Vai trò của hiệu ứng tạo hốc và sự phụ thuộc thời gian trong hoạt động của LASER chứa vật liệu hấp thụ bão hoà

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (47.7 MB, 110 trang )

Bo giao due va dao tao
Truong dai lipc Tong hap Ha ncn

vO TUAN LAM

ITRO CUA HIEU UNG TAO HOC VA SU PHU THUQC
HOI G I A N T R O N G H O A T D Q N G CUA LASER CHUA
VAT LIEU HAP THU BAO HOA

Cluiyen nglianh

:

Quaiig lioc

Ma hieii

:

1.02.18

Liian an Pho tien si khoa hoc Toan-Ly

tJgirai liunng dhn klioa hoc : Pho giao su Tien sT
Dinli Viin Iloang

lla no! - 1993

^

Myc Lvc
Trang
Md dau

^

Childng I: Anh hUdng cua
buong c^ng

hi|u -ing t^c hoc

hUdng

Fabry-Perot

trong LSA vdi
va

5

hi^n tUtpng

liidng on c^nh quar^g Y.QC .
.1-

Hi^n t\10n£ lUdng on dinh guang hgc

va cac hi^u Ung

5

vat ly phi tuyen trong LSA.
.2-

^^^

Anh huong hi^u Ung t^io hoc.

ChUdng II: Cac

d^c trUng

cua LSA

vdi buong cgng huong

IS

Fabry-Perot
. 1- Ke phtiong trlnh cd ban

1^'

.2- Anh hUdng cua hi^u ilng t^c hoc

trong ho^t cipng ddn

23

mode cua laser.

2.1- D|LC trUng ciidng dq) mode.

24

2.1.1- Toe d^ bdm nang lU';;^ng d hai ngan la khiong dbi.

25

2.1.2- Toe dr-

25

bdiL nang

luv^n£ ngan

khuyech d^,i

hhong

ieu

i^-j r ^

L

V"-i t r c

hudng

cua r.ieu

iln^ t a c

h

Fabry-Perc-

b'ac X9 tv- clgng.
- •"•

li j-"^!.!

L i^'^'j.i£.-,

Ci o

e n

'^ ^ i i i .

„•_ W..1I5

1 1 ' . 1^ -

'-* V • ' i r -

—<=• JiJ - ' O c

laser.

o »i." i.-'ac "crun^ c u c n g u-^ iriooe.
0.1,

j.^

iGC: Gp odrn r^ang lU^jng o n a i n ^ a r , a-a jiriong G^^'J. .
i ' c c d9

tdm ne^ng

I'jidng r . g a r

aeu.
Vai t r c

c u a b u c y.^

t\i

ddng.

•i~ -C'c ciV' '-•''-'n"i n a n g j.uo:ig c n a 1 lige,:': ^6. iincr.P; UC 1

3.2.2- Toe dp

bdir, nang

lUgng ngan

khuyech d^i khong

51

•deu.
3.3- D6 rgng' cua trUdng laser biie x^
GhUdng III: Ki^n

tuging hon

lo^in quang

53
trong ho^t dpng

58

khong d^ahg cua LSA
3.1- Ho^t deng khong dung

cua h^ LSA

trong che dg

ddn

SI

che dg da

G4

mode.
3.2- Ho^t dpng

khcng dUng

cua he

LSA trong

mode.
Ket lu^n chung
Phv luc 1
Phv luc 2
Phv luc 3

.

•

72

-

- 7 5
•

••

"6

•

80

Phu luc 4

PI

Phv luc 5
Tai li§u tham khao

-

8

6
6S

MO ^"'u r\ u
Trong nhUng

nam

gan

laser, cac nha khoa hoc

day, trong

llnh

chu y nhieu

vrlc nghien

den laser co

CLIU

chUa v|Lt

li^u hap thu bao hoa ( laser with saturable absorber,
tat la LSA ). LSA ra ddi t\i nhUng nam
A.SZOKE [ 116 1 la ngudi dau
phi tuyen ludng

on dinh

viet tat la OB ), Tu do

60

mdt hu6ng ung dyng mdi
muc dich giai thich

cac tinh chat vat

thu

cua

ngxJdi ta con tim ra nhieu hi^u ung
loan

quang ',' chaos ') , phan

trong quang

ciju ve LSA xuat

hien ngay cang nhieu nham
ly

hieu
( Optical bistability -

hoc phi tuven ra deli. Cac cong trinh nghien
ly

viet

cua thap ky nay.

tien da phat hien ra

quang hoc

ve

va khai thac

loai laser nay. Vdi LSA
phi

tuyen khac

:

hon

nhanh ( bifurcation i, tao xung

c\lc ngan .-. .
Co ba phiiong phap Ly thuyer- chinh de i;iai quvet bai

toan

quang hvc cua LSA.
Phudng phap thU nhat

la

phudng

phap ban co ciien. Trong

phUdns pha.p nay tr^idng dUoc xem la trudng

co dien tuan theo

cac phudng trinh dien dong

con he

lUc Maxwell,

cua moi tri.tdng tuan theo cac nguyen ly
Saloma va Stenhom

[107,108]

[32,331 da sU dung

phUdng

laser co md rong

cung

phap

khong dong

nguyen tu

cua cd hoc lUdng tU.

