugc su dung
là
phuang
phà
dóng bò mode bay khoà
mode,
(mode synchonisation mode locking).
De
co the
ta
xung Laser
co
thói gian trong vùng
co Pico
giày
(lO'^S)
bay femtò giày
(lO'^S).
Trong thuc té,
bang
càch nào

dò
ta thuc hién dugc
mot
quan he pha co din
giua càc mode cùa Laser (bay là khoà mode) thì tia Laser di ra sé
co
cuóng dò ph
6
thuóc
mot
càch xàc dinh vào thói gian. Nguói ta ggi mot Laser nhu vày ggi là Laser
dà dugc dóng bò mode bay dugc khoà mode. Cuóng dò truóng tóng còng E(t) cùa
tia Laser chinh là su chóng chàp cùa cuóng dò truóng cùa M dao dóng riéng mode
truc:
1
E(t)
=
Z^
_ Em
e^^"^
- ^coo . m
5.)t
(i) ^ ^j^p
ódày:
-(M-1) ^ (M-1)
m
= dén
E^
là bién dò,
(p^

là pha dao dòng riéng
va 5w
ne
,L
là
tàn so
vòng cùa khoàng càch mode, C là toc dò ành sàng
va
L là dò
dai
cùa buóng còng huòng.
Khi pha
(p^
cùa nhiing dao dòng riéng là dòc
lap
thóng ké vói nhau thì cuóng
dò truóng tóng còng sé là:
I-E(t)^=Zl/2|Ej2
(2)
Cuóng dò tóng còng là tóng don gian cuóng dò cùa càc mode riéng. Néu ta
su dung mot co
che
thich hgp de thuc hién dugc quan he pha co dinh (khoà pha:
mode locking) giua
nhùng
dao dóng riéng,
co ngbla
là:
a =
cp^

= 9m-i = Const
(3)
Nhu vày,
(p^=
ma +
(pg.
Khi M mode
co
bién dò
EQ
bang
nhau ta sé
co
cuòng
dò truóng tóng hgp là:
Sin [M/2
{5(x)i
4-
a)]
t'W
-K ^
.
5cot +
a^
e
+
ihp
sm—-—
Càc mode giao thoa vói nhau do su
lién

két pha trong còng buóng. Diéu
de
dàn tói su tao thành xung sàng. Cuc dai cùa cuóng dò dat dugc a thòi diém màu
se
bang
khóng:
5
co
t^
+ a
= m7C
(5
Tin hiéu
ra
cùa Laser dugc dóng bò mode
sé
là
mot
doàn xung
tuàn boàn
vói
khoàng thòi gian giua
2
xung lién tiép dugc xàc dinh bai he
thiic:
271
2L
u
=
=

5©
L
là
chiéu
dai
buóng còng huang. Nhu vày
u
chinh
là
thòi gian
de
ành sàng
di
mot
vòng quanh còng huang.
Thói gian xung
co
the dugc xàc dinh:
2%
Iti
(7)
M. 5co
Acogen
Ò day AcOgen là
khoàng tàn so
ma
M mode Laser dao dòng. Khi bam mach
thì
A©gen co
the

cà bang
dò rong vach cùa dich chuyén Laser.
Nhu vày, muón tao dugc xung ngàn thì dò ròng vach cùa dich chuyén Laser
càn phài lón.
Mot
già tri giói han cùa dò
dai
xung là cho qua già tri
ngbich
dào cùa
dò ròng vach.
Nhiing xung dat dugc trong Laser dóng bò mode khòng nhiing co dò
dai
xung rà't ngàn
ma con
dat còng suà't dinh rat cao. Cuóng do xung cuc dai ty
le
vói
M^IEQP,
con
trong truóng hgp khóng
co
dóng bò mode thì cuóng dò chi ty le vói
M|Eop,
tue
là M làn nhò han khi
co
cùng so mode nhu nhau trong hai truóng hgp.
Nhiing phuang phàp quan trong nhàt de dóng bò mode là: Dóng bó
mod^

chù dòng, dóng bò mode
bang
bam dóng bò
va
dóng bó mode bi dòng. Nguòi
\<.
thuóng àp dung phuang phàp dóng bò mode bi dòng dói vói Laser màu
de
tao
xunj
cuc ngàn vùng picò giày
va
femtò giày do uu diém lón cùa Laser màu là dò róni
vach rà't lón
va
dai phó cùa
nò co
the dich chuyèn lón
va co
the dùng càc chat
mài
khàc nhau
de
phàt
bue
xa xung Laser a càc vùng tu tu
ngoai,
khà kién dén tu ngoai
8
•

