Luận văn Nghiên cứu động học laser Ce : Fluoride phát bức xạ trong vùng tử ngoại

300 nm - 345 nm với hai đỉnh cực đại nằm ở bước sóng 311 nm và 327 nm (Hình 1.8). Hình 1.8. Phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của Ce: LiLuF [15, 22]. Môi trường tinh thể Ce:LiCAF Môi trường Ce:LiCAF được công bố lần đầu tiên vào năm 1993 bởi nhóm nghiên cứu của GS. Dubinskii với nhiều ưu điểm vượt trội so với các môi trường laser Fluoride pha tạp Cerium khác [16-18].  Tiết diện phát xạ laser lớn (σe = 6x10 -18 cm2), điều này cho phép thu được hiệu suất laser cao cũng như ngưỡng laser thấp. Nghiên cứu động học laser Ce Học viên: Bùi Thị Thúy Dương  Mật độ năng lượ các nguồn laser t  Thời gian sống hu khuếch đại nhiều l  Hấp thụ mạnh tạ quang học bằng h  Phổ phát xạ của Ce:LiCAF r việc phát triển các ngu phổ phát xạ rộng môi trư ngoại phát xung ng Hình 1.9. 1.3. Các cấu hình bơm cho laser t Vùng bước sóng tử 3÷12 eV do vậy để kích thích các ngu cao để làm nguồn bơm. V vậy phương pháp bơm quang h Đến nay đã có ba c dụng là cấu hình bơm ngang, c Cấu hình bơm ngang :Fluoride phát bức xạ trong vùng t ng bão hòa cao (cỡ115 mJ/cm2) phù hợp cho vi ử ngoại công suất cao. ỳnh quang khoảng 25 ns phù hợp đ ần truyền qua. i bước sóng 266 nm (Hình 1.9) nên rất phù h ọa ba bậc bốn của laser Nd:YAG. ộng (275 nm - 325 nm) (Hình 1.10) thích h ồn laser toàn rắn điều chỉnh bước sóng. Đ ờng này còn được ứng dụng cho các ngu ắn (có thể xuống tới 1,5 fs). Phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của Ce:LiCAF ử ngoại Ce:Fluoride ngoại: 200- 400 nm tương ứng với năng lư ồn laser này thì nguồn kích thích c ì các môi trường Ce:Fluoride là các môi trư ọc thường được sử dụng. ấu hình bơm quang học cho tinh thể Ce:Fluoride đ ấu hình bơm xiên và cấu hình bơm d ử ngoại 2018 15 ệc phát triển ể phát triển các hệ ợp với việc bơm ợp cho ặc biệt với ồn laser tử . ợng tương ứng: ần năng lượng ờng tinh thể do ã được sử ọc [7, 22]. Nghiên cứu động học laser Ce:Fluoride phát bức xạ trong vùng tử ngoại 2018 16 Học viên: Bùi Thị Thúy Dương Bức xạ laser bơm được tập trung dọc theo cạnh của thanh tinh thể. Bơm có thể từ một phía, hai phía hoặc nhiều hơn tuy theo yêu cầu của công suất phát của laser (Hình 1.10 và Hình 1.11). Theo mỗi phương bơm, từ cạnh vào tâm thanh tinh thể, số tâm hoạt động laser được kích thích giảm theo hàm mũ. Nghĩa là số tâm được kích thích lớn nhất là ở sát cạnh tinh thể. Trong khi đó, mode cơ bản của laser thường không trùm hết tinh thể nên không chồng chập không gian với vùng được kích thích nhiều nhất. Trong cấu hình bơm ngang, các mode bậc cao có thể lại chồng chập không gian tốt với vùng được kích nhiều và do đó được phát đồng thời với mode cơ bản. Khi đó, chất lượng chùm laser sẽ bị ảnh hưởng. Để triệt các mode bậc cao, người ta thường sử Hình 1.11. Hệ laser tử ngoại Ce:LiCAF được bơm ngang bởi hòa ba bậc bốn của laser Nd:YAG từ hai phía [18]. Hình 1.10. Hệ thực nghiệm cho laser công suất cao Ce:LLF được bơm ngang bằng laser