mot

Lamb

so

tac

gia

khac

trong trUdng yeu vcJi

nhat trong

hoat dong

cua ddn

mode.
PhUdng phap thU hai de giai
lugng tu. Trong phUdng phap

bai toan

LSA la phUdng phap

nay ca trUdng

va h^ nguyen

^6i truSng deu tuan theo cac nguyen ly cua cd hpc

tU

lU
Lugiato va Mandel [84] da bUdc dau nghien c{iu he LSA v6i moi
trUdng md rgng dong nhathoat dong d

che

do

ddn mode

bang

cUu

la DhUdng phap gan

phUdng phap lu^ng tU.
PhUdng phap

thU ba

dung he phudng trinh toe

dUdc nghien
do. Cac tae

cac phUdng trinh mo ta sU thay doi

gia [10-13] xay

dUng

theo thdi gian so photon

trong buong

cgng hudng,

sU thay

mUc nang lUdng trong cac

doi hieu tich luy . d cac

moi trUdng khuech

dai va hap

thu

theo cac thong so cua moi trudng nhu : bdm khuech dai, he so

tich thoat, do md rong vach nguyen tU...
De xay dung
dun.g

he phudng

trinh toe

do

ngUdi ta thUcJng sU

. hai phUdng phap khac nhau :

gian tiep. PhUdng

tiep la

.xac dinh phUdng trinh

tren ed sd nhUng qua trinh vat ly anh

hUdng den sU bien doi

eua moi trudng phi tuyen va anh sang.

RoLand va MuLLer [97]

va cae tac gia

phap trUe

true tiep hoi=LC

da sU

Laser da mode vdi

dung phUdng

md rong

dong nhat.

dung til he cac phudng trinh
trinh tec d$ mgt each gian
mot cong :*u de cu r.he
2 mUc

la phUdng phap xac

da nghien cUu

eUu vdi

ba phUdng
dong cua

lueng eho

cac ngan

hUdng dang vong

hay

trong cac tai lieu

Laser co

nhat la chu yeu. Con Laser vdi md rong

no nhU

sU sU hoat

mue nang

voi buong cong

la nghien

dinh phudng

Tren cd sd

buong cong huong Fabry-peroi:. Tuy nhien,
cong bo, hau het

suv ,gan

d trUdng hOv nay

tiep,

hay 4

khuyech ilai va hap thu

khi nghien cilu

PhUdng phap

hoa ly thuyet.

phap nay. nhieu tac gia
LSA vdi mo hinh

phap nay

md rong dong

khong dong nhat dUdc

nhien cUu chu yeu voi orudn.g hop don mode. Phan Ngoe Ha [10]
nghien eUu vdi

Laser khi vdi buong

Trong ban luan an

phUdng trinh toe

nay,

dg de

chung

nghien

cong hUdng dang vong.
toi

sU

cij(u hoat

buong cong hUdng Pabry-perot co

dung gan dung h^
dpng cua LSA

do md rong khong

la chu yeu. Cac van de dat ra eho luan

dong nhat

an la nghien cilu dac

trUng cUdng do bue xa va

dieu kien xuat hien lUdng

quang hoe trong

vdi buong

cac LSA

Qua do, xet vai tro eua hieu
cua LSA. Chung toi tim hieu
dong nhat den dac trUng eUdng

vdi

on dinh

cong hUdng Fabry-perot.

Ung tao hoc doi vdi
anh hUdng cua d^ md

hoat dong
rong khong

do bijlc x^i va dieu ki^n

xuat

hien OB.
De nghien

cilu dae trUng' cUcJng do mode bi-tc xa,

chung toi

xet hoat dong cua LSA trong che do ddn mode va da mode.

Ban luan an nay gom 3 ehUdng :
ChUdns I : ChUdng nay gom hai phan.
Phan 1 gidi

thieu qua

mot so

hieu Ung

LSA va trinh bay hien tUdng lUdng on

phi tuyen t.rong

dinh quang hoc v6i

cd

che va dieu ki^n xuat hien. Trong phan nay co dUa vao mot so
ket qua thUc nghiem hien tUdng

quan sat dUdc

lUdng

khi tien hanh thi

Phan 2 gidi thieu vai

on dinh ma chung

toi

nghiem v6i Laser khi Ar.

tro eiia hieu

itng tao

hoc trong

hoat dong eua LSA vdi buong cong hUdng Fabry-perot.
ChUdng II : Gom ba phan
Phan dau khao sat Laser khi ehUa vat lieu hap thu bao hoa
trong buong cong hudng Fabry-peroi: vdi mo hinh hai muc
iUdng. De mo ta hoat dong eua he,

nang

chung ~6i su dung phUong

phap he phUdng trinh toe do, vdi phudng phap nay,
xay dung dugc he phuong trinh dae "crung

c\ldng

chung toi

do mode

cua

d cac

ngan

laser khi eiing nhU sU thay doi hieu do tich luy

khuech dai va hap thu. Tiep theo chung toi si dua he phudng
trinh dac trung ve d^ng thuan tien eho tinh toan.
Phan thu hai khao sat hoat dong cua LSA vdi che

do

mode qua viee xac dinh dae 'rUng eudng do mode d trang
dilng. Tiep theo

nghien euu

trong LSA vdi buong

cong

sat sU bien doi

eudng do

ngan khuech dai

va hap

tUcpng lUdng on

dinh

vai
hUdng
bue xa

tro cua

Fabry-perot
khi thay

thu trong

quang

hoe

hieu ung tao

thai
hoc

qua viec khao
doi vi

buong cong
va

ddn

tri cac

hUdng. Hi|n

dieu kien xuat hien OB

dude de cap tdi trong trUdng hdp cu the.
• Phan thu ba khao sat hoat
khi thay doi toe

do bdm

nang lUdng

khong chi CO hien tUdng lUdng
da on dinh xuat hien. Moi

dong eua LSA d one

moi trUdng

on dinh ma eon

quan he giUa

do da mode
khuech dai

co hien tUdng

eUdng do mode

phat

va do rong trUdng bUe xa dUde xac lap.
ChUdng III: Khao sat hoat dong khong dung

eua he LSA chu

yeu vdi buong cong hUdng dang vong. Nghien cdu sU phu

thuoc

th6i gian eua cUdng do mode phat va hieu do tich luy cua hai

- 4 moi trUong. He phudng trinh
phapsotren cd sd

thuat

toan

trUdng hdp ddn mode va
dong cua he trd

nen

toe

do dUdc giai

Runge

Kutta

da mode. Vdi che

hon

lo^n

bang

ap

phUdng

dung chg cac

do da mode,

hoat

sau trang thai dilng,

hi^n

tUOng hon lo^n quang xuat hien.
Phan cuoi cung la ket luan, phu luc va tai li^u tham khao
Ban luan an nay cd ban dUdc hoan thanh tai bo mon
pho khoa vat ly trUdng dai
sung tai to vat ly dai
khoa ^/at ly trUdng

hoc Tong hop Ha

cUdng va cae

noi

quang

va dUdc bo

qua trinh truyen

song

d.ai hoc Tong hdp Matxcdva.