Dóng bó mode cùa Laser màu phàt mot doàn xung lién tue dà dugc thuc hién
làn
dàu
tién vào nàm 1974 bòi C.V.Shank
va
E.P.Ippen vói buóng còng huang
tuyén
tình
cùa Laser. Do
dai
xung dat dugc ca 0,5ps.
NhOng
cài tién tiép theo cùa
mot so
tàc già cung dà rut ngàn dugc thói gian xung. Dén nàm 1982 G.Mourou
va
mot
so tàc già dà tao dugc xung dò
dai
70fS vói su dung dóng bó mode
bang
barn
dóng bò
va chat
màu DODO vói còng huang tuyén tinh.
Còng huòng vòng (Ring - Resonator) làn dàu tién dugc su dung bòi C.V
Shank, R.I.Fork
va
B.I.
Green vào nàm

1981
do dà cài tién còng buóng tuyén tinh
thành còng buóng vòng de thuc hién khoà mode
bang
va cham xung (CPM:
CoUiding Pulse mode locking) vói viec
su
dung mot dòng phun chat màu (dye jet)
vói dò
day
10p.m.
Dò
day
xung dat dugc là 90fs.
Nhiing
cài tién tiép theo két hgp
vói nén xung trong
va
ngoài buóng còng buóng dà dat xung
s^ng
6fs vào nàm 1987
(C.V. Shank
va
1 so tàc già)
va
dat tói 4,5 fs vào nàm 1997 (O. Svelto
va
càc tàc
già).
Su nén xung sàng dà dat dén gàn giói han. Tuy nhién

con
nhiéu
qua
trình phùc
tap xày ra trong nhiing khoàng thòi gian rà't ngàn vùng picò giày
va
femto giày
trong Laser de hình thành nhiing xung sàng cuc ngàn dò
ma
ta càn nghién cùu.
Hiéu dugc nhiing
qua
trinh dò sé
rat
hùu ich cho nhiing
ùng
dung càc xung cuc
ngàn này trong khoa hgc còng nghe cung nhu trong kinh té, ky thuàt
va
dòi song.
IL ÀNH HUÒNG
CÙA
MÒI
TRlTÒNG KHUÈCH
DAI
Mói truóng boat chat dugc khào sàt nhu mot he ba
mure va
càc gàn dùng sau:
T,\«T'
va

p^_,=0
(3.1)
Xung barn
So
^
21
ITmh
3.1. So do ba
mure nàng lugng
cùa mòi truóng khuéch dai.
TÈf
càc phuong trình (1.38), (L39)
de co thè
giài tuang tu nhu cho mói
truóng
hà^p
thu bào bòa trình
bay
à chuang II, chùng tói su dung càc ki hiéu:
«*
=
rt
V33 là
nghich dào dò tich
luy,
«*
là màt dò dò tich luy cùa phàn tu,
«0
là su nghich dào dò tich luy trong trang
tbài

càn
bang
nbiét dòng.
k là chi
so
néu
lén
ành buóng cùa mòi truóng boat
chat.
Tu dò
thu dugc he phuang trình vi phàn phi tuyén lién két
de
mò tà su tuang
tàc cùa mòi truóng boat
chat va
truóng tia laser khi diéu kién bam khòng dói nhu
sau:
dn'
i
^^ -^^kp*2-/^U3]«^^=-^k ol
(3.2)
Khi
su
dung;
dp
23
dt
V^23
.* -'^23
P23

=7/^23^33^
(do
p',,=0)
n
(3.3)
P23=P23^
=P22^
(3.4)
két hgp vói biéu
thùc
cùa truóng dién
tir
truyén tói mòi truóng khuyéch dai bào hòa
tir phia
phài:
£(z,r) =
iyl/'-'^'^^"
+ cc
(3,5)
va
àp dung càc gàn dùng tuang tu nhu tinh toàn vói chat hàp thu bào hoà (tue bó
•=2
-32
qua dao
barn
bàc 2:
—y
4,;
—y^/,,
so bang vói tàn so

2co^
)
thì tu càc phuang trình
ut '
cz
'
(3.2),
(3.3), (3.4) chùng tói tìm dugc he phuang trình vi phàn sau:
dz
^a'n'F^
(3.6)
vói:
Fj
=
ItlCù,
=
-a
n
F.
dr
'
\AI\
là màt dò dòng photon.
(3.7
Tu
càc biéu thùc (3.6)
va
(3.7),
là'y
tich phàn dgc theo chiéu

dai
mòi truóng
khuéch dai, chùng tói dà bién dói
va
thu dugc biéu thùc màt dò dòng photon sau
10
khi di qua mòi truóng boat
chit
F^ÌUT])
dói vói màt dò dòng photon truóc khi di qua
mòi truóng boat
chà't
F,
(0,;/)
:
F,iL,ri)
=
F,iO,rj)^^
^j—-
(3.8)
òdày:
E,iO,Tì)=]E,(0,ndf.
-ce
Diéu kién càn phài
tbòa
man là truóc khi mói xung di qua mòi truóng boat
chat
(dén mòi truóng càch nhau sau khoàng thói gian
TJ2)
thì mói truóng boat chat