KrF. Nghiên cứu động học laser Ce:Fluoride phát bức xạ trong vùng tử ngoại 2018 17 Học viên: Bùi Thị Thúy Dương dụng diaphram trong buồng cộng hưởng. Xong cách này lại làm tăng mất mát và làm giảm hiệu suất của laser. Tuy gặp phải những nhược điểm trên, nhưng cấu hình bơm này cho phép tạo vùng khuếch đại dài dọc theo môi trường laser (vài cm đến hàng chục cm) nên thích hợp khi cần laser công suất cao. Cấu hình bơm dọc Hình 1.12. Tinh thể Ce:LiCAF được bơm dọc bằng hòa ba bậc bốn của laser Nd:YAG ở bước sóng 266 nm. Khác với bơm ngang, bức xạ laser bơm trong cấu hình bơm dọc sẽ được bơm qua gương cuối của buồng cộng hưởng vào dọc theo tinh thể laser. Cấu hình bơm này cho phép tạo sự chồng chập không gian tốt của chùm bơm và laser ra trong tinh thể. Nhờ đó, chất lượng chùm laser và hiệu suất laser tốt hơn so với bơm ngang. Với cầu hình bơm dọc điều kiện là một trong hai gương của laser phải truyền qua gần như hoàn toàn với bước sóng laser bơm và phản xạ cao với bước sóng laser, với loại gương như thế này chi phí tương đối cao. Cấu hình bơm dọc cho laser Ce:Fluoride được chỉ ra trên Hình 1.12. Cấu hình bơm xiên Cấu hình bơm xiên cũng được ứng dụng nhiều trong hệ laser Ce:Flouride, Trong cấu hình này, chùm laser bơm được hội tụ vào trong tinh thể tạo với trục buồng cộng hưởng một góc nhỏ. Với cấu hình bơm xiên, hiệu suất laser phụ thuộc rất lớn vào sự chồng chập không gian giữa chùm laser bơm và chùm laser tín hiệu bên trong tinh thể. Sự chồng chập này phụ thuộc vào góc tới của chùm laser bơm so với trục quang học của buồng cộng hưởng. Do vậy, để sự để sự chồng chập này là lớn nhất thì góc giữa chùm laser bơm và trục quang học của buồng cộng hưởng phải nhỏ nhất có thể. Hệ laser Ce:LiCAF sử dụng cấu hình bơm xiên được trình bày trên Hình 1.13 [18]. Nghiên cứu động học laser Ce Học viên: Bùi Thị Thúy Dương 1.4. Các ứng dụng của laser t Với ưu điểm bước sóng ng ứng dụng công nghiệp, đờ  Sử dụng trong ngành thi ngành y học ph (Ablation)”.  Laser tử ngoại có công su như để cắt và khoan các l trong suốt với ánh sáng nhìn th được trang bị thi chùm tia laser UV c trên các chi tiết c  Các nguồn laser t sản xuất chíp bán d có thể được sử dụ  Ngoài ra trong y phương pháp LASIK laser được điều khi đến phần xung quanh li micromet.  Trong khoa học, laser t laser khác. Hình 1.1 :Fluoride phát bức xạ trong vùng t ử ngoại ắn, laser UV hiện là sự lựa chọn hàng đ i sống, nghiên cứu khoa học[18], cụ th ết bị ngoại vi, ngành bán dẫn, cơ khí vi mô ho ẩu thuật (mắt) với đặc tính nổi bật “kh ất cao có thể được ứng dụng trong gia công v ỗ nhỏ trong nhiều loại vật liệu, bao g ấy. Máy khắc và cắt laser ết bị phát tia laser, hệ thống quét laser (th ực nhỏ và tạo vùng ảnh hưởng nhiệt th ực kỳ tinh xảo và các vật liệu đặc biệt. ử ngoại liên tục là cần thiết cho việc in th ẫn. Các laser tử ngoại liên tục và laser t ng để chế tạo cách tử Bragg. học người ta sử dụng laser tử ngoại trong (Laser Insitu Kenatomileusis). Trong k ển làm bốc hơi mô một cách tinh vi mà