Cac ket qua eua luan an da dUde bao cao d

cac xemina tai

bo mon quang pho khoa vat ly trudng dai hoc Tong hdp Ha noi,
tai hoi nghi vat ly ly thuyet toan quoc Ian thil 12,13 [5,6],
tai hoi nghi quoc te mang ten
Jena-CHDC Due va

hoi nghi

Ernsrabe

quoc te

trien trong dien tu hoc lUdng tu

Ian

ve

thU

nhat

tai

nhung xu hUdng phat

d Bucares-Rumani[49,50] va

da dUdc cong bo d cae tap chi trong nUdc

[4,5] va tap chi d

nUdc ngoai [13].
, ,Nhan dip nay chung toi
doi vdi pho Giao sU,

.xin bay to

Tien si

dan khoa hoc- aa tan tinh

long biet dn

Dinh Van Hoang-

giup dd chung toi

sau sac

ngUdi hUdng

hoan thanh ban

luan an.

Toi cung xin bay to long biet dn sau sac doi vdi pho Giao
sU Krindash rdai hoe Tong hdp Matxccjva) , pho Giao sU Vu
CUdng, pho Tien

si Trinh

va CO nhieu y kien

co

Dinh

gia

tri

Chien da
de

tan tinh diu

NhU
dat

chinh ly va hoan chinh

luan .an.
Chung toi xin chan thanh cam dn cac Giao sU,can.b6 giang
day bo mon quang pho Dai hoe Tong Hdp Ha Noi co nhieu y kien
quy bau khi thUc hien de tai.

Chung toi cung xin chan thanh cam dn ban chu nhiem
vat ly va cac ban dong nghiep

xa gan da

tao dieu

khoa

kien vat

chat va tinh than oho chung toi hoan thanh luan an nay.

ChUdng I: ANH HUONG CUA HI?U L/NG
BUONG CONG

HUONG

TAG HOC TRONG LSA

FABRY-PEROT

VA

v6l

HI?N TUONG

LUdNG ON DINH QUANG HQC

1-Hi^n tUdng lUOng on dinh auans hnn va cac hJeu (Ang vat
]y ph-i tuven trong LSA.
Laser chUa vat lieu hap thu bao hoa fLSA) trong nhUng nam
gan day da trd thanh moi quan tam Idn eua cac nha vat ly
thuyet va thue nghiem. Cac

nha nghien eUu

da thu

ly

dUde mot

loat cac hien tUdng ly thu va md ra hu6ng (ing dung mdi trong
cac nghanh quang pho hoc Laser. Cac hien tUdng nay cung

nhU

Ung dung cua ehung da dude Phan Mgoc .Ha, Tr.an Thi Thu Ha [2,
3] trinh

bay trong

ban luan

an eua

minh. 0 day ehung toi

chi nhac lai nhUng net chinh va gi6i thifu mot so cone trinh
trong nhUng nam gan day eo lien :3uan t6i chung. Cac hifu ring
phi tuyen lien quan T:di LSA la:
1.1 Su bien

dieu

do

pham

chat

tiiiu

doug

(Passive

Qswitching- viet tat la PQS)
Day la mot trong nhUng

hien

tUdng dac trUng

Theo cac nha nghien cUu [14,13],
moi trUdng co he so hap

chat

thy ty 1§

eua

LSA.

hap thu bao

hoa la

nghich vdi cUdng

do anh

sang tdi- Khi eUdng do bUe xa tdi nho thi he so

hap thu l6n

nen bUc .xa tU dong va buc xa cam Ung sinh

ra hau nhU bi hap

thu het, hoat dong Laser eoi

Khi eUdng do

nhU bi cam.

xa tdi v6 cung Idn thi he so hap thu

bAo hoa va hien

tUdng tay

trang (

bile

trd nen nho. Luc do sU
bleaching) cua chat hap

thu xuat hien, anh sang di qua chat hap thu hau nhU khong bi
hap thu. Nang lUdng dudc tich
xung. Ly thuyet
nghien cUu [115].

chung
cac

ve

tu til trUdc bUe

hien

tUdng

dUdc Szabo va Stein

tac gi4 [36,37,42,105,117] khi nhien

euu PQS trong Laser- CO2 da

tim ra dieu kien

PQS lien quan tdi toe do tich thoat dao
khuech dai va hap

xa thanh mot

thu. Co

the xem

xuat hien xung

dong cua moi trUdng

them ve

hien tUdng nay

trong cae cong trinh gan d-ay [24^28 , 51, 77 , 99 , 115 ] r
^ .2 Hien tUdng hon loan guana
Khi nghien cUu tinh khong on dinh trong LSA, cac nha vat
ly thay xuat hien hien tUdng hon loan

quang,

hieu lina nay

dUdc Mrugala,Peplowski [96] va Antoranz,velarde[22] quan sat
dau tien. Hien

tudn^

hon

loan

trong Laser CO2 [45,73] va
da eho thay dieu

tdi ap xuat hdi bao hoa 1
tU

hien hien

dudc nghien cuu
Cac tac gia

tUdng nay

lien quan

doi vdi Laser khi ) va thdi gian

mang

dUde phun ( doi vdi Laser

da

Laser ban dan [75].