phài
co
cùng nghich dào dò tich luy
«*.
Tii còng thùc (3.8) nhàn thà'y, màt dò dòng photon bay nàng lugng xung
(nàng lugng xung ti
le
vói màt dò dòng photon) sau khi di qua boat chà't ty le vói
nàng lugng xung truóc khi di qua boat chà't. Nàng lugng xung sau khi di qua boat
chaft
cung phu thuóc vào
nj tue
là phu thuóc vào nghich dào dò tich
lùy
ban dàu
cùa mòi truóng khuéch dai trong trang tbài càn
bang
nbiét dòng,
lue
do chua co su
tuang tàc vói truóng dién
tu
cùa càc xung (do xung chua di qua mói truóng khuéch
dai),
nhung
chiù
ành buóng cùa xung bam
de
tao ra su nghich dào dò tich luy màt
dò.

Nàng lugng xung ra cung phu tbuòc vào
a
=
o-*«*l\
tue
phu thuóc vào càu tao
va
dàc diém cùa mói truóng boat chat
(a^:
tiét dién hàp thu hiéu dung,
L^
chiéu
dai
boat chà't). Két
qua
pbù hgp vói càc két
qua
thuc nghiem
ma
chùng tói dà thu dugc.
Ngoài ra, nhu phàn tich ó trén, chùng tói
con
thày nàng lugng xung phu tbuòc
cà vào thói gian vòng quanh còng buóng
T^
va
thói gian tich thoàt nàng lugng (tue
là thói gian boi phuc ngang)
T*
cùa mòi truóng boat chat.

Tu
két
qua
thu dugc ó biéu thùc (3.8), là'y càc so
liéu tu
thuc nghiem, lap
irình
va
tinh toàn
bang
càc phàn mém Matlab, Mathematica chùng tói se khào sàt ti le
thòi gian xung tuang dói r
va
ti le màt dò dòng photon tuang dói F
giùa
xung di
vào
va
di ra qua mòi truóng khuéch dai cho càc truóng hgp cu the cùa càc dang
xung vào khàc nhau, dò là xung dang Lorentz, xung dang Gauss
va
xung dang
Secant-hy per
bole.
Càc so
heu
(vói chà't màu Rhodamin 6G (Rh6G)) dugc su dung
de
tinh toàn
cho càc dang xung khàc nhau khi vào mói truóng khuéch dai nhu sau:

- Tiét dién hà'p thu hiéu dung:
CT^
=
0,5.10"^^cm^
11
• - Màt dò s5 hat tao
ra ò miic
trén do nguón barn:
«o
=
20.10'^
(hat/cm^),
- Chiéu
dai
mòi
tnròng khuéch
dai:
L"
= [100
^
500]
(|im),
- Thòi gian
xung:
TL
= [50
^
100] (fs),
-
Thcd

gian
tich thoàt
hói phuc ngang:
T*
= 0,5 ns.
1.
TRITONO HOP
XUNG VÀO DANG SECANT
-
HYPERBOLE
Khào sàt
tnrcmg hop
xung vào
co
dang Secant-hyperbole (dar
tacmg
tu nhu
cho tnròng
hgp chat hà^p
thu bào hòa):
A{z,t) =
A{r})
=
(3.9)
cosh(v)
Thè
(3.9) vào (3.8)
va su
dung càc phàn mém dà néu chùng tói mò phòng
dugc dang xung sau khi di qua mòi truóng khuéch dai nhu hình 3.2. Biéu thùc cùa

két qua là phùc tap,
chùa
nhiéu hàm dàc biet trong tin hoc nén chùng tói khóng
trình
bay
càc biéu
thùrc
này.
De khàng
dinh càc
so
liéu dùng
de
khào sàt là
lày
tu két
qua
thuc nghiem dà
néu
ò
dàu chuang, chùng tói dua ra mot so
ké't
qua tinh toàn cu
thè:
e/=
0,5.
lO-'Vm');
<
=36.
10''(hat/m');

L"^
=
20.10;'(m)
tùdó:a =
a*^A7*
L'^=
0,5.10-'°.
20.10''.
20.10-'=
0,2.
Két qua thu dugc:
= 0,2
.a
=0.4
-2
-1.5
-1 -0.5 0
0
5
Thoi
gian
tuong
dot
1.5
25
Hkh
3.2. Xung dang Secant-hyperbole truóc
va
sau khi di qua mòi truóng
khuéch dal voi vài già tri dàc biét cùa

a.
Trong truóng hgp này
a^
= 1,
12
Il le
thói gian xung tuong dói
r va
màt dò dòng photon F giùa xung vào
va
xung ra trong vài truóng hgp riéng cùa
a
thu dugc nhu trong
bang
sau:
_out
l
in
T
IT
pam
1
pm
a
=0,2
0,9576
1,0830
a
=0,4
0,9376