không làm t ền kề. Các lớp mô loại bỏ có thể ử ngoại có thể được sử dụng làm ngu 3. Hệ laser Ce:LiCAF với cấu hình bơm xiên. ử ngoại 2018 18 ầu trong nhiều ể: ặc ắc bóc lớp bề mặt ật liệu ồm các vật liệu công nghệ tử ngoại ấu kính) giúp tạo ấp để có thể xử lý ạch bản nhỏ, như ử ngoại xung đều phẫu thuật mắt ỹ thuật LASIK, ổn hại dày đến hàng chục ồn bơm cho các Nghiên cứu động học laser Ce:Fluoride phát bức xạ trong vùng tử ngoại 2018 19 Học viên: Bùi Thị Thúy Dương  Trong nghiên cứu môi trường, nhờ sự hấp thụ mạnh của các tầng Ozone ở bước sóng tử ngoại (Hình 1.14) mà laser tử ngoại còn được ứng dụng trong các hệ Lidar để nghiên cứu các tầng ozone. Hình. 1.14. Phổ hấp thụ của Ozone. KẾT LUẬN CHƯƠNG I Trong chương I, tôi đã tìm hiểu và phân tích về một số nguồn laser thông dụng phát bức xạ tử ngoại như laser excimer, laser nhân tần, laser màu, laser khí, laser bán dẫn, laser rắn qua đó đánh giá được các ưu nhược điểm của từng nguồn laser. Từ việc tổng hợp và phân tích các nghiên cứu về vật liệu Fluoride pha tạp ion Cerium, chúng tôi thấy đây là vật liệu có nhiều ưu điểm trong việc phát bức xạ tử ngoại điển hình là hai môi trường Ce:LiCAF và Ce:LLF. Các cấu hình bơm cho laser tử ngoại Ce:Fluoride cũng đã được tìm hiểu và phân tích. Ba cấu hình bơm thường được sử dụng cho loại laser này là cấu hình bơm dọc, bơm xiên và bơm ngang. Tùy vào điều kiện cũng như yêu cầu mà mỗi cấu hình bơm khác nhau đã được sử dụng. Ngoài ra, các ứng dụng của laser tử ngoại cũng đã được tìm hiểu và phân tích. Ta thấy rằng, laser tử ngoại có rất nhiều ứng dụng khác nhau, không chỉ trong khoa học, quân sự mà càng ngày càng được sử dụng trong đời sống, y học. Nghiên cứu động học laser Ce:Fluoride phát bức xạ trong vùng tử ngoại 2018 20 Học viên: Bùi Thị Thúy Dương CHƯƠNG II: ĐỘNG HỌC LASER TỬ NGOẠI Ce:FLUORIDE Bằng sử dụng hệ phương trình tốc độ mở rộng cho nhiều bước sóng, chúng tôi đã nghiên cứu lý thuyết động học phổ của laser tử ngoại Ce:Fluoride. Sự ảnh hưởng của năng lượng laser bơm, thông số buồng cộng hưởng (chiều dài, hệ số phản xạ gương) lên đặc trưng phổ-thời gian của phát xạ laser Ce:Fluoride trong vùng tử ngoại băng rộng sẽ được nghiên cứu chi tiết trong chương này. 2.1. Mô hình lý thuyết Mô hình buồng cộng hưởng laser bao gồm môi trường khuếch đại Ce:Fluoride có chiều dài l được đặt giữa hai gương có hệ số phản xạ R1, R2. Hai gương được đặt cách nhau một khoảng L. Giả sử hai gương của buồng cộng hưởng có hệ số phản xạ giống nhau cho toàn miền phổ phát xạ của laser. Hệ phương trình tốc độ mở rộng được biểu diễn như sau [5, 19, 20, 23]:          1 0 1 1 1 1n n p ai i ei i i i N t R I t N t I t N t t                       (2.1)           1 0 12 i i ei ai i t I t I t N t N t l A N t t            (2.2) trong đó:  Phương trình (2.1) biểu diễn sự biến thiên độ tích lũy của mức laser trên, và phương trình (2.2) biểu diễn sự biến thiên cường độ laser trong BCH.  0N , 1N là độ tích lũy của ion ở mức cơ bản và mức laser trên.  0 1N N N  là tổng số ion hoạt chất của môi trường khuếch đại (cm -3).  