kien xuat

song cua cae phan

quang

trong

mien

phun va mien khong

ban dan ) co the tham

khao them

trong cac cong trinh [9,40,43,46,63,67,72,73,96]
1.3 Hien tUdng phan nhanh
Khi nghien

cUu he

LSA cac nha

thay rang e6 su

thay doi

d ieu. kh i'^n cae

rham

hUdng. Dembinski.

so

lien tiep
cua

mo i

thUdng (la

thu bao hoa) d eho eo the
thdi, do la

[ 47,55 j nhan

trang th.ai
^ ruen^3

cua he khi

"c ron g bi.iong cong

Mandeir47] va Srneux [55,56] da budc dau

mo ta gian do phan nhanh cua
hdn laser thong

nghien cilu

bcm nang

laser. Ta biet LSA
laser khong

co loi the

ehUa vat

lieu hap

dieu khien dUde hai tham

Ludng moi

truong khuyech

36 dong

dai va hap

thu. He phudng trinh LSA eo hai kha nang phan nhanh ke

nhau theo thdi

gian.

Hudng

phan

nhanh

khoang thdi gian khi cUdng do bien doi
thai CO eUdng

do bien

doi tuan

phan nhanh thU hai bien doi tU
doi tuan hoan

sang

trang

dau

tiep

tien itng vdi

tU "zezo" den

trang

hoan cheo thdi gian. HUdng
trang thai

eo eudng do bien

thai dUng. Cac cong trinh [23,44.

9*4] cung de cap tdi hien tUdng nay.
1.4. Hien tUdng lUdng on dinh auang hoc:
Ludng on dinh quang hoc la hien
thai anh sang on dinh khi

chi

tUdng truyen hai

c6 mot trang

t6i. Hien tUdng nay xuat hien trong cae
hap thu bao hoa

va

trong

cae

(khong ehUa moi trUdng khuyech
hap thu. Hien tUong

OB dUde

buong

thai anh

tr^ng
sang

laser ehita vat lieu
cong

hUdng thy dgng

dai) chUa day cac
Szdke [116]

nguyen tU

phat hien Ian dau

-7
tien vao nam 1969. TU do

OB trd thanh mot

Ung chinh trong hoat dong
[107,97,10] quan

eua LSA,

tarn nghien

trong* nhung hif^u

dUde nhieu nha

cUu do

nhung ilng

vat ly

dung mdi me

cua no trong cac llnh vuc.
Nghien eUu dieu kien xuat hien OB la van de kha ly thu,co
hai yeu to lien quan tdi dieu kien xuat hien OB la rtinh phi
tuyen cua moi trUdng tUdng tac vdi trUdng

dien

tU va

nang

lUdng hoi dUdng ( feed back i . khi ngtion nang lUdng hoi dudng
la hoan toan quang hoe ( all optical ) , tUc la bile xa d
trucJng phi tuyen

la do

bue xa

laser eua

moi

chinh buong cong

hUdng cung cap. Thiet bi nay dude goi la tU t^i (Intrinsic).
Khi nguon nang ludng hoi dUong la do
dat vao tinh the cung cap

mot the hieu ben ngoai

de tao thanh tinh

phi tuyen nhan

t^io, thiet bi nhu r.he goi la ngoai lai (hybrid) [ 104] .
He tu tai quang hoe dUdc tao thanh tit ba
phan tu,nguyen tu t\i do TnB],

loai vat chat :

moi truong kerr,

[94], chat

ran chat ban dan [19,20].
He ngc-^i lai quang hoc dudc Smitb va Tunnex" [114]

nghien

cUu Ian dau tien. Cae ong chieu buc xa laser He-Ne qua buong
cong hudng eo dat tinh the dien quang

KDP lam bien dieu

pham chat moi truoni^ trong buong cong huong, the
dUdc dat len tinh the de tao tinh

phi tuyen,

hieu

dcp
200v

khi quan sat

bile xa ra cae tac gia da thu dude hieu Ung OB.
Moloney [93]

da chUng

to

rang he

LSA vdi buong

hUdng dang vong co the xuat hien OB khi
het mot vong trong

buong cong

cong

thdi gian bUc xa di

hUdng Idn

hdn thdi gian tai

hdp eua he nguyen tu moi trUdng.
Muiier [97] eho rang
dinh trong cae

he LSA

dieu
vdi md

kien de xuat
rong dong

thi chat hap thu phai bao hoa nhanh hdn

hi^n lUdng

on

nhat chiem Uu the
so v6i chat khuyech

dai.
V6i laser khi

thi md

rong dong

Ngoe Ha [10], Vo DUc LUdng
cua he so tich

thoat cua

suat ngan khuyech

dai

nhat chiem

[12] neu len vai
hai moi

phai

Idn

trUdng. De
hdn

ngan

Uu the,Phan

tro quan trong
eo OB thi ap
hap

thu. Bang

s
phUdng phap he

phudng trinh

toe do,

e.ae

dUde nang lUdng can thiet d loi vao de

tac gia d^ t m h

co the nhan dude hai

gia tri ngang luong d loi ra.
Kawaguchi [75] da nhien cUu hien tudng OE trong laser ban
dan dang phun loai doi.Ong thay rang, khi thdi gian song eua
cac phan tU tai trong mien

duoc phun vao

dUde phun xap xi"' bang nhau
the xem hien tUdng

trong

thi lUdng on dinh

OB trong

laser ban

mien khong

xu^t hien. Co

dan trong

cac cong

trinh [102,81].
Nhu tren ta da biet, hieu Ung lUdng on dinh
hai loai : OB do hap thu
sang vao vat chaT: dat

va

OB do tan sac.