1,1620
Bang
2.1.
Quan he cùa thói gian xung
va
màt dò dòng phò ton giura xung
vào
va
xung ra.
Nhu vày, khi xung dé'n mói truóng khuéch dai thì càc nguyén
tu
cùa he dang
ò
mùc laser trén nén chùng bi kich thich dóng
loat tra
ve mùc laser duói
(bue
xa
cuong
bue),
màt truóc xung dugc khuéch dai manh.
Con
màt sau xung sé bi giàm
khuéch dai do càc nguyén
tu ò
mùc laser trén dà tra
ve
mùc làser duói
va vi thè
mat

này bi làm dóc dùng lén nhu nhìn thà'y trén hình ve 3.2. Dóng thòi, thòi gian xung
cùng dugc rùt ngàn lai
xà'p
xi 5% nhu két
qua
tinh toàn dà chi ra trong
bang
3.1.
2.
TRl/ÒNG
HOP XUNG VÀO DANG GAUSS
Khào
sàt
triróng
hgp xung vào
co
dang Gauss;
A(zj)
=
A{7])
=
a^e
'0*-
"o*^
(3.10)
Thè
(3.10) vào (3.8)
va
tuang tu, thu dugc dang xung sau khi di qua mói
truóng khué'ch dai nhu sau:

13
1.4
1.2
li-
•5 1
•a
ai
e
a
-0.8
e
o
o
n
£2.
mO.B
e
a
•n
a
•a
-
D.4
(S
2
G.2
n
-
/
/

•
j '
/
/ /
1 / /
1 '
/
/
' /
1 1
* '
1
! ;
' * t
1 '7
" ' ' 1
hi
'
'
r
1'
t 1
/'/
11
If
iy
—^"^^'^^ 1 1
^
N\
^'^

V
V,
1 1 1
— Vao
-—a=Q.2
a=0.4
1
^— '
-4-3-2-101234
Thoi gian tuong doi, v
Hình 3.3. Xung ra dang Gauss truóc
va
sau khi di qua mòi truóng khuéch
dai vói vài già tri dàc biet cùa
cu
Trong truóng hgp này
QQ
- 1.
Ti le thòi gian xung tuang dói r
va
màt dò dòng photon tucmg dói F giùa
xung vào
va
xung ra vói vài già tri cùa
a
cho truóng hgp này chi ra trong bang sau:
T°'"h'"
poM 1
p,n
«=0,2

0,9838
1,0852
a
=0,4
0,9506
1
1,1872 i
Bang 2.2. Quan he
cùa
thói gian xung
va
màt dò dòng phò ton giùa xung vào
va
xung ra.
14
Két qua cung thu dugc tuong
tu
nhu két
qua
cùa truóng hgp xung vào Secant-
hyperbol, nhung nhìn
tu
càc hình ve
va
so liéu trong
bang
thì xung Gauss dugc
khuéch dai manh
hcm va
màt sau cùa xung dóc han, nhung thói gian xung dugc

rùt
ngàn it han, do xung Gauss
co
duòng bao xung dóc han.
3.
TRU'ÒNG
HOP XUNG VÀO DANG LORENTZ
Khào sàt truóng hgp xung vào mòi truóng
co
dang Lorentz nhu sau:
A(z,t)
=
A(7j)
=
l + v
(3.11)
Thè (3.11)
vào (3.8)
va
thu dugc càc ké't qua nhu sau:
Ti le thói gian xung tuong dói
va
màt dò dòng photon (cuóng dò xung) giùa
xung vào va xung ra trong vài tnròng hgp cùa
a
:
r^'/r""
paul 1 pjn
a
= 0,2

0,9814
1,0901
a
= 0,4
0,9451
1,1769
Bang 3.3. Quan he
cùa
thói gian xung
va
màt dò dòng phò ton giùa xung vào
va xung ra.
Dang xung sau khi di qua mòi truóng khué'ch dai:
15
1.4
r
1.2
O
I
•D
Uì
c
a
c
a
'D
Q.
o)Q.6
a
CD

2
0.2
— Vao
-—a^O.2
a=G,4
-1.5
-0.5 0 0.5
Thoi gian tuong doi, v
1.5
Hình 3.4. Xung dang Lorentz truóc
va
sau khi di qua mói truóng khuéch
dai vói vài già tri dàc biet cùa a. Trong truóng hgp này
ag
= 1.
Vói xung dang Lorentz thì dò dóc cùa mat sau xung là khòng dàng ké, khòng
ro ràng nhu hai truóng hgp truóc, thói gian xung rùt ngàn nhò hcm cùa xung Secant-
hyperbole, nhung lón han cùa xung Gauss. Nhu dà nói
ó
chuang II, xung Gauss
co
duòng bao xung dóc nhà't, xung Secant-hyperbol
co
duòng bao xung kém dóc nhàt.
nén cùng
co thè
két luàn là ành huòng cùa mòi truóng khuéch dai phu thuóc vào dò
dóc duòng bao xung cùa xung. Dò dóc duòng bao xung xung
càng
lón