iI là cường độ laser trong BCH tại bước sóng i (photon.cm -2.s-1).  pR (s -1) là tốc độ bơm được xác định bởi phương trình sau: Nghiên cứu động học laser Ce:Fluoride phát bức xạ trong vùng tử ngoại 2018 21 Học viên: Bùi Thị Thúy Dương      20 2 4 ln 2 expabs p p p p t t P P t R t E V E V           (2.3) với absP =  1 expin aP l    là công suất bơm được hấp thụ trong tinh thể, inP là công suất bơm vào, a là hệ số hấp thụ của môi trường khuếch đại; p là độ rộng xung bơm, và 0t là thời gian tại đó   absP t P ; p p hc E   là năng lượng photon bơm; 2V r l là thể tích của vùng được bơm trong môi trường laser, r là bán kính vết bơm trên bề mặt tinh thể.  ai , ei lần lượt là tiết diện hấp thụ và tiết diện bức xạ cưỡng bức tại bước sóng i (cm 2).   là thời gian sống huỳnh quang của ion hoạt chất (ion Ce3+).   là hệ số mất mát trong một chu trình đi-về trong BCH. Hệ số  được định nghĩa như sau:  1 2ln R R   (2.4)  t là thời gian để ánh sáng thực hiện một chu trình đi-về trong BCH. Thời gian t được xác định như sau:   12 1t L l n c      (2.5) với c là tốc độ ánh sáng và n là chiết suất môi trường laser.   1iA N t là đại lượng biểu thị sự đóng góp của bức xạ tự phát khởi đầu cho quá trình laser, giá trị iA ít bị ảnh hưởng với các bước sóng khác nhau nên có thể lấy như nhau cho mọi bước sóng: 1010iA  (cm.s-2) [5].  i = 1, 2, 3 là chỉ số tương ứng với các bước sóng i khác nhau. 2.2. Các thông số sử dụng trong mô phỏng Động học phổ trong phát xạ laser Ce:Fluoride băng rộng được nghiên cứu dựa trên hệ phương trình tốc độ mở rộng (2.1) và (2.2), cho toàn miền phổ phát xạ của laser tử ngoại. Trong chương II của luận văn, tôi lựa chọn hai môi trường Ce:Fluoride tiêu biểu là Ce:LLF và Ce:LiCAF vì đây là hai môi trường phát laser tử ngoại có phổ Nghiên cứu động học laser Ce:Fluoride phát bức xạ trong vùng tử ngoại 2018 22 Học viên: Bùi Thị Thúy Dương phát xạ rộng, chúng đã gần như bao phủ toàn bộ miền phổ phát xạ của laser Ce:Fluoride trong vùng tử ngoại. Cụ thể, laser UV Ce:LLF có phổ phát xạ từ 300 nm - 340 nm, còn laser UV Ce:LiCAF có phổ phát xạ từ 280 nm - 320 nm. Để nghiên cứu động học laser tử ngoại Ce:Fluoride tôi giải 200 phương trình cho cường độ và 01 phương trình cho độ tích lũy trên mức laser trên với bước chia theo bước sóng 0.2 nm cho từng môi trường Ce:LLF và Ce:LiCAF bằng phần mềm Matlap. Các thông số laser được lấy từ thực nghiệm và trình bày trong Bảng 2.1 và Bảng 2.2. Bảng 2.1. Các thông số của môi trường Ce:LLF [22] . Nồng độ ion Ce3+: 1 mol%, 3x1017 cm-3 Chiết suất: n =1.45 Chiều dài tinh thể: 1 cm Thời gian sống huỳnh quang:  = 40 ns Độ hấp thụ tại 248 nm là: αa=2.7 cm -1 Hệ số phát xạ tự phát: Ai= 10 −10 cm.s−2 Tiết diện hấp thụ, σai = 0.101210 -17cm2tại 308nm và σai = 0.03210 -17cm2tại 328nm. Bước sóng laser bơm: p= 248 nm Tiết diện phát xạ, σei=0.289710 -17cm2 tại 308nm và σei=0.986210 -17cm2 tại 328nm. Bán kính vết bơm: 0.1 cm Hệ số phản xạ của gương cuối: R1= 100% Độ rộng