trong

buong

hieu ung xay ra dong "chdi ;
anh sang tdi cong hudng" mot

Khi

ehieu anh

cong " hUdng thi co hai

hap thu va tan sac. Neu tan so
each chinh xac voi

ehuven cua nguven tU thi sU tan sac
trong. Ngudc Lai neu hieu

quang hoe co

khong dong vai tro quan

so tan so

so hap thu nguyen tu Idn den

tan so dieh

eua bUe xa

tdi v,a t.an

mUe c6 the bo qua

hap thu thi

ta CO luong on dinh tan sac.
OB hap thu xuat hien khi chat hap thu
Ssoke [116] la

ng^.ldi dau

Ong tien h.anh "chi nghiem
CO2 ( vdi bUdc

tien phat
nhu sau:

song • 10, 6>im

Fabry-perot ehUa day chat khi

hien ra
tren

) co

bao

duong di cua laser

dat

tac gia

til bang ly thuyet ban co dien,

khi moi

hoa.

hieu ung nay.

buong

cong

SFs va ap suat cua

thay doi nhd he bdm chan khong,

hoa thi he so hap thu ti le

trd nen

hUdng

no eo the

mo ta trUdng dien
trudng hap thu bao

nghich vdi eUdng do bile

xa tdi

trong buong cong hUdng. Do phu thuoc vao he so hap thu nen d
trang thai diing trUdng dien tU co hai gia tri :
cong hUdng khi he so hap thu Idn,

va gia tri cong hUdng khi

he so hap thu nho. Liic do trUdng bile xa
dot ngot va hau nhU 100%

truyen qua tang len

anh sang dUdc truyen

thu. Nhu vay ta thay rang do sU phu thuoc
vao cUdng do bite xa ma dudng cong dac
cong tre. Do la lUdng

on dinh

gia tri mat

qua chat hap

cua he so hap thu

trUng loi ra la dudng

do hap thu. Co the

xem them.

SU giai thich cd che tao thanh vong tre trong cong trinh eua

- 9 Lugiato [84] OB

hap

phUdng phap ban

co

thu

dUde

dien

trinh toe do [97],

nghien

[108]

OB hap

va

eitu

ly thuyet bang

phUdng

phap he phUdng

thu trong

cac laser

khi [107],

laser mau [97], laser ban dan [751 da dUdc xet den chi tiet.
Cae nha thUe nghiem da nghien eUu hien tUdng OB

hap

thu

bang each dat chat hap thu SFs, CHsOH, CHsF trong buong cgng
hUdng dang vong [10] cua laser khi CO2.
LUdng on dinh do tan sac xuat hien do tinh phi tuyen

eua

moi trUdng. Tinh phi tuyen -he hien d eho cae dai litdng

dac

trUng eho moi trUdng nhii eh let suat phu
bile xa. Lugiaro da giai
tan sac trong moi
chat phi tuyen
hUdng. Do truyen

thuoc" vao cUdng do

thich bang ly thuyet

trudng Kerr

[84,85]. Gia

co chiet

suat no

qua

moi

eua

dudc chUa
trUdng

hien tUdng OB
sU co

mot vat

day buong cong

theo dinh nghia cua

Born va Woff [34] la ty 36 giUa cudng do anh san.e truyen qua
IT va cUdngdo anh sang -oi Iv :

0 day F

=

J := 2nnoL (^/2''

4R / T

vdi

R ^ T = 1, R

-

do

phan

la do lech pha khi anh sang di het mot chu

trinh trong buong cong hucJng, x la bUdc song bUc xa ,
ehieu dai buong cong hUdng .Khi $ = 2
thay rang de truyen

qua la

toan

phan ta

chiet suat cua moi trUdng .Khi co bile
phi tuyen thi chiet suat moi
chiet

co the thay

phu

la

*? ta
doi

xa tdi vao moi trUdng

trUdng se bien doi

suat

L

n N ( N la so nguyen )

thi sU truyen qua la toan phan (T=l) .Tii bieii thilc cua

dd bUc xa. Ta co

xa

thuoc

theo eUdng

vao eUdng do dUdi

dang :

n (I) = no + nl

(1.2),

V6i no- chiet suat ban dau

khi chua c& bile x§.

,n la h^

so phu thutpc vao tinh chat m.oi trudng, Khi eo bile xa t&i thi
•

cUcJng do anh sang trong buong eong hUdng I se tang va '5 cung

10
tang len tdi gia tri gan cong

hUdng

dattdi gia tri ngUdng I^^ - Itvi
nggt

tang chuyen

til trang

eUdng -do cao; Pha

dfit

tdi

cU6ng do anh sang tdi tdi

2TTN

.Khi anh sang

thi eUdng do

thai

eo

gia

tri

eUdng

truyen ra
do

thap

tdi
dgt
sang

cong hUdng . Khi giam

gia tri Ir.n

thi cUdng do

truyen

qua giam dot ngot tao thanh vong tre quang hoc.
Gibbs [60] la ngUdi dau tien dUa ra thiet bi OB tan sac.
Thiet bi nay gom

mot

buong

cong hUdng chiia

day

vat

chat phi tuyen la hdi

Na va

Laser mau eong suat cd

50 mw

ehieu v.ao buong

hUdng

eong

nay. Buc xa loi
nhu hinh 1.1, do

CO

dang

chiet

suat

hdi Ma phu thuoc vao cUdng do
buc xa toi
hien

cua L.aser mau

tudng ludng

xuat hien . Cac

nghien cuu

'JB "an

•n

cong

ma
llnh

t. r i n h

sac

co

the xem trong [53,55,57,60].

