Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Khảo sát ảnh hưởng của chirp tần số và sự tán sắc đối với xung dạng secant-hyperbole trong hoạt động của laser màu buồng cộng hưởng vòng khóa mode bằng va chạm

Bố cục luận văn gồm 3 chương: Chương 1 - Laser xung cực ngắn, Chương 2 - Laser màu tạo xung cực ngắn bằng phương pháp bị động, Chương 3 - Khảo sát ảnh hưởng của chirp và tán sắc đối với xung dạng secant- hyperbole trong laser CPM khi xung đi qua cả chất hấp thụ bão hòa và môi trường khuếch đại một vòng và nhiều vòng quanh buồng cộng hưởng…

Đ I H C QU C GIA HÀ N I Ạ Ọ Ố Ộ

TR ƯỜ NG Đ I H C KHOA H C T  NHIÊN Ạ Ọ Ọ Ự

VA CH M XUNG Ạ

LU N VĂN TH C SĨ KHOA H CẬ Ạ Ọ

Hà N i – Năm 2013 ộ

Đ I H C QU C GIA HÀ N I Ạ Ọ Ố Ộ

TR ƯỜ NG Đ I H C KHOA H C T  NHIÊN Ạ Ọ Ọ Ự

Hà N i – Năm 2013 ộ

L I C M  N Ờ Ả Ơ

Tôi xin chân thành g i l i c m  n đ n các th y cô trong b  môn Quangử ờ ả ơ ế ầ ộ  

Lượng T , các th y cô trong và ngoài trử ầ ường đã giúp đ  tôi trong su t quá trình h cỡ ố ọ  

t p và hoàn thành b n lu n văn này.ậ ả ậ

Tôi xin g i l i c m  n sâu s c đ n PGS.TS. Tr nh Đình Chi n, ngử ờ ả ơ ắ ế ị ế ười đã luôn t n tình ch  b o, đ ng viên, hậ ỉ ả ộ ướng d n tôi trong su t quá trình hoàn thành lu nẫ ố ậ  văn này. 

Tôi xin g i l i c m  n sâu s c đ n PGS.TS. Ph m Văn B n, ngử ờ ả ơ ắ ế ạ ề ười đã đóng góp nh ng ý ki n quý báu cho tôi và giúp đ  tôi trong su t quá trình h c t p!ữ ế ỡ ố ọ ậ

Tôi xin chân thành c m  n!ả ơ

H c viênọ

      Nguy n Quy t Th ng ễ ế ắ

DANH M C CÁC KÝ HI U VI T T T Ụ Ệ Ế Ắ

       : Biên đ  c c đ i c a xungộ ự ạ ủ

SAM: S  t  bi n đi u biên đ  (ự ự ế ệ ộ Self ­ amplitude modulation)

CPM: Laser màu khóa mode b  đ ng b ng va ch m xung (ị ộ ằ ạ Colliding Pulse Mode­Locked)

: Kho ng th i gian xung truy n gi a ch t h p th  bão hòa và môi trả ờ ề ữ ấ ấ ụ ường khu chế  

đ iạ

u: V n t c ánh sáng trong ch t h p th  bão hòaậ ố ấ ấ ụ

: Năng lượng xung

: Đ  r ng xungộ ộ

: Th i gian tích thoát (h i ph c ngang)ờ ồ ụ

: Ti t di n h p th  hi u d ngế ệ ấ ụ ệ ụ

: Đ  r ng ph  c a xungộ ộ ổ ủ

: Tham s  tán s c v n t c nhómố ắ ậ ố

B ng 3.2: M i quan h  th i gian và cả ố ệ ờ ường đ  xung trộ ước và sau khi đi qua ch t h pấ ấ  

th  bão hòa……… …46ụ

B ng 3.3: M i quan h  c a th i gian xung và cả ố ệ ủ ờ ường đ  xung c a các xung có chirpộ ủ  

trước và sau khi đi qua ch t h p th  bão hòa………ấ ấ ụ49

B ng 3.4: T  s  gi a th i gian xung và m t đ  dòng photon c a xung ra so v i xungả ỷ ố ữ ờ ậ ộ ủ ớ  vào khi đi qua môi trường khu ch đ i……… ……ế ạ52

B ng 3.5: T  s  gi a th i gian xung và m t đ  dòng photon c a xung ra và xung điả ỷ ố ữ ờ ậ ộ ủ  vào   môi   trường   khu chế  

đ i……… 55ạ

B ng 3.6: M i quan h  c a th i gian xung và m t đ  dòng photon c a xung ra soả ố ệ ủ ờ ậ ộ ủ  

v i xung vào môi trớ ường khu ch đ i……….ế ạ

… 58

B ng 3.7: M i quan h  c a th i gian xung và m t đ  dòng photon gi a xung ra soả ố ệ ủ ờ ậ ộ ữ  

v i xung vào c  môi trớ ả ường h p th  và khu ch đ i……….ấ ụ ế ạ

………60

B ng 3.8: M i quan h  v  th i gian xung và m t đ  dòng photon c a xung secant­ả ố ệ ề ờ ậ ộ ủhyperbole có chirp tuy n tính trế ước và sau khi đi qua c  môi trả ường h p th  bão hòaấ ụ  