xung bơm: 7 ns Bảng 2.2.Các thông số của môi trường Ce:LiCAF [22]. Nồng độ ion Ce3+: 1 mol%, 3x1017 cm-3 Chiết suất: n =1.41 Chiều dài tinh thể Ce:LiCAF là: 1 cm Thời gian sống huỳnh quang:  = 25 ns Độ hấp thụ tại 266 nm là: 3.7 cm-1 Hệ số phát xạ tự phát: Ai=10 −10 cm.s−2 Tiết diện hấp thụ tại 290 nm: σai = 2.6 x10 -19 cm2 Bước sóng laser bơm: p= 266 nm Nghiên cứu động học laser Ce Học viên: Bùi Thị Thúy Dương Tiết diện phát xạ tại 290 nm: σei = 9.6x10 -18 cm2 Hệ số phản xạ của gương cu 2.3. Độ khuếch đại của môi trư Độ khuếch đại của môi trư định đến công suất, ngưỡ được biểu diễn như sau: hoặc: Hình 2.1 và Hình Ce:LiCAF với các tỷ số N N Ta thấy rằng, độ khu thuộc vào tỷ số N1/N. Độ cực đại quanh vùng bước sóng Hình 2.1. Công tua h :Fluoride phát bức xạ trong vùng t Bán kính vết bơm: 0.1 cm ối: R1= 100% Độ rộng xung bơm: 7 ờng laser Ce:LLF và Ce:LiCAF ờng hoạt chất là một thông số quan tr ng phát của laser.. Hệ số khuếch đại  c      1 0N Ne a         1/ /e a aN N N      2.2biểu diễn công tua khuếch đại  1 / khác nhau. ếch đại của môi trường thay đổi theo bư khuếch đại của môi trường Ce:LLF và Ce:LiCAF đ 327 nm và 288.5 nm tương ứng. ệ số khuếch đại (γ/N) của môi trường laser UV Ce:LLF (với các giá trị N1/N khác nhau). ử ngoại 2018 23 ns ọng, nó quyết ủa môi trường laser (2.6) (2.7) /N của Ce:LLF và ớc sóng và phụ ạt giá trị Nghiên cứu động học laser Ce Học viên: Bùi Thị Thúy Dương Hình 2.2. Công tua h 2.4. Động học trong phát x 2.4.1. Ảnh hưởng của năng lư Sự ảnh hưởng của năng lư thu được bằng việc giải h phổ phát xạ của laser Ce:LLF (300 nm với bước chia 0.2 nm, vớ với hệ số phản xạ gương ra mô phỏng được trình bày trên Ce:LiCAF. Kết quả cho thấy, cư với mỗi vị trí bước sóng k nhau. Cùng với thông số laser Ce:LLF thì ngưỡng laser Ce:LiCAF ngưỡng bơm kho Hơn nữa, đối với cả xung với Ce:LLF năng lư năng lượng bơm khoảng 4mJ đ Vì cường độ laser là m sát về mặt phổ thì ta lấy tích phân toàn mi diễn theo bước sóng, còn n :Fluoride phát bức xạ trong vùng t ệ số khuếch đại (γ/N) của môi trường laser UV Ce:LiCAF (với các giá trị N1/N khác nhau). ạ laser Ce:LLF và Ce:LiCAF ợng bơm ợng bơm lên phát xạ laser Ce:LLF ệ phương trình tốc độ mở rộng (2.1) và (2.2) cho toàn mi -340 nm) và laser Ce:LiCAF (280 nm i các tham số được trình bày trong Bảng 2.1 R2 = 30% và chiều dài của BCH là L Hình 2.3 cho laser Ce:LLF và Hình 2.4 ờng độ laser là một hàm theo thời gian và bư hác nhau hoặc thời gian khác nhau thì cư của BCH, khi năng lượng bơm tăng dần ch phát của laser ứng với năng lượng bơm kho ảng 4 mJ (Hình 2.3) và (Hình 2.4) hai laser này, khi năng bơm gần ngưỡng thì laser phát ợng bơm khoảng 5mJ đến 12mJ còn vớ ến 8mJ. ột hàm theo thời gian và bước sóng I( ền phát xạ của laser theo th ếu muốn quan sát về mặt thời gian thì l ử ngoại 2018 24 và laser Ce:LiCAF ền -320 nm) và Bảng 2.2 cùng = 2 cm. Các kết quả cho laser ớc sóng, ứng ờng độ laser là khác úng tôi thấy với ảng 5mJ còn với đơn i laser Ce:LiCAF thì ,t) do vậy, để quan ời gian và