thi
xung
dugc rùt ngàn càng it.
Nhu vày, mòi truóng khuéch dai ngoài tàc dung khuéch dai xung, nò
cung
co
tàc dung
làm
rùt ngàn xung. Su két hgp cùa mòi truóng hàp thu bào
hòa va mòi truóng khuéch dai sé
làm
cho xung tra nén ngàn han nùa
va
còng
suà't dinh càng lón. O phàn tiép theo, chùng tòi sé khào sàt ành huang dóng
thói cùa hai mòi truóng này lén hình dang xung.
16
m.
NHCNG
DIÉU
KIÈN
ÓN DINH
CÙA
XUNG
SÀNG
TRONG
LASER
DÓNG BÒ MOT BI DÒNG
1.
Ma

dàu:
Nhùng dàc trung xung cùa CPM - Laser (CoUiding Pulse Made Locking
Laser: Laser dóng bò mot
bang
va cham xung) phu thuòc vào rat nhiéu yéu
io lì
21-
ành buóng cùa dò
day
hàp thu dà dugc khào sàt trong
/3/.
Nhùng dac trung mùc
nàng lugng cùa hàp thu bào hoà cùng dà dugc xét /4/. Chùng tòi
xéi
mot so diéu
kién cho su on dinh cùa xung sàng cuc ngàn dugc
phàt
bòi CPM - Laser.
2.
Su hình thành
va
diéu kién on dinh cùa xung:
Khi xung sàng tói trén cài hàp thu bào hoà dugc dat trong buóng cóng huóng
Laser sé xày ra su hàp thu phi tuyén dà dugc
tinh
/3/:
'4
,1
+ X "^'^ f J
ÌM

H'
-L
\'Vi|^+l\.(V+|)l'
^
a
'^
K
^i
X
.

z^
^^
+ {r>.^p jdi]^^^^;(^')A^(V-v^)A
(.^
Ta thày
ve
trai
(1) là hiéu bién dò cùa truóng song
sàng
truóc
va
sau khi di
qua cài hàp thu.
Ve
phài co so bang dàu tuong ùng vói su hàp thu tuyén tinh
con
so
bang thù hai
va

thù ba tuang ùng vói su hàp thu phi tuyén do tàc dung cùa hàp thu
bào hoà.
Khi mot so diéu kién dugc thoà man nhu xàc dinh trong
/3/
cài hàp thu sé
cài
dàn
màt truóc cùa xung
con
cài khuyéch dai sé càt dàn mat sau cùa xung. Cu nhu
vày xung sàng se ngày càng ngàn dàn khi di vòng quanh còng huòng nhiéu làn.
Diéu kién on dinh cho xung
là
khuyéch dai hiéu dung cho cuòng dò truóng
Laser
a
dàu cùa xung
gj
va
a cuoi cùng
gf
phài khòng duang:
gi
= g {E (0, -
oo)}
< 0 cho màt truóc xung
va
gf
= g {E (0, -
oo)}

< 0 cho màt sau cùa xung.
n
DT/62
D^l
nOC
QUOC GIA HA NOI
IPjNGTÀM
THÓNG TIN
THU
VIÉN
Diéu kién
én
dinh này
de
khóng
xu^t
hién nhùng xung
ve
tinh. Dóng thói
vàn phài thoà man diéu kién nguóng cùa Laser.
go = 2ao -2Xo-Y = 0
Vói
Y
= -
InR
là su bao phi do phàn xa
ao
là he so khuyéch dai tin hiéu nhò.
Xo
là su

hà'p
thu tin hiéu nhò cùa cài hà'p thu.
Tình toàn cho truóng cu
thè
cung nhàn dugc vung
ón
dinh cùa xung Laser
trong mién gach chéo nhu do thi bén/4.5/.
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
QQ
a. Tiép xùc ngàn
Xo
0,3
0,2
0,1
go
=
Q/
y
y
/
/
/
gf =
U
'
gf = 0
g,
= o
/Xx

—M-—\—\
\—\ \—•
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
b.
Khòng tiép xùc
Cto
18
Nhu vày truóng hgp cài hàp thu
co
tiép xùc ngàn thì Laser màu
co
vùng ón
dinh lón hon.
Khi
chÉft
h^p
thu dugc
su
dung là DODCT chàng han ta
co:
Su truyén qua
TX
là:
T,=
10-'^^^
=
e-^^"'
ódày:
^:hésótàt
d: dò

day
hà'p thu
e: nóng dò chat màu
ryx:
tié't
dién hiéu dung
n : màt dò phàn tu chà't màu hà'p thu
Dodo:
x =
nìge
Vói chà't màu hap thu là
DODCI
sé co:
*^^=615„^=0,75.10-^^cm2
Ta cùng nhàn thà'y diéu kién
de co
dugc (1) là phài thoà man diéu kién hàp
thu nhò:
anL
« 1
(L:
dò
day
chà't hà'p thu)
va
diéu kién nàng lugng xung nhò so vói lugng hàp thu bào hoà.
Vói càc già tri cu
thè:
mol
hat hat

n =
6.10-^
x6.10''
=36.10''
lit
mol
m"*
Dodó:a,.6i5nm.n.L =
0,14«l
Vói chà't màu
co
buóc
song
xàc dinh,
de
bào dàm diéu kién tói uu cho
hoal
dòng cùa Laser, dò
day
hà'p thu L nhu dà khào sàt /3/ cùng xàc dinh dugc, do dò ta
co thè
tinh toàn dugc cho nóng dò chat màu n trong mot
khoàng
tói uu. Chinh diéu
này cùng pbù hgp vói diéu kién cho Laser màu phàt manh
va
ón dinh. Nò
phij
hgp
vói do thi cho thà'y vùng ón dinh lón hon khi