Hinh 1.1- Pi cong suat vao
p2 cong suat ra

Sau day ehung toi trinh bay

mot

so ket qua thUe

nghiem

hien tUdng lUdng on dinh quang hoc tan sac ma chung toi quan
sat dUde khi tien hanh thi nghiem v6i laser khi Ar .
Sd do quan sat thUe nghiem dUdc bo tri theo hinh ve (1.2)

i
Hinh 1.2 sd do quan sat thUc nghiem

Trong do : A- laser Ar

hoat dong trong che do lien tuc

vdi cong suat khoang 1 mw ,B- thau
f =6em.

C- cuvet

chUa rUdu

ki.lih hoi

pha iot

tu vdi tieu cvL

vdi nong do thap, D

- 11 - ,
- man quan sat bUc tranh giao thoa

eua chum tia ,^- thiet bi

do cong suat chum

- Kinh hien

tia buc xa,

F

vi qukn sat

sU chuyen dong cua chat mau trong cuvet.
Bile xa cua laser khi Ar

qua thau kinh se hoi ty tfi tam

cuvet mau.Do tac dung nhiet eua bUe xa ,vung chat long tai
tam cuvet se nong len.Ta co sy phan
do trong dung d^-ch:

bo

khong gian ve nhiet

nhiet dg t^i cac diem khac nhau se khac

nhau. Chiet suat eua moi trUdng thay dbi theo nhiet do,
vay n la ham phu thuoc vao v^

tri quan sat. Til [

bdi

34] ta co

the viet :

Trong do :
i,8.10-^(dq)''

^ =
at

, A T = T(r;-l, y(},' T„

la nhiet do chat long khi chua eo bUe 'xa tdi va T(r)la nhiet
do tai diem quan sat each

tam hoi tu vdi khoang

each la r.

Khi bUe xa tdi cuvet tang len t^hi do chenh lech nhiet do
cang Idn. TU '' 1.3 >

ta thay

rang chiet

giam dan va nho nhat tai tam hoi tu,
qua cuvet se khuc xa ve hai
dung nhu mot thau

kinh phan

tia bUc xa quan (sat tren

se

do vay bUc xa laser di

ky.Biic tranh

(1.3) khi cong suat loi vao P-.- eon
a)

suat moi trudng

phia. Luc n^y cuvet m.au

man D

AT

) dUde

eo tac

phan ky cua chum

ghi lai

tren hinh

nho (P=20mw - trUdng hdp

bile tranh la mot eham sang tron. Tang P-y cham sang do to

len va xuat
Tiep tuc

hien cac

tang Pv

vong tron

dong tam ftrUdng hdp

b ).

thi cac vong tron nay se xuat hien them

rlhieu ( trudng hdp c). TU (1.3) ta thay cae tia sang gan 'tam
hoi tu se khiic xa manh hdn cac tia sang d xa tam ,do d6
tia sang nay

se gap nhau

va giao thoa tao nen cac vong tron

dong tam.

• •

Khi eong suat Pv- dat t6i
bUc tranh cac vong

cac

tron dong

vao do la cac vung sang nhU

gia tri
tam dot

tdi han (P^^ =150 mw)
ngot bien

hinh ve (1.3 i .Luc nay

•loi ra dot ngot giam.Khi giam cong suat

loi vao,

mat , thay
eudng do
cUdng ao

^BB^E^ w W
idBe^B^^^BBHU«^-

•B9HBB|BHRr*'

^S^S^BSS'iit'

'•^sgBH|H||B|
s'^^HHBn

t^^^m^'-

^iMH^BH

^H^^BSj^^V

' - ^Sttfi^^B^^BSu
'^H^^B^^^BHI

^B^^Ssv ^' -

'' '^9^^^BB^B

S^S^SKS''

Hmh 13

H(nh 3nK phan ki" ctia cUlm, lia

USER.

19

loi ra •::un,^ khong trd ve gia tri ban

dau. Ta chu duc^c dudng

Gong tre tren .ninh fl.4)

(y/^^)

Hinh 1.4—Su ohu thuoe

IR ( ?—)

Ngoai ra chung toi cung khao sat sU bien doi cua eUdng do
bUc xa ra khi thay del nong do duns
cung nhu su phu thuoc thoi

gian

dich hoac do day

cua hien tudng

!!:uvet.

lucng

on

dinh quang hoc tan sac.Co the xem chi tiet trong ohu luc (5)
Tren day la mot sd eong trinh

nghien

eUu heat dong cua

LSA. Cae tae gi.a da dua ra dieu kien ton tai,
van de lien quan

tdi cac

hifu ilng

hoat dong cua LSA . trong LSA
cilu nhu khao sat cae van
[78,791 dac trung

phi tuyen

con nhieu

ditng [70] anh hUdng sU thang

bile xa

xay ra trong

van de

de lien quan tdi

eUdng do

ed che va cac

diem chuyen tiep

trong trang

giang pha

nhUng hUdng nghien ^Uu hien nay la khao
he LSA khi mot trong nhUng thaon so moi

phai nghien
thai khong

[71] ...

mot trong

sat sU ^hay doi cua
trUdng bien doi theo

thdi gian [54,56].
Laser chua vat lieu hap thu

bao

hoa dong vai tro

quan

trong trong ky thuat bdi nhung Ung dung mdi me cua no. TrUdc
het phai ke den sU dong gop trong phUdng phap pho laser : tao
xung cUc ngan, do nhay

tach vach hap thu. . . -hien

CO y nghia Idn trong viee

ilng dung vao

nhu tao nen cac yeu to logic va b9

tudn,^ OB

may tinh quang

nh6 quang hoe,

cae yeu

to " va " va "hoac"
Khi nghien eUu LoA vdi buong

hoe

,
cong hUdng Fabry-perot

ta

LO

khong the bo qua anh hUdng cua hieu Ung tao hoc. Day l^a mot
trong nhUng net dae trUng eua buong eong hUdng loai nay.
TrUdc khi di vao trinh bay
toi se gidi thieu

so qua

noi dung

ve vai

cua luan an

tro eua

ehung

hieu ^ing tao hoc

trong hoat dong cua LSA voi buong cong hUdng Fabry - perot.