biểu ấy tích phân toàn Nghiên cứu động học laser Ce Học viên: Bùi Thị Thúy Dương miền phổ phát xạ laser theo bư sự ảnh hưởng của năng lư được trình bày trên Hình 2.5 và Hình 2.6. Hình 2.3. Tiến trình ph Hình 2.4. Tiến trình ph :Fluoride phát bức xạ trong vùng t ớc sóng và biểu diễn theo thời gian. K ợng bơm lên phổ laser tích phân của Ce:LLF và Ce:LiCAF ổ - thời gian của phát xạ laser Ce:LLF các năng lượng bơm khác nhau. ổ - thời gian của phát xạ laser Ce:LiCAF các năng lượng bơm khác nhau. ử ngoại 2018 25 ết quả nghiên cứu ứng với ứng với Nghiên cứu động học laser Ce Học viên: Bùi Thị Thúy Dương Vì cường độ laser là m sát về mặt phổ thì ta lấy tích phân toàn mi diễn theo bước sóng, còn n miền phổ phát xạ laser theo bư sự ảnh hưởng của năng lư được trình bày trên Hình 2.5 và Hình 2.6. Kết quả cho thấy, khi năng lư Ce:LiCAF cường phổ laser được giải thích như sau khi năng lư tăng do vậy mà cường độ hình buồng cộng hưởng và năng lư hớn so với laser Ce:LLF, đi hấp thụ ở bước sóng bơm c Ce:LLF. Hình 2.5. Phổ laser tích phân c Hình 2.6. Phổ laser tích phân c :Fluoride phát bức xạ trong vùng t ột hàm theo thời gian và bước sóng I( ền phát xạ của laser theo th ếu muốn quan sát về mặt thời gian thì l ớc sóng và biểu diễn theo thời gian. K ợng bơm lên phổ laser tích phân của Ce:LLF và Ce:LiCAF ợng bơm tăng lên thì với c tích phân tăng lên (Hình 2.5a và Hình 2.6a ). ợng bơm tăng dẫn đến năng lư phổ laser tích phân tăng. Hơn nữa, ta th ợng laser bơm nhưng cường độ ều này là do tiết diện phát xạ ở bước sóng laser và ti ủa môi trường Ce:LiCAF lớn hơn so v ủa laser Ce:LLF với năng lượng bơ ủa laser Ce:LiCAF với năng lượng bơm khác nhau. ử ngoại 2018 26 ,t) do vậy, để quan ời gian và biểu ấy tích phân toàn ết quả nghiên cứu ả laser Ce:LLF và Điều này ợng laser lối ra cũng ấy ứng với cùng cấu laser Ce:LiCAF lớn ết diện ới môi trường m khác nhau. Nghiên cứu động học laser Ce:Fluoride phát bức xạ trong vùng tử ngoại 2018 27 Học viên: Bùi Thị Thúy Dương Hình 2.5b và Hình 2.6b là cường độ phổ laser tích phân sau khi đã được chuẩn hóa. Ta thấy rằng, khi năng lượng bơm tăng lên thì phổ laser được mở rộng. Điều này được giải thích như sau: khi năng lượng laser bơm tăng, các thông số BCH giữa nguyên thì với những bước sóng có tiết diện phát xạ yếu hơn nằm xung quanh đỉnh phổ phát xạ cũng được khuếch đại do vậy mà phổ laser được mở rộng. Để quan sát phát xạ laser Ce:LLF và Ce:LiCAF theo thời gian ứng với năng lượng bơm khác nhau tôi lấy tích phân cường độ laser theo bước sóng. Kết quả được trình bày trên Hình 2.7 và Hình 2.8. Ta thấy rằng, với laser Ce:LLF khi năng lượng bơm trong khoảng 5mJ đến 12mJ và với laser Ce:LiCAF năng lượng bơm trong khoảng 4 đến 8mJ thì xung laser là một xung đơn Hình 2.7a,b và Hình 2.8a,b. Tuy nhiên với khi năng lượng bơm khoảng 13 mJ với laser Ce:LLF và 9mJ với laser Ce:LiCAF thì dao động thứ hai bắt đầu xuất hiện. Với cả hai laser, năng lượng bơm tăng lên thì số dao động của cường độ laser cũng tăng lên và đồng thời laser