Xo
tàng.
19
Tuy nhién trong diéu kién hién nay cùa chùng ta do khó
khan de
eó
thè
tao
dugc dòng
chéit
màu hip thu vói dò
day ~
50p.m,
Ta cùng
co
thè tàng dò
day
lén vài
bón làn bay hon nùa nhung phài giàm nóng dò
chat
màu n
de
dàm bào cho Laser
thoà man diéu kién trén
va
boat dòng trong diéu kién ón dinh.
Diéu kién nàng lugng hà'p thu bao hoà Es dugc tinh:
by
^s-
Ox

Vói DODO ó?u
= 615nm.
Ta se co:
^
Q^
W
Con
nàng lugng xung W
só
xung trong don vi thói gian
(W là cóng suà't trung bình trong còng huòng Laser)
Dodo:
J
W = 6.
xung
Nhu vày, diéu kién
ve
nàng lugng xung cùng dugc thoà man.
Diéu kién ón dinh
va
vùng ón dinh cùa Laser
con
phu thuge cà vào dò
dai
cùa xung. Khi he só khuyéch dai tàng bay nàng lugng xung
tàng
thì dò
dai
xung
giàm xuò'ng

va
tuang ùng vói vùng ón dinh cùa Laser sé ròng hon. Tuy nhién su
tàng nàng lugng xung
con
phài chù y dén thoà man diéu kien: nàng lugng xung
phài nhò so vói nàng lugng hà'p thu bào hoà Es.
Va
mot yéu tó nùa cùng
rat
quan trong là ành buóng cùa khoàng càch giùa
cài khuyéch dai
va
cài
Mp
thu cùng ành buóng dén thói gian xung
va
su ón dinh
20
IV. CHIRP
VA
SI/
BÙ TRÌr
CHIRP
1.
MO DAU
Chùng
ta già thiét: dò ròng
dai
cùa mot xung sàng là nhò so vói tàn só trung tàm cùa
no thì ta

co thè
dua ra khài niém tàn só mang
va
hình bao xung. Khi dò, cuóng dò truóng
dién duoc biéu dién
bòi:
E{t) = ^E{t)e-^'^c.c
(1)
vói:
E{t)=
A{t)e'*^'^
là hình bao xung phùc, A(t)
va (j)(t)
là bién dò
va
pha
tue
thói
cùa
xung sàng. Tàn só
tue
thói
cù(t)
dugc xàc dinh là:
a){t) = ù)^'hSù){t)
vói
Sù){t) = '^^{t)
(2)
dt
Chù y ràng khi phàn tich

co(t)
theo
COL
va 5co(t)
khòng phài là càch duy nhàt. Ta dóng
nhàt
COL
vói
tàn só
tue
thói tai xung lón nhàt
va
ggi nò là tàn só trung tàm. Xung bi bién
diéu pha néu:
^(r) ^ const
(3)
va
tàn só bi bién diéu thay dói bay goi là bi chirp néu:
—^(/) ^ const
(4)
dt
,2
r
i2
Ta goi xung
co
up chirp (hoàc down chirp) néu
—^o(/)>0 —-<^{t)<0
dt- [di-
trong làn

càn cùa xung lón nhàt, khi dò xung
co
tàn só
song
mang don diéu tàng (hoàc
giàm).
Sau
day
chùng ta nghién cùu ành huòng cùa xung sàng
co
Chirp trong qua trinh
lan
truyén
trong mòi truóng.
2.
Anh huóng cùa CHIRP vói xung sàng lan truyén trong mòi truóng
Dò ròng phó FWHM cùa xung dugc ki hiéu là Aco, thì dò ròng xung
co
the nhàn
(5)
cacgiatnla:
p
=
r
2;r
bi giói han bòi: p
>
CB
trong do
CB

là he só dóng nhà't - dac trung cùa mòi xung sàng
(vói xung Gauss thì CB=0,441, Lorentz thì CB=0,221). Néu p
= Cg
thì xung khòng
co
su
bién diéu tàn só
(tue
là
(j)(t) =
const)
va
dugc goi là giói han dò ròng
dai,
xung này là xung
ngàn nhàt
co
the
co
dói vói dang phó
va
dò ròng phó dà eho.
Vi du: Cho cuòng dò tnròng cùa mot xung dang Gauss eó chirp vói tàn só
tuyén tinh
thì
cuóng dò dien truóng:
E{t) =
-A{t)e'^^'^e"'''
+c.c
(6)