2 .anh bUdng eua hi*fu Ung t;^o

hoe (

hdi-? burning 'gffeatl

Trong hoat dong cua laser chua vat 11*^11. hap thu bao hoa,ta
biet trong buong cong hUdng Fabery -

perot

trUdng phan

bo

khong dong nhat. Tuy theo tUng loai gUdng cong hUdng [17] ma
nang lUdng eua

trUdng tap

trung thanh

cac

tieu. Khi ta dat cac ngan khuech dai va
cong hUdng thi cUdng do
sU thay doi cua trUdng
tao hoc trong hoat

mode phat ra

fi,

hap thu trong buong
cung bien thien

chinh la anh hUdng

dong eua

cae he

ing nay the hien d eho eUdng
vi tri eua c.e.c ngan khuech

eUc dai va cUc

cua hieu Ung

LSA. Vai

:ro eua hieu

do mode phat ra phu
d.ai va hap

theo

thuoc vao

thu dat ^i-ong

buong

cong hilong [97] , mkz khac no con phu ehuoc vao *an so mode
phat [107 ] .
A.^2dke [116] da nghien eUu hoat dong cua he LSA vdi buong
cong hUdng Fabery - perot.DUa tren ly thuyet ban co dien ong
da xay dUng dUdc phuong trinh
eua vec td cudng do dien
eong hUdng nen cudng do
khac nhau. Ta eo

the mo

truyen song

-DrUdng . Song

v6i sU

di lai trong

dien trUdng tai tilng
ta trUdng

El

trong buong

@

E2
E3

El^

E2

TrUdng tai thdi diem nao do tren gUdng (1) la

E'
^2. = fE^«
E, = 5 E,

Ei

buong

gUdng la cung

theo sd do:

®

"Chay- doi

cong hUdng

V

Trong do : 7 va

la

do

phan

xa va do truyen qua eua

trUdng. o( la he so hap thu . Nghiem eua he phUdng trinh tren
chinh la gia tri

trUong

khi

cong

nguyen til moi trUdng trong buong

hUdng

vdi

dao

eong hudng. Tuy

dong

nhien tac

gia cung ehUa neu ro anh hUdng eua hieu Ung tao hoc.
Muller [97] da xet vai trd cua hieu Ung do trong laser co
md rong dong nhat la noi bat (chu yeu xet vdi laser mau ) de
mo ta hoat dong cua he LSA, tac gia

da xay

dUng he

phUdng

trinh toe do mo ta sU thay ddi theo thdi gian eua sd

photon

nghich dao do tich luy d cae ngan khuech dai va hap thu.
thay dude vai tro
ddi vi tri cua

cua

hieu

itng

tao

hoc tac gia da

dai

va

cac

ngan

khuech

laser thildng ("khong

chua

mdi

trUdng

cUdng do mode phat gan ngudng
- perot v.a buong

eong huong

khac nhau nay la

do

kha

loai buong eong

huong. Khi

chat khuech dai

d giua

hoa de hdn so vdi
cung anh hUdng
dinh sd mode dao

bao

sd di co sU

thu dat

gan gudng va

hUdng thi

kha nang bao

ngUde lai. . .

len sxi eanh tranh
dong. Hien

la 2/3

hUdng Fabry

hoa khac nhau cua tUng

chat hap

buong cong

truong hdP

thu ^ thi ty le

trong buong cong

nang

thay

hap thu .Ddi vdi

hap

loai vong

De

mode do

tUdng lUdng

Mile do

bao hoa

do no

cung xae

dn dinh

ehi xuat

hien khi chat hap thu de bao hoa hdn so vdi chat khuech dai.
Do hieu Ung tao hoc ma

dudng cong tre trong

khac nhau ( khi thay ddi vi

tri cac ngan ) se

ret. Dieu nay the hien ro tren hinh (1.5)

cae trUdng hdp
khac nhau ro

11;

Muller cung
kien xuat hien

dua

S^'pbo w-iori^xa

ra dieu

OB

ddi

vdi

tilng trUdng hdp cu the.

Khi

ca hai moi trUdng

dat

giUa

buong cong hUdng

thi

dieu

kien xuat hien OB la:

P>Pmin =1 + k/^to
Trong do P la

ty

eUdng do bao hoa

moi

ti^n^ Iv't/pt^ ^rn,

le

trudng

Hinh 1.5 a.Ca hai ngan dat

khuech dai va hap thu , K-dac

giUa buong eong hUdng

trUng eho thdi

gian song cua

b.Ca hai ngan dat gan gUdng

phoron trong buong cong hudng.
^•b dae trung eho nang lUdng bdm hap thu. Khi moi tritdng hap
thu da^ gan gUdng va moi

trudng khuyech dai ''la'

gi^'.a buong

cong hudng, dieu kien xuat hien OB la:
P > 2. 3 f 1 + k/^>^ )
Tac gia cung ket luan
dinh quan sat thay rd

rang vdi mode r^a

tam

hon,

Doi vdi laser khi vai tro eua

hieu ung

hien d chd tao thanh Lamb dip [14]
khi cae phan tU ( Phan

tU,

chuyen ddi giUa hai mue

khi

tao hoc

cac phan tit khi se tUdng

nguyen tU tU do,

con chuyen dong
tac cUc dai

man he thtic

•

-

eon the

bUc xa- Trong laser
I - on ) khi

vdi van toe

day. chang han cd song dien til vdi tan sd 9

9 =

thi lUdng dn

di

v nao

qua tap hdp

vdi cac phan

til thoa

.