xuất hiện càng sớm. Các kết quả này được giải thích dựa trên cơ sở sự tích thoát của độ tích lũy ở mức kích thích. Khi năng lượng bơm thấp hay bơm gần ngưỡng thì quá trình để đạt được nghịch đảo độ tích lũy giữa hai mức laser trên và laser dưới xảy ra lâu hơn cũng Hình 2.7. Sự phụ thuộc của cường độ laser Ce:LLF và độ tích lũy 1N theo thời gian ứng với các năng lượng bơm khác nhau. Nghiên cứu động học laser Ce:Fluoride phát bức xạ trong vùng tử ngoại 2018 28 Học viên: Bùi Thị Thúy Dương như sự tái tích lũy khó có thể đạt đến ngưỡng phát sau quá trình laser đầu tiên xảy ra điều này làm cho laser phát muộn hơn và chỉ xuất hiện một dao động. Hình 2.8. Sự phụ thuộc của cường độ laser Ce:LiCAF và độ tích lũy 1N theo thời gian ứng với các năng lượng bơm khác nhau. Khi năng lượng bơm cao thì mật độ ion ở mức kích thích có thể được tái tích lũy đến mật độ ngưỡng sau khi phát laser, do đó số lần dao động của cường độ laser được tăng lên. Riêng trong trường hợp năng lượng bơm quá cao trên ngưỡng, quá trình tích lũy và quá trình laser có thể đạt đến trạng thái dừng, vì vậy xung laser lặp lại xung bơm. Mặt khác, năng lượng bơm càng tăng cũng đồng nghĩa với tốc độ tích thoát của độ tích lũy ion ở mức kích thích càng tăng, cho nên laser xuất hiện càng sớm, cũng như khoảng cách giữa các dao động càng hẹp lại. Từ kết quả trên ta thấy, để thu được xung laser lối ra có độ rộng ngắn thì ứng với một cấu hình BCH ta chỉ cần tối ưu năng lượng của laser bơm, tốt nhất là bơm gần ngưỡng. 2.4.2. Ảnh hưởng của hệ số phản xạ gương ra Để nghiên cứu sự ảnh hưởng của độ phẩm chất buồng cộng hưởng hay hệ số phản xạ của gương laser ra lên động học phát xạ laser Ce:LLF và laser Ce:LiCAF chúng tôi giữa nguyên các thông số khác của BCH như hệ số phản xạ của gương cuối R1 = 100%; chiều dài BCH L= 2cm; Năng lượng của laser bơm Eb = 20mJ cho cả hai môi trường laser. Với việc thay đổi hệ số phản xạ gương ra R2 từ 5% đến 70% các kết Nghiên cứu động học laser Ce Học viên: Bùi Thị Thúy Dương quả mô phỏng được trình bày trên Hình 2.9 cho laser Ce:LLF và Hình 2.10 cho laser Ce:LiCAF. Các kết quả chỉ ra r đổi hệ số phản xạ của gương ra, th được mở rộng cũng như đ hơn trong một xung bơm) khi tăng h Để quan sát về phổ cường độ laser trên toàn b phân khi thay đổi hệ số ph laser Ce:LLF và Hình 2.12 a và Hình 2.12b v Kết quả cho thấy, vi tăng độ phẩm chất của BCH khi tăng lên. Hình 2.9. Tiến trình ph ứng v Kết quả này có thể mát trong BCH là lớn, do v công tua khuếch đại có kh :Fluoride phát bức xạ trong vùng t ằng, với cả hai phát xạ laser Ce:LLF và Ce:LiCAF khi thay ì tiến trình phổ-thời gian cũng thay đ ộ rộng của xung laser lối ra tăng lên (thờ ệ số phản xạ gương. laser khi thay đổi hệ số phản xạ gương, tôi l ộ vùng bước sóng theo thời gian. Kết qu ản xạ gương được chỉ ra trên Hình 2.11a và Hình 2.11b v ới laser Ce:LiCAF. ệc tăng hệ số phản xạ gương ra 2R cũng đ ến cường độ cũng như độ rộng c ổ - thời gian của phát xạ laser UV Ce:LLF ới các hệ số phản xạ gương ra khác