B ng 3.10: M i quan h  v  đ  r ng xung và m t đ  dòng photon gi a xung ban đ uả ố ệ ề ộ ộ ậ ộ ữ ầ  

và xung đi l i nhi u vòng trong bu ng c ng hạ ề ồ ộ ưởng………

… 71

B ng 3.11: M i quan h  v  đ  r ng xung và cả ố ệ ề ộ ộ ường đ  xung c a xung secant­ộ ủhyperbole có chirp tuy n tính c a xung ban đ u so v i xung đi l i nhi u l n quanhế ủ ầ ớ ạ ề ầ  

bu ng c ng hồ ộ ưởng……… ……….….74

B ng 3.12: M i quan h  c a xung secant­hyperbole có chirp phi tuy n v i C=2ả ố ệ ủ ế ớ  

trước và sau khi đi l i nhi u l n quanh bu ng c ng hạ ề ầ ồ ộ ưởng……… ……

B ng 3.15: M i quan h  v  th i gian xung và m t đ  dòng photon c a xung secant­ả ố ệ ề ờ ậ ộ ủhyperbole có chirp phi tuy n trong bu ng c ng hế ồ ộ ưởng v i các đ  dày c a ch t màuớ ộ ủ ấ  khác nhau……… ……….86

DANH M C HÌNHỤ

Hình 3.1: Xung secant­hyperbole không có chirp trước và sau khi đi qua ch t h p thấ ấ ụ bão hòa……… ………41

Hình 3.2: Xung secant­hyperbole có chirp tuy n tính v i C=3 trế ớ ước và sau khi đi qua 

ch t h p th  bão hòa……… ………ấ ấ ụ44

Hình 3.3: Xung secant­hyperbole có chirp tuy n tính v i C=6 trế ớ ước và sau khi đi qua 

Hình 3.8: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuy n v i C=15  trế ớ ước và sau khi đi qua   ch t   h p   th   bão   hòa……… ấ ấ ụ

……….48

Hình 3.9: Xung secant­hyperbole không có v i C=0   trớ ước và sau khi đi qua môi 

trường   khu ch   đ i……….………ế ạ52

Hình 3.10: Xung secant­hyperbole có chirp tuy n tính v i C=3 trế ớ ước và sau khi đi qua môi   trường   khu ch   đ i……… ……… ế ạ

……….54

Hình 3.11: Xung secant­hyperbole có chirp tuy n tính v i C=6 trế ớ ước và sau khi đi qua 

Hình 3.14: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuy n v i C=6 trế ớ ước và sau khi đi qua môi   trường   khu ch   đ i……… ………ế ạ57

Hình 3.15: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuy n v i C=15 trế ớ ước và sau khi đi qua   môi   trường   khu ch   đ i……… ế ạ

……….57

Hình 3.16: Xung secant­hyperbole không có chirp v i C=0 trớ ước và sau khi đi qua cả môi   trường   h p   th   và   khu ch   đ i……… ấ ụ ế ạ

……… 59

Hình 3.17: Xung secant­hyperbole có chirp tuy n tính v i C=1 trế ớ ước và sau khi đi qua 

c  môi trả ường h p th  và khu ch đ i………ấ ụ ế ạ61

Hình 3.18: Xung secant­hyperbole có chirp tuy n tính v i C=3 trế ớ ước và sau khi đi qua 

c  môi trả ường h p th  và khu ch đ i………ấ ụ ế ạ61

Hình 3.19: Xung secant­hyperbole có chirp tuy n tính v i C=6 trế ớ ước và sau khi đi qua 

c  môi trả ường h p th  và khu ch đ i………ấ ụ ế ạ62

Hình 3.20: Xung secant­hyperbole có chirp tuy n tính v i C=10 trế ớ ước và sau khi đi qua c  môi trả ường h p th  và khu ch đ i……….……ấ ụ ế ạ63

Hình 3.21: Xung secant­hyperbole có chirp tuy n tính v i C=15 trế ớ ước và sau khi đi qua c  môi trả ường h p th  và khu ch đ i………ấ ụ ế ạ63

Hình 3.22: Xung secant­hyperbole có chirp tuy n tính v i C=25 trế ớ ước và sau khi đi qua   cả   môi   trường   h pấ   thụ   và   khu chế  

đ i……… 63ạ

Hình 3.23: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuy n v i C=1 trế ớ ước và sau khi đi qua 

c   môi   trả ường   h p   th   và   khu ch   đ i……… ấ ụ ế ạ

…… 65

Hình 3.24: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuy n v i C=3 trế ớ ước và sau khi đi qua 

c   môi   trả ường   h p   th   và   khu ch   đ i……… ấ ụ ế ạ

… 65

Hình 3.25: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuy n v i C=6 trế ớ ước và sau khi đi qua 

c   môi   trả ường   h p   th   và   khu ch   đ i……… ấ ụ ế ạ

Hình 3.29: Xung secant­hyperbole không có chirp đi N=2 vòng quanh bu ng c ngồ ộ  

hưởng……….69

Hình 3.30: Xung secant­hyperbole không có chirp đi N=3 vòng quanh bu ng c ngồ ộ  

hưởng……….69

Hình 3.31: Xung secant­hyperbole không có chirp đi N=4 vòng quanh bu ng c ngồ ộ  

hưởng……….70

Hình 3.32: Xung secant­hyperbole không có chirp đi N=5 vòng quanh bu ng c ngồ ộ  

hưởng……… ……….…….70Hình 3.33: Xung secant­hyperbole có chirp tuy n tính v i C=2 đi l i N=2 vòng quanhế ớ ạ  

bu ng c ng hồ ộ ưởng……… ……… ………72Hình 3.34: Xung secant­hyperbole có chirp tuy n tính v i C=2 đi l i N=3 vòng quanhế ớ ạ  

bu ng c ng hồ ộ ưởng……….… 72Hình 3.35: Xung secant­hyperbole có chirp tuy n tính v i C=2 đi l i N=4 vòng quanhế ớ ạ  