E{t)=-A{ty^^'^e'^''+c.c
vói:
A{t)=AQe~^'''
va ^{t) =
(^o+^o^^
trong dò: r
21n2
Ì.O
Dò ròng phó là:
A^=
I81n2
2\
va:
n-
21n2
-t\l2
> 1151.0.441 =
e,
22
•fi
Ili
"O
uj
%'ta
oo—
-§
**
ri
i
Down

chirp
w>
^,^"^Jm«(
/
X
/
\
>
\
yX
V
y
i
00
(Ti
1
VLp
Dò
dai
lan
truyén (a)
Xung
Xung
vào
Màu ra
Down
chirp
"K^
Cidi
han dò

Up
chirp
0
^^
—•X
re)
100 200
[mm:
Vàt
liéu SF5 (d)
HINH
2 - KHAO SAT XUNG CO CHIRP LAN
TRUYÉN
TRONG MOI
TRUÓNG TÀN
SAC (VAT LIÉU SF5).
Do thi tinh su phu thuòc cùa cuóng dò dién truóng theo cóng thùc (8) dugc mò tà
trén hình 2. Hình 2a mò tà su phu thuòc cùa dò ròng xung
va
cuóng dò lón nhàt theo dò
dai
vàt liéu. Hình 2b trình
bay
su tién trién cùa xung theo khòng gian
va
thòi gian. Hình
2c biéu dién giói han dai thóng khi cho xung vào là xung up chirp
va
down chirp. Hình 2d
dua ra két

qua
cùa thi nghiem xung femto giày down chirp di qua thuy tinh SF5 [3.2] vói
TLO=260
fs.
Nhu vay:
Mot
xung sàng co chirp lan truyén trong mòi truóng làm
tàng
dò ròng
xung (xung sàng khòng dugc nén nhò nhàt nhu mong muón). Khi xung di qua chat hàp
thu bào hoà tao nén hién tugng down chirp, ngugc lai khi xung sàng di qua mòi truóng
khuéch dai tao ra up chirp.
3.
Càch tu bù up chirp
Bay
giò chùng ta xem xét chùm
sàng dàu vào bi nhiéu xa boi càch
tu
thù nhàt
GÌ
Ò
diém A (hình 3.). Càch tu
G2
song song vói
Gj
diém B,
co
nhiém
vu phàn bó lai nhùng thành phàn phó.
He qua

là chùm ành sàng dàu ra là
* .
7
,
(co,
. Aw)
song song vói
mot
tàn só bién thién
khàpchùm.
^'"^ ^ '^^ ^^ ^^^^ ^^^ ^"^ ^^P
càch tu
24
Quang duòng quang hgc
gitia
diém A
va
dàu ra màt
song
QQ' dugc cho boi
?{ù))=
ACQ:=——{\
+
cos{a-\-
/3))
(Ila)
cosa
Ò
day P
là góc tói, a là góc nhiéu xa

va
b
=
AB là khoàng càch tu G, dén
G^.
a
va
P
lién quan vói nhau phuang trình càch tu co tu nhiéu xa thù nhàt :
iTtC
Sina + sin/3
=
od
(llbj
d: hàng so càch tu.
De
tinh dugc su dich pha tuong ùng
4^,
chùng ta tinh vói buóc
nhày
pha
27i
ó mòi
diéu khién cùa
G2
[3.4].
Bòi
vi
chi
co

buóc nhày pha
bang
2n giùa C
va
C là quan trong,
do do chùng ta tinh
tu
B cho don gian. Chùng ta
co:
ù)
vTi(
\
^T^(
\
Stanar
e
d
(Ile)
Két hgp (6) chùng ta tìm thày:
d^
dù)^
co'd'r'"
"^TtC
òdày:r =
l
sin^^
Vày:
ùxì
do)^
cob

(
da\
c.cosa\dù)
(lld)
Ò
day
da /
dco
dugc thay
tu
còng thùc càch tu
(1
Ib),
va
b/cos a là duòng di cùa
chùm sàng ò giua 2 càch
tu.
Chùng ta chi xét tàn sàc cùa càch tu thù nhàt,
con
càch tu
thù hai chi xem nhu là bò
chuàn
truc lai, trù càc ùng dung rat càn thiét mai tinh nò là càch
tu
B. Thay vào
(lld)
chùng ta thày rò ràng ràng
d^^/
dco^
< 0, hay