nhau. được giải thích như sau: khi hệ số phản x ậy chỉ có vùng bước sóng xung quanh đ ả năng phát laser. ử ngoại 2018 29 ổi. Phổ laser i gian phát laser lâu ấy tích phân ả về phổ laser tích ới ồng nghĩa với việc ủa phổ laser lối ra ạ gương thấp, mất ỉnh cực đại của Nghiên cứu động học laser Ce Học viên: Bùi Thị Thúy Dương Hình 2.10. Ti ứng v Khi tăng hệ số phả BCH nên mất mát do gương s vùng phát xạ của laser, do đó phạt xạ của laser được m Ce:LiCAF đỉnh phổ laser g Để quan sát phát xạ phản xạ của gương ra BCH khác nhau tôi l sóng. Kết quả được trình bày trên Hình 2.13 cho laser Ce:LLF và Hình 2.14 cho Ce:LiCAF. Hình 2.11. Ph :Fluoride phát bức xạ trong vùng t ến trình phổ - thời gian của phát xạ laser UV Ce:LiCAF ới các hệ số phản xạ gương ra khác nhau. n xạ gương ra cũng có nghĩa là làm tăng đ ẽ giảm. Điều này dẫn đến tăng độ công tua khuếch đại của laser được m ở rộng. Ta thấy rằng, với cả hai laser Ce:LLF và laser ần như không thay đổi khi tăng hệ số ph laser Ce:LLF và Ce:LiCAF theo thời gian ấy tích phân cường độ laser theo t ổ laser tích phân của laser Ce:LLF với h gương ra của BCH khác nhau. ử ngoại 2018 30 ộ phẩm chất của khuếch đại cho toàn ở rộng dẫn đến phổ ản xạ gương ra. ứng với các hệ số ất cả bước laser ệ số phản xạ Nghiên cứu động học laser Ce Học viên: Bùi Thị Thúy Dương Hình 2.12. hệ số Hình 2.13. Sự theo thời gian ứ Kết quả cho thấy, khi h phát một dao động còn v số phản xạ gương ra thì th và số dao động cũng tăng l xung bơm. Điều này đượ trong BCH là lớn, dẫn đế trường hợp BCH có hệ số :Fluoride phát bức xạ trong vùng t Phổ laser tích phân của laser Ce:LiCAF v phản xạ gương ra của BCH khác nhau. phụ thuộc của cường độ laser Ce:LLF và đ ng với hệ số phản xạ của gương ra BCH khác nhau. ệ số phản xạ gương ra là 5% thì v ới laser Ce:LiCAF đã bắt đầu phát hai dao đ ời gian phát laser cũng sớm hơn trong m ên. Nếu hệ số phản xạ của gương ra cao xung laser s c giải thích như sau: khi hệ số phản xạ gương ra nh n ngưỡng phát laser cao, do đó laser sẽ phát mu phản xạ gương ra cao. ử ngoại 2018 31 ới ộ tích lũy 1N ới laser Ce:LLF chỉ ộng. Khi tăng hệ ột xung laser bơm ẽ lặp lại ỏ, mất mát ộn hơn so với Nghiên cứu động học laser Ce:Fluoride phát bức xạ trong vùng tử ngoại 2018 32 Học viên: Bùi Thị Thúy Dương Hình 2.14. Sự phụ thuộc của cường độ laser Ce:LiCAF và độ tích lũy 1N theo thời gian ứng với hệ số phản xạ của gương ra BCH khác nhau. Hơn nữa, do sự mất mát lớn này mà laser chỉ phát được một vài dao động sau một xung laser bơm. Khi gương ra có hệ số phản xạ cao thì mất mát trong BCH là nhỏ, do đó sau quá trình laser đầu tiên, sự tái tích lũy trên ngưỡng vẫn đạt được nên laser có thể phát ra vài dao động. Từ kết quả nghiên cứu này ta cũng có thể thấy ngưỡng phát của laser Ce:LiCAF nhỏ hơn so với laser Ce:LLF. Với cùng chiều dài BCH, cùng năng lượng của laser bơm thì để thu được đơn xung với laser Ce:LiCAF cần BCH có độ phẩm chất thấp hơn so với BCH của laser Ce:LLF. 2.4.3. Ảnh hưởng của chiều dài buồng cộng hưởng Sự ản