bu ng c ng hồ ộ ưởng……….… 73Hình 3.36: Xung secant­hyperbole có chirp tuy n tính v i C=2 đi l i N=5 vòng quanhế ớ ạ  

bu ng c ng hồ ộ ưởng……… ….73Hình 3.37: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuy n v i C=2 đi l i N=2 vòng quanhế ớ ạ  

bu ng c ng hồ ộ ưởng……… ……….…75Hình 3.38: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuy n v i C=2 đi l i N=3 vòng quanhế ớ ạ  

bu ng c ng hồ ộ ưởng……… ……….…75Hình 3.39: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuy n v i C=2 đi l i N=4 vòng quanhế ớ ạ  

bu ng c ng hồ ộ ưởng……… ………….……76Hình 3.40: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuy n v i C=2 đi l i N=5 vòng quanhế ớ ạ  

bu ng c ng hồ ộ ưởng……… ……… …76

Hình 3.41: Xung secant­hyperbole không có chirp đi l i quanh bu ng c ng hạ ồ ộ ưở  ng

v i đ  dày ch t màu: L=90 μm, Lk=500 μm……… ớ ộ ấ

……79

Hình 3.42: Xung secant­hyperbole không có chirp đi l i quanh bu ng c ng hạ ồ ộ ưở  ng

v i đ  dày ch t màu: L=70 μm, Lk=400 μm……… ớ ộ ấ

Hình 3.46: Xung secant­hyperbole có chirp tuy n tính C=2 đi l i quanh bu ng c ngế ạ ồ ộ  

hưởng v i đ  dày ch t màu: L=90 μm, Lk=500 μm……….… 82ớ ộ ấHình 3.47: Xung secant­hyperbole có chirp tuy n tính C=2 đi l i quanh bu ng c ngế ạ ồ ộ  

hưởng   v i   đ   dày   ch t   màu:   L=50   μm,   Lk=300   μm……… ……….ớ ộ ấ

…… 83

Hình 3.48: Xung secant­hyperbole có chirp tuy n tính C=2 đi l i quanh bu ng c ngế ạ ồ ộ  

hưởng v i đ  dày ch t màu: L=10 μm, Lk=100 μm……… …….… …ớ ộ ấ83

Hình 3.49: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuy n C=2 đi l i quanh bu ng c ngế ạ ồ ộ  

hưởng   v i   đ  dày  ch t  màu:   L=90   μm,  Lk=500   μm………… ……….ớ ộ ấ

… 85

Hình 3.50: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuy n C=2 đi l i quanh bu ng c ngế ạ ồ ộ  

hưởng   v i   đ   dày   ch t   màu:   L=50   μm,   Lk=300   μm……… ớ ộ ấ

…… 85

Hình 3.51: Xung secant­hyperbole có chirp phi tuy n C=2 đi l i quanh bu ng c ngế ạ ồ ộ  

hưởng v i đ  dày ch t màu: L=10 μm, Lk=100 μm……… ……ớ ộ ấ86

1.2.3: Ph ươ ng pháp đ ng b  mode h n h p:……… ồ ộ ỗ ợ

….11

1.2.4:   M t ộ   s ố   ph ươ ng   pháp   khác……… 12

3.1: Kh o sát  nh hả ả ưởng c a chirp khi xung secant­hyperbole  đi qua môiủ  

trường   h p   th   bão   hòa   trong   bu ng   c ng   hấ ụ ồ ộ ưởng   laser CPM…… 36

3.1.1: Kh o sát s  t ả ự ươ ng tác xung trong ch t h p th  bão hòa……… ấ ấ ụ

36

3.1.2:   Kh o   sát   xung   secant­hyperbole   không   có ả   chirp……….40

3.1.3: Kh o sát xung secant­hyperbole có chirp……… ….42 ả

3.2: Kh o sát  nh hả ả ưởng c a chirp khi xung secant­hyperbole  đi qua môiủ  

trường   khu ch   đ i   trong   bu ng   c ng   hế ạ ồ ộ ưởng   laser CPM……… ……50

3.2.1: T ươ ng tác c a xung khi đi qua môi tr ủ ườ ng khu ch đ i……… ế ạ

…… 50 

3.2.2:   Kh o   sát   tr ả ườ ng   h p   xung   secant­hyperbole   không   có ợ   chirp……… 52

3.2.3:   Kh o   sát   tr ả ườ ng   h p   xung   secant­hyperbole   có   chirp ợ

3.5: Kh o sát  nh hả ả ưởng c a tán s c đ i v i xung d ng secant­hyperboleủ ắ ố ớ ạ  trong   bu ng   c ng   hồ ộ ưởng   laser   CPM………

……… 78

3.5.1: Xung secant­hyperbole không có chirp………80 3.5.2:Xung secant­hyperbole có chirp………82

K t   lu n   …… ……….ế ậ

… 89

M  Đ U Ở Ầ

Trong nh ng năm g n đây, các công trình nghiên c u và  ng d ng c a kữ ầ ứ ứ ụ ủ ỹ thu t laser nói chung và laser xung c c ng n nói riêng đã ngày càng phát tri n vàậ ự ắ ể  đóng góp vào n n khoa h c tiên ti n c a nhân lo i. Trong quang ph  h c laser, xungề ọ ế ủ ạ ổ ọ  

c c ng n đự ắ ược dùng đ  nghiên c u các quá trình x y ra c c nhanh trong lý, hóa,ể ứ ả ự  sinh… Xung c c ng n còn đự ắ ược nghiên c u trong  ng d ng đ ng h  nguyên t ,ứ ứ ụ ồ ồ ử  