cqp
càch tu dà tao ra
down
chirp.
Dò bién thién cùa down chirp này ty
le
thuàn voi khoàng càch giùa hai càch tu (b).
Nhu vày tuy theo xung sàng
co
tón tai up chirp trong buóng cóng huòng ma chùng ta
tinh
toàn khoàng càch thich hgp giùa hai càch tu thém vào trong buóng còng huòng de bù trù
up chirp. Giài quyét dugc vói dai thóng A co ròng, xung co chirp se
rat
ngàn hoàc nhàn
cuc tri.
4.
Làng kinh bù down chirp
Tinh GVD
va
tàn sàc góc cùa càch tu àp dung cho thà'u
kinh va
cap thàu
kinh
(hình
4).
Ngoài tàn sàc góc ra
con
là bàn thàn tàn sàc vàt liéu ành huòng tói GVD. Tàn sàc
vài

liéu co the tinh gàn dùng
tu
già tri trung bình (trung bình tiét dién ngang chùm tia) di qua
phàn thàu kinh
Li
(ÙL
.
Acù
Hình 4-
Sa
do de tinh GVD dùng
cqp
làng kinh
P^,
P2,
Dùng
cdp ISng
kinh
boàc
xét chùm
sang
truyén qua
Idng
kinh
thur
hai
co
thuàn
Ieri
trành

duac
su thav doi
cùa
thành phan phn
chìim séng Idi
ra. De
tinh
dò tan
s^c
cùa
cflp Iflng
kinh
chùng
ta can quan tàm dén cóng thùc:
25
da_
dm
(da^
^ddrij
2
(dn^
[dù))
(12)
Ò
day,
Tàn sàc góc 2 làng kinh dugc tinh:
dù)^
^l
drT
[dco,

(13)
Trong dò
1
là khoàng càch giùa 2 làng kinh, tu (13) thày ràng dò tàn sàc góc cùa
cap thàu kinh là su phàt sinh down chirp. Tuy nhién, chùng ta chù y thém
ve
nhùng tham
só xuàt hién trong (13) néu ta tình ò tàn só cho a gàn
bang
0 (su
léch
huóng nhò nhàt so
vói cho tàn só trung tàm cùa chùm tia tói
chudn)
thì còng thùc (13) tién tói
bang
0. Nhu
vày, vói càch bó tri cap làng kinh
va luu
y cho a gàn
bang
0, thì chùng ta chi phài xét dén
tàn sàc vàt liéu cùa thuy tinh tao nén làng kinh. Vói làng kinh Brewster
(u:
tuong ùng là
góc Brewster
coj va
dò léch nhò nhàt
(da/dn)^
= 4holds[3.9], thuc nghiem cho thày ràng

tàn sàc vàt liéu này tao ra up chirp. Vày chon thóng só vàt liéu thuy tinh ta
co thè
bù trù
down chirp xuàt hién trong buóng cóng huòng laser khi di qua bò nén xung
bang
chat
màu hàp thu bào hoà.
'
5. Két luàn
Khi xét su lan truyén cùa xung sàng trong buóng còng huòng, chùng ta thày ràng khi
xung sàng truyén trong mòi truóng khuéch dai thì tao ra up chirp
va
qua mòi truóng nén
xung
bang chat
hàp thu bào hoà tao ra down chirp. Do
dò,
khi thiét ké buóng cóng huòng
cùa
mot
Laser xung chùng ta phài chù y dén chiéu
dai
quang hoc cùa
càc yéu
tó quang
hoc trong dò
de co
dugc mot xung sàng khóng
co
chirp de dugc xung dò ròng nhò nhàt.

Khi càn nàng lugng ra hoàc
mot
yéu càu nào dò cùa xung sàng
gay
ra viéc thiét ké buóng
còng huòng
ma
bàn thàn
nò
khòng bù trù chirp dugc, thì chùng ta phài tinh dén viec thém
vào buóng còng huòng càc
linh
kien quang hoc tuyén tinh nhu dà trình
bay
trong baó cao
này
de
bù trù chirp.
26
V. KÉT LUÀN
De tài: "Mot
so'
dac trung cùa Laser CPM"
Ma só: QT - 06 -
11
dà boàn thành tàt cà
nbtrng
muc tiéu
va
noi dung dà

de
ra.
+ Dà thu thàp, khào sàt càc tài liéu ly thuyét
va
thuc nghiem
ve
Laser màu
buóng còng huòng vòng, khoà mode
bang
va cham xung (CPM - dye ring Laser).
+ Dà nghién cùu ành huóng cùa mói truóng boat chat trong Laser màu cóng
huòng vòng, khoà mode bang va cham xung (CPM dye ring Laser). Khào sàt thói
gian xung
va
cuóng dò xung truóc
va
sau khi truyén qua mói truóng boat chat trong
càc truóng hgp xung vào
co
dang Lorentz, dang Gauss,
va
dang Secant -
hypeebolic.
4-
Dà khào sàt diéu kién ón dinh cùa xung sàng dói vói Laser màu xung cuc
ngàn
khoà mode bi dòng.
+ Dà khào sàt ành huòng cùa xung sàng co chirp khi di qua mòi truóng hàp
thu bào hoà hay mói truóng khuyéch dai trong Laser khoà mode.
27