^o(^-f)

U^)

f -

Trong do Po la tan sd chuyen ddi giUa hai mile

nang lUdng

( Po = ( Es -El )/h ) , c - van toe anh sang. Song diing trong
buong cong hUdng Fabry- perot vdi tan sd p bao gom hai hu&ng

1 ^

(di va ve ) . NhU vay luc do

vdi hai nhom phan tU

xay ra tUdng tac trUctng

chuyen dong

ngUdc ehieu nhau

dien til
vdi v=Ln

toe V. Khi bi^e xa thi h^m phan bd dd tich luy d cac miic tren
theo van

"hoc" . Khi ^ =>^o thi

toe co hai

nhau. Dd la hien tUdng lambdip.
laser tai ^ ~^o

se

nho

hdn

Nhu vay
so

vdi

hai hoc se trung

cong xuat phat cua
eong

:':uat

phat tai

y < >>o hoac P > 9o nhu hinh (1.6)
Saloma va Stenholm [107]
md ta hoat dong cua laser
khi '/oi chat hap

thu bao

hoa

b a n g c a c phUdng trfnh.

han

CO d i e n . s u r-tuat

hien

eua

lampdip

dUde

giai

thich trong thuyet

nhieu

loan cua eua Lisitsyn
Chebotaev [41] . Su

va
khac
X

nhau dd bao hea

trong

e.ae ngan khuech

dai

hap thu dUa den
cac

"hoc"

tao

t-ai tan

cong hildng vdi

dd

va
nen

V

'

Hinh 1.6 -3u phan bo nghich
dao dd tich luy.

sd
rong

mien nang lUdng bdm tUdng
Ung. Tren
thay
dd

sU

hinh (1.7) eho
phu thuoe eUdng

1

vao

hUdng

A

do lech
=: o-(j/ku

cong
khi

thay ddi bom hap thu va cd
Sinh bdm khuyech
Tin. hinh
dieu

ve ta thay

kien de xuat

lambdip

dai.
rang
hien

Hinh-1.7

la dao ham bac 2

1(A) vdi cac gia
tri khac nhau >ft-

cua 1(A) phai ddi dau tai
A = 0 . Tac gia da tim ra dUdc gidi han bdm hap thu de
lambdip trong md rong khong dong nhat.

Tran Thi Thu Ha

nhan
[3]

nghien cUu LSA vdi buong cong hUdng dang vong bang ly thuyet

-. 17
ban cd dien. Qu.a nghien eiiu sit phu thuoe ham bdm hap.thu vao
eu6ng do I vdi nhung gia tri d^
Tac gia thay rang

khac

vdi

lech

dudng

eong hUdng khao nhau.
dac

trung do Saloma va

Stenholm'tim ra trong trUdng hdp song dUng , d day eac dUdng
dac trung khong cat nhau

, do vay

lambdip khong

xuat hien

tren diidng dac trUng cuong dd vao do lech eong hUdng
Thi Thu Ha da ket

luan

rang

hieu

Ung

hudng den dieu kien xuat hien va mien
the tham khao them vai trd

tao

hoe khong anh

hoat dong eua

cua hieu Ung

. Tran
OB. Cd

tao hoc trong

eac

Trong nghien eUu LSA ,cac nha vat ly da su dung chu

yeu

edng trinh [31,35,48,52,92,98].

hai phudng phap : he phudng trinh toe dd va ly thuyet ban cd
dien. PhUdng phap ban cd dien dUa tren ly thuvet lamb

khdns

dua ra sU phu thuoe tudng minh cu.a cuong dd vao cao tham
mdi trUdng.Rieng

phucng

phap

he

phudns

trinh

sd

tdc do la

phudng phap rat phu hop vo

lai toan L.bH vi no cno eac ket
qua tudng minh . eho den nay van con dude sU dung phd bien
de nghien cuu ly thuyet ve LSA..
Trong cac tai lieu cong bd hau het nghien cUu ve laser eo
md rong dong nhat. Rieng laser co md rong khong dong nhat,sU
nghien cUu ehi eo the xem nhU la bUoe dau. Phan Ngoe Ha [10]
da giai quyet bai toan LSA vdi md rong khong dong nhat trong
laser vdng.
Trong ban luan an nay ehung tdi nghien cilu LSA vdi buong
edng hUdng Fabry-perot
phUdng trinh tdc

dd.

dita

Tim

khong dong nhat se gop phan
LSA.

: oi.fi.H.^s ; , 0 !
"(i :t'X

v.U//f53 j

tren
hieu

phUdng
hoat

phap

gan dung he

dong LSA vdi md rong

vao su phat trien ly

thuyet ve

13 -

ChUdng II. GAG DAG

TRUt^G CUA LSA v6l BUONG

CQNG HUdNG

FABRY - PEROT

?.1--HE PHrJONG TRINH CCl BAN
Hoat dong cua laser chUa vat lieu hap thu
buong edng hUdng Fabry-perot dUde

trinh

bao hoa

bay theo sd

trong
dd

d

hinh (2.1)

i- -5
^

i V

Kinh 2.1. od do ho^t d')na

ciia laser

chua vat li^u

hap

thu bao hoa vdi buong edng hudng Fabry-perot.

Trong so do gom hai gUdng cong
hai ngan. Ngan A oh(\a. chat

hudng,

co tinh

giUa hai gUdng la

khuech

ngan B ehita vat lieu hap

thu bao hoa.

trong buong cong hUdng,

song anh

d^i anh sang va

Khi co bUc

.xa laser

sang se di lai

giUa hai

gUdng c^ng hUdng. Qua ngan A thi bue xa dude khuech dai len,
va qua ngan 3 biie xa se giam
day cd the la bile
dong cua laser

:
ehUa vat

di do hap thu. Buc

mode hoac
lieu hap

da mode
thu bao

xa laser d

de md ta hoat
hoa trong buong