đ c bi t là trong thông tin quang. Đ  tăng t c đ  truy n d n thông tin các xung c cặ ệ ể ố ộ ề ẫ ự  

ng n thắ ường đượ ử ục s  d ng và người ta ngày càng c  g ng thu h p t i  u đ  r ngố ắ ẹ ố ư ộ ộ  

c a xung sáng. Vì v y, vi c nghiên c u lý thuy t cũng nh  th c nghi m đ  phátủ ậ ệ ứ ế ư ự ệ ể  tri n và truy n d n là v n đ  có tính th i s ể ề ẫ ấ ề ờ ự

T  nh ng năm 1960 tr  l i đây, khi các laser b t đ u ra đ i và phát tri n thìừ ữ ở ạ ắ ầ ờ ể  các k  l c v  xung laser c c ng n luôn đỷ ụ ề ự ắ ược các phòng thí nghi m trên th  gi i t oệ ế ớ ạ  

ra.  T  laser Ti:Saphia và các lo i laser r n khác đừ ạ ắ ược đ ng b  mode (khóa mode)ồ ộ  

t o ra các xung pico giây. Cho đ n năm 1981 khi C.V. Shank đã c i ti n bu ng c ngạ ế ả ế ồ ộ  

hưởng   vòng   cho   laser   màu   đ   th c   hi n   va   ch m   xung   (phể ự ệ ạ ương   pháp   CPM: colliding pulse mode­looking) thì đ  dài xung đ t độ ạ ược là 90 fs. Sau đó thì m t lo tộ ạ  các k  l c m i đỷ ụ ớ ượ ạc t o ra v i xung gi m đ n vài femto giây b ng vi c bù tr  tánớ ả ế ằ ệ ừ  

s c và bi n đi u pha trong bu ng c ng hắ ế ệ ồ ộ ưởng. Các k  thu t nén xung sáng cũng đãỹ ậ  

được áp d ng tri t đ  vào laser CPM đ  gi m đ  r ng c a xung sáng laser. Qua đóụ ệ ể ể ả ộ ộ ủ  

đã ch ng t   u đi m c a vi c dùng bu ng c ng hứ ỏ ư ể ủ ệ ồ ộ ưởng vòng và k  thu t nén xungỹ ậ  trong vi c t o ra các xung laser c c ng n. Do v y laser CPM v n luôn là đ  tài h pệ ạ ự ắ ậ ẫ ề ấ  

d n đ i v i các công trình nghiên c u v  laser xung c c ng n hi n nay.ẫ ố ớ ứ ề ự ắ ệ

Khi xung sáng truy n trong môi trề ường phi tuy n s  b  tác đ ng b i hi u  ngế ẽ ị ộ ở ệ ứ  tán s c v n t c nhóm (GVD) và t  bi n đi u pha (SPM) làm m  r ng xung đ ngắ ậ ố ự ế ệ ở ộ ồ  

th i còn làm xung b  méo d ng tín hi u khi lan truy n. Đ  hi u rõ v  các quá trìnhờ ị ạ ệ ề ể ể ề  

bi n đ i xung sáng trong bu ng c ng hế ổ ồ ộ ưởng laser thì vi c kh o sát  nh hệ ả ả ưởng c aủ  tán s c, các hi u  ng phi tuy n, đ c bi t là  nh hắ ệ ứ ế ặ ệ ả ưởng c a chirp t n s  đ i v iủ ầ ố ố ớ  xung là r t quan tr ng. Đã có nhi u tác gi  nghiên c u v  đ  tài  nh hấ ọ ề ả ứ ề ề ả ưởng c aủ  

chirp t n s  đ i v i xung  khi đi qua ch t h p th  bão hòa và môi trầ ố ố ớ ấ ấ ụ ường khu chế  

đ i. Nh ng quá trình xung đi qua c  ch t h p th  và khu ch đ i nhi u vòng quanhạ ư ả ấ ấ ụ ế ạ ề  

bu ng c ng hồ ộ ưởng thì ch a đư ược kh o sát. Đ ng th i chúng tôi cũng kh o sát sả ồ ờ ả ự 

ph  thu c c a đ  dày ch t h p th  và khu ch đ i đ i v i cụ ộ ủ ộ ấ ấ ụ ế ạ ố ớ ường đ  và đ  r ngộ ộ ộ  xung secant­hyperbole trong bu ng c ng hồ ộ ưởng laser. Qua đó nh m tìm ra nh ngằ ữ  

đi u ki n t i  u cho laser màu CPM phát các xung c c ng n c  femto giây. Nh mề ệ ố ư ự ắ ỡ ằ  

đ t đạ ược các m c đích trên tôi đã quy t đ nh ch n đ  tài: ụ ế ị ọ ề “Kh o sát  nh h ả ả ưở   ng

c a chirp t n s  và s  tán s c đ i v i xung d ng secant­hyperbole trong ho t đ ng ủ ầ ố ự ắ ố ớ ạ ạ ộ  

c a laser màu bu ng c ng h ủ ồ ộ ưở ng vòng khóa mode b ng va ch m xung” ằ ạ  

B  c c lu n văn g m 3 chố ụ ậ ồ ương:

Chương 1: Laser xung c c ng nự ắ

Chương 2: Laser màu t o xung c c ng n b ng phạ ự ắ ằ ương pháp b  đ ngị ộ

Chương 3: Kh o sát  nh hả ả ưởng c a chirp và tán s c đ i v i xung d ngủ ắ ố ớ ạ  secant­   hyperbole trong laser CPM khi xung đi qua c  ch t h p th  bão hòa và môiả ấ ấ ụ  

trường khu ch đ i m t vòng và nhi u vòng quanh bu ng c ng hế ạ ộ ề ồ ộ ưởng…

CHƯƠNG 1: LASER XUNG C C NG NỰ Ắ

1.1 Gi i thi u chung v  laser xung c c ng nớ ệ ề ự ắ

Trong công cu c công nghi p hóa và hi n đ i hóa c a đ t nộ ệ ệ ạ ủ ấ ước nói riêng và 

c a c  nhân lo i nói chung thì công ngh  laser luôn là m t đ  tài h p d n cũng nhủ ả ạ ệ ộ ề ấ ẫ ư 

có nhi u  ng d ng to l n trong k  thu t công ngh  và c  đ i s ng. Và laser xungề ứ ụ ớ ỹ ậ ệ ả ờ ố  

c c ng n nói riêng là m t lĩnh v c m i m  và v n đang đự ắ ộ ự ớ ẻ ẫ ược nghiên c u phát tri n,ứ ể  

ng d ng…. Laser xung c c ng n là nh ng laser mà xung sáng có đ  r ng xung c

vài pico, ho c femto giây và nh  h n n a. Đã có r t nhi u thành t u v  lý thuy tặ ỏ ơ ữ ấ ề ự ề ế  cũng nh  c  v  th c nghi m trong vi c t o ra các xung c c ng n v i m t ngu nư ả ề ự ệ ệ ạ ự ắ ớ ộ ồ  laser. Người ta đã ch  ra đỉ ượ ằc r ng các bi n đ i Fourier c a m t xung ánh sáng c cế ổ ủ ộ ự  

ng n s  có ph  r t r ng. Tuy nhiên, m t bu ng c ng hắ ẽ ổ ấ ộ ộ ồ ộ ưởng laser s  ch  cho phépẽ ỉ  dao đ ng trong m t kho ng h p t n s  trên các t n s  c ng hộ ộ ả ẹ ầ ố ầ ố ộ ưởng riêng bi t  q =ệ ν  qc/2L (trong đó q là m t s  nguyên, c là t c đ  ánh sáng và L là chi u dài quang h cộ ố ố ộ ề ọ  

c a bu ng c ng hủ ồ ộ ưởng laser). Do đó m t laser không th  cung c p các xung c cộ ể ấ ự  

ng n trong khi ho t đ ng   ch  đ  bình thắ ạ ộ ở ế ộ ường c a nó. Các t n s  t o nên s  phânủ ầ ố ạ ự  

b  các mode d c c a laser. Nh ng qua m t c  ch  thích h p t o đố ọ ủ ư ộ ơ ế ợ ạ ược m i quan hố ệ pha xác đ nh gi a các mode dao đ ng khác nhau trong bu ng c ng hị ữ ộ ồ ộ ưởng laser thì ta 

có th  t o nên laser phát   ch  đ  xung c c ng n. Laser nh  v y để ạ ở ế ộ ự ắ ư ậ ược g i là laserọ  

được đ ng b  mode hay khóa mode (mode looking). ồ ộ

Các mode d c có th  t  dao đ ng trong ch  đ  đa mode t  do c a laser làọ ể ự ộ ế ộ ự ủ  

nh ng mode mà có s  khu ch đ i không bão hòa l n h n hao phí c a bu ng c ngữ ự ế ạ ớ ơ ủ ồ ộ  

hưởng laser. S  lố ượng các mode này là N, trong đi ù ki n này ta th y cề ệ ấ ường đ  t cộ ứ  

th i bi n thiên theo các đờ ế ường có chi u r ng là Δ    1/Δ L, là ngh ch đ o c a đề ộ τ ≈ ν ị ả ủ ộ 

r ng độ ường cong khu ch đ i. Và l n h n s  mode liên quan, nh  h n giá tr  c a Δ ế ạ ớ ơ ố ỏ ơ ị ủ τ 

N u bây gi  chúng ta gi  s  các mode có đ  l ch pha không đ i, laser l i ra s  baoế ờ ả ử ộ ệ ổ ố ẽ  

g m m t lo t các xung đ n tu n hoàn liên ti p, sau m i Δ , chu k  l p l i đồ ộ ạ ơ ầ ế ỗ τ ỳ ặ ạ ượ  ccho b i eT=2L / c. Trong đi u ki n này, tia laser đở ề ệ ược g i là ho t đ ng trong chọ ạ ộ ế 

đ  đ ng b  mode.ộ ồ ộ

Hình 1.1: Bi u đ  các mode dao đ ng trong bu ng c ng h ể ồ ộ ồ ộ ưở ng có chi u dài L, ề  

v i h  s  khu ch đ i G > 0. [19] ớ ệ ố ế ạ

G i  p là t ng  đ  rông xung t i m t n a c c đ i, và đọ τ ổ ộ ạ ộ ử ự ạ ược cho b i: [19]ở

M c dù phân b  biên đ  d ng Gauss c a các mode đã đặ ố ộ ạ ủ ượ ực l a ch n đ  đ nọ ể ơ  

gi n hoá v  m t toán h c, hình d ng th c t  c a phân b  biên đ   nh hả ề ặ ọ ạ ự ế ủ ố ộ ả ưởng đ nế  hình d ng c a xung. Các  phân b  biên đ  khác c a các mode v i kho ng cách t nạ ủ ố ộ ủ ớ ả ầ  

s  nh  nhau và tố ư ương đương v i quang ph  r ng Δ, ti p đó, v i m t chu i tu nớ ổ ộ ế ớ ộ ỗ ầ  hoàn c a các xung không có d ng Gauss, nh ng có m t th i gian xung g n đúng v iủ ạ ư ộ ờ ầ ớ  

và m t chu k  T = 2L / c. Đ  hi u độ ỳ ể ể ược nguyên nhân v  tính chu k  c a xung laser,ề ỳ ủ  chúng ta có th  phân tích s  phân b  không gian­th i gian c a sóng đi n t  d ngể ự ố ờ ủ ệ ừ ừ  

t n t i bên trong các bu ng c ng hồ ạ ồ ộ ưởng laser khi nó ho t đ ng v i ch  đ  đ ng bạ ộ ớ ế ộ ồ ộ mode (khóa mode). T  đó có th  làm m t phép tính từ ể ộ ương t  cho các phách c a Nự ủ  mode d c, nh ng có tính đ n phân b  th i gian­không gian riêng c a m i mode bênọ ư ế ố ờ ủ ỗ  trong bu ng laser. Tính toán này cho th y n u quá trình t o phách x y ra l p t c t iồ ấ ế ạ ả ậ ứ ạ  

m t đi m B c  th , thì ngay l p t c th i đi m đó các phách c a mode khác s  tri tộ ể ụ ể ậ ứ ờ ể ủ ẽ ệ  tiêu   t t c  các đi m khác c a bu ng c ng hở ấ ả ể ủ ồ ộ ưởng. 

Đ  r ng xung  p luôn t  l  ngh ch v i đ  r ng ph  Δ c a s  phân b  biên độ ộ τ ỷ ệ ị ớ ộ ộ ổ ủ ự ố ộ các mode (v i s  N c a mode đ ng b  pha). Rõ ràng là các laser có khu ch đ iớ ố ủ ồ ộ ế ạ  trung   bình   s   phát   ra   xung   ng n   nh t   M t   laser   ion   Argon   có   đ   r ng   d iẽ ắ ấ ộ ộ ộ ả  

 nm; laser Ruby có    ~ 0,2 nm, laser   cho    ~ 10nm; laser màu  ~ 100 nm; laser Ti: sapphire   ~ 400 nm. Nh ng d  li u này choữ ữ ệ  

th y r ng đ  r ng xung nh  nh t mà ngấ ằ ộ ộ ỏ ấ ười ta có th  hy v ng có để ọ ược tr c ti p t iự ế ạ  

đ u ra c a laser v i ch  đ  đ ng b  pha khác nhau là t  150 ps đ i v i m t laserầ ủ ớ ế ộ ồ ộ ừ ố ớ ộ  ion Argon đ n 3 fs (3 × 10s) cho laser Ti: sapphire. Đ  r ng ph  có th  đế ộ ộ ổ ể ược đo 

b ng m t máy quang ph  ho c v i m t giao thoa k  Fabry_Pérot… Mô hình minhằ ộ ổ ặ ớ ộ ế  

h a sau đây là hình  nh xung trong m t laser bu ng c ng họ ả ộ ồ ộ ưởng vòng. [19]

Hình 1.2: Mô t  xung đ ả ượ c hình thành trong bu ng c ng h ồ ộ ưở ng laser vòng.[19]

Đi u này là do s  có m t c a m t lề ự ặ ủ ộ ượng l n các mode mà các bớ ước sóng  nλ  

đ u khác nhau. Vi c tăng s  lề ệ ố ượng các mode N s  càng rút ng n kho ng cách này. ẽ ắ ả

1.2. Các phương pháp đ ng b  mode t o xung c c ng nồ ộ ạ ự ắ

Khi laser ho t đ ng   ch  đ  đa mode t  do, thạ ộ ở ế ộ ự ường có s  tác đ ng  nhự ộ ả  

hưởng l n nhau gi a các mode khác nhau đẫ ữ ược khu ch đ i b i phát x  kích thíchế ạ ở ạ  

c a cùng m t nguyên t , phân t  ho c các ion. S  tủ ộ ử ử ặ ự ương tác này gây ra nh ng bi nữ ế  

đ i l n v  pha và biên đ  c a các mode. M c đích c a ch  đ  đ ng b  mode làổ ớ ề ộ ủ ụ ủ ế ộ ồ ộ  thi t l p s  tế ậ ự ương quan gi a các mode mà m i liên h  các pha là m t h ng s  Ýữ ố ệ ộ ằ ố  

tưởng đ u tiên mà ngầ ười ta chú ý đ n là vi c thi t l p đ ng b  v  m t th i gian,ế ệ ế ậ ồ ộ ề ặ ờ  chúng ta có th  t p trung để ậ ược năng lượng laser nhi u h n b ng cách chèn m t môiề ơ ằ ộ  

trường phi tuy n – hay m t  h  th ng nào khác nh m thúc đ y cế ộ ệ ố ằ ẩ ường đ  m nh bênộ ạ  trong bu ng laser.ồ

Khi sóng truy n qua l i trong bu ng laser, m t c c đ i ban đ u y u s  cóề ạ ồ ộ ự ạ ầ ế ẽ  

th  phát tri n m nh nh  s  tể ể ạ ờ ự ương tác c a c c đ i th p h n trong môi trủ ự ạ ấ ơ ườ  ngkhu ch đ i. N u các đi u ki n đế ạ ế ề ệ ượ ực l a ch n thích h p,thì có th  t p trung t t cọ ợ ể ậ ấ ả năng lượng c a bu ng   m t xung duy nh t. Đây g i là đi m đã đ ng b  mode: đóủ ồ ở ộ ấ ọ ể ồ ộ  

là vi c ch n l c m t cệ ọ ọ ộ ường đ  c c đ i duy nh t t i m t đi m theo th i gian,tộ ự ạ ấ ạ ộ ể ờ ươ  ng

đương v i vi c thi t l p m t m i quan h  v  pha gi a các mode d c trong m tớ ệ ế ậ ộ ố ệ ề ữ ọ ộ  

mi n t n s   ề ầ ố

        M t ý tộ ưởng th  hai là thi t l p đ ng b  v  m t t n s  N u m t thi t bứ ế ậ ồ ộ ề ặ ầ ố ế ộ ế ị 

đượ ắc l p bên trong bu ng mà đi u bi n các mode   m t t n s  g n v i t n sồ ề ế ở ộ ầ ố ầ ớ ầ ố mode t ng h p, kho ng c/2L; thì vi c tổ ợ ả ệ ương tác đ  đ t để ạ ược c c đ i trong môiự ạ  

trường khu ch đ i s  d n đ n m t liên k t gi a các mode, đế ạ ẽ ẫ ế ộ ế ữ ươ ạc t o ra b i bi nở ế  

đi u các mode lân c n. Các pha c a các mode sau đó có th  “đ ng b ’’v i nhau.ệ ậ ủ ể ồ ộ ớ  Đây là phương pháp đ u tiên v i vi c t  đi u bi n c a các mode   t n s  c/2L vàầ ớ ệ ự ề ế ủ ở ầ ố  

do đó thi t l p đế ậ ược m t m i quan h  v  pha gi a các mode này.ộ ố ệ ề ữ

       Hai ý tưởng coi là đi m kh i đ u cho phể ở ầ ương pháp đ ng b  mode và phátồ ộ  tri n cho đ n nay đó là: ể ế

        G n đây, v i s  ra đ i c a laser Ti: sapphire, trong đó r t đ n gi n đ  cóầ ớ ự ờ ủ ấ ơ ả ể  

được ch  đ  đ ng b  mode, đi u đó đã làm nh ng phế ộ ồ ộ ề ữ ương pháp trên được phổ 

bi n m t l n n a. Tuy nhiên nhi u phế ộ ầ ữ ề ương pháp cũng đã được bi t đ n cũng đã tìmế ế  

th y các  ng d ng m i và hi u qu  Đó là ch  đ  t  đ ng b  mode trong các tínhấ ứ ụ ớ ệ ả ế ộ ự ồ ộ  

ch t phi tuy n c a môi trấ ế ủ ường khu ch đ i t  nhiên và làm tăng cế ạ ự ường c c đ i phátự ạ  sinh trong bu ng laser. Đ c bi t trong lĩnh v c nghiên c u và  ng d ng xung c cồ ặ ệ ự ứ ứ ụ ự  

ng n trong laser màu bu ng c ng hắ ồ ộ ưởng vòng thì đã và đang m  ra nh ng đi u vôở ữ ề  cùng lý thú, v i nh ng thành qu  đ t đớ ữ ả ạ ược laser c  vài femto giây (m t vài daoỡ ộ  

đ ng sáng). Qua đó kh ng đ nh h n n a ti m năng  ng d ng c a lĩnh v c laserộ ẳ ị ơ ữ ề ứ ụ ủ ự  xung c c ng n b ng th c nghi m.ự ắ ằ ự ệ

1.2.1: Ph ươ ng pháp đ ng b  mode ch  đ ng ồ ộ ủ ộ

       Chúng ta đ t m t ph n t  bên trong các bu ng laser và đi u bi n s  hao phíặ ộ ầ ử ồ ề ế ự  

c a nó. Ph n t  này s  giúp ta đi u bi n đủ ầ ử ẽ ề ế ược biên đ  c a t ng mode d c. Kộ ủ ừ ọ ỹ thu t này g i là phậ ọ ương pháp đ ng b  mode b ng cách đi u bi n biên đ  (AM) vàồ ộ ằ ề ế ộ  

nó đượ ử ục s  d ng đ  đ ng b  mode trong laser ion, ví d  laser Nd3+ :YAG. ể ồ ộ ụ

      Thông thường, m t b  đi u bi n âm_quang độ ộ ề ế ược đ t bên trong bu ng laserặ ồ  

đ  đi u bi n các hao phí trong bu ng. Đ ng th i v i m c đích đ ng b  các mode vàể ề ế ồ ồ ờ ớ ụ ồ ộ  

ch n l c bọ ọ ước sóng mong mu n.ố

    Hình 1.3: Mô t  ch  đ  khóa mode ch  đ ng trong bu ng laser. [19] ả ế ộ ủ ộ ồ

      V i vi c bi n đi u biên đ  s  d ng b  bi n đi u âm quang, sóng siêu âm sớ ệ ế ệ ộ ử ụ ộ ế ệ ẽ 

đi qua môi trường trong su t. Biên đ  c a s  bi n đi u t  l  v i cố ộ ủ ự ế ệ ỉ ệ ớ ường đ  c a sóngộ ủ  siêu âm, và chu k  không gian c a bi n đi u b ng n a bỳ ủ ế ệ ằ ử ước sóng c a sóng siêu âm.ủ

      Tương t  nh  ch  đ  đ ng b  mode trên, ta cũng có th  đ t đự ư ế ộ ồ ộ ể ạ ược b ng cáchằ  

đi u bi n t n s  (FM). Các phề ế ầ ố ương pháp AM và FM t o thành m t lo i phạ ộ ạ ươ  ngpháp trong ho t đ ng đ ng b  mode.ạ ộ ồ ộ

       Bây gi  chúng ta s  đi vào ph ng pháp ho t đ ng th  hai, th ng đ c g iờ ẽ ươ ạ ộ ứ ườ ượ ọ  

là phương pháp b m đ ng b :ơ ồ ộ

Thông   thường,   b m   đ ng  b  thu   đơ ồ ộ ược  b ng  cách  b m  vào   môi  trằ ơ ườ  ngkhu ch đ i c a laser b ng m t chùm tia l i ra c a m t laser khác đã đế ạ ủ ằ ộ ố ủ ộ ược đ ng bồ ộ mode. Đi u ch nh chi u dài L c a bu ng c ng hề ỉ ề ủ ồ ộ ưởng làm cho nó có th  thích  ngể ứ  

v i mode t ng h p tách theo t n s  c/2L đ n t n s   /2  c a xung laser b m. ớ ổ ợ ầ ố ế ầ ốΩ π ủ ơ

      Trước tiên, nó cho th y r ng có th  k t h p hai ho t đ ng là đi u bi n b mấ ằ ể ế ợ ạ ộ ề ế ơ  các hao phí bu ng bu ng c ng hồ ồ ộ ưởng và đi u bi n  khu ch đ i trong cùng m t hề ế ế ạ ộ ệ 

th ng laser. Th  hai, và quan tr ng h n là nó cho th y có th  s  d ng m t laser đãố ứ ọ ơ ấ ể ử ụ ộ  

đ ng b  mode nh  là m t ngu n xung liên t c ps đ  b m m t laser th  hai và vìồ ộ ư ộ ồ ụ ể ơ ộ ứ  

th  có đế ược m t lo t các xung dộ ạ ưới pico giây. 

       Ta có th i gian đi qua c a xung trong bu ng đờ ủ ồ ược xác đ nh b i t n s  l p l iị ở ầ ố ặ ạ  

c a các xung b m.Vì v y chi u dài c a bu ng thích  ng là r t quan tr ng. Trủ ơ ậ ề ủ ồ ứ ấ ọ ướ  c

khi xung đ n, đ  khu ch đ i là ch a bão hòa, do đó sế ộ ế ạ ư ườn trước xung có s  tăngự  nhi u h n sề ơ ườn sau c a xung. Th i gian đi qua c a xung trong môi trủ ờ ủ ường khu chế  

đ i đạ ược rút ng n. Vi c rút ng n th i gian đi qua là t  l  thu n v i s  khác bi tắ ệ ắ ờ ỷ ệ ậ ớ ự ệ  

gi a giá tr  ch a bão hòa và bão hòa c a khu ch đ i. Ch  đ  khóa mode x y raữ ị ư ủ ế ạ ế ộ ả  

tương  ng cho giá tr  dứ ị ương r t nh  c a ΔL = +  ấ ỏ ủ ε  C u trúc xung ph  thu c r tấ ụ ộ ấ  nhi u vào vi c đi u ch nh đ  dài c a bu ng laser. ề ệ ề ỉ ộ ủ ồ

1.2.2: Ph ươ ng pháp đ ng b  mode b  đ ng: ồ ộ ị ộ        

       M t phộ ương pháp th  hai thứ ường được s  d ng trong phử ụ ương pháp khóa mode g i là phọ ương pháp đ ng b  mode b  đ ng.ồ ộ ị ộ

       Đ ng h c c a khu ch đ i bão hòa trong môi trộ ọ ủ ế ạ ường khu ch đ i  nh hế ạ ả ưở  ng

đ n s  bi n d ng c a xung. Chúng tôi mu n cho th y r ng n u môi trế ự ế ạ ủ ố ấ ằ ế ường h p thấ ụ 

v i m t h  s  h p th  bão hòa đớ ộ ệ ố ấ ụ ược đ t bên trong bu ng c ng hặ ồ ộ ưởng, thì s  k tự ế  

h p gi a ch t h p th  bão hòa và môi trợ ữ ấ ấ ụ ường khu ch đ i bão hòa d n đ n m tế ạ ẫ ế ộ  cách t  nhiên s  đ ng b  mode c a laser. Các ch t h p th  bão hòa thự ự ồ ộ ủ ấ ấ ụ ường dùng là dung d ch ch t màu l ng. Tuy nhiên, k  t  khi ra đ i c a laser Ti: sapphire, ngị ấ ỏ ể ừ ờ ủ ười ta đang tìm ki m ch t li u r n đ  làm ch t h p th  bão hòa,đ c bi t là trong s  cácế ấ ệ ắ ể ấ ấ ụ ặ ệ ố  

ch t bán d n.ấ ẫ

Hình_1.4: Xung đi l i vòng tròn trong bu ng laser bao g m b  h p th  bão hòa ạ ồ ồ ộ ấ ụ  

và môi tr ườ ng khu ch đ i. [19] ế ạ

       Ch t h p th  bão hòa đấ ấ ụ ược đ c tr ng b i cặ ư ở ường đ  bão hòa ộ  c a nó.ủ  Tham s  này đố ược đ nh nghĩa là cị ường đ  mà   đó s  chênh l ch đ  tích lũy t n t iộ ở ự ệ ộ ồ ạ  

gi a hai m c cữ ứ ường đ  th p gi m theo h  s  hai. Đ nh nghĩa này do đó cho ta th yộ ấ ả ệ ố ị ấ  

r ng h  s  h p th  ằ ệ ố ấ ụ  ph i t  l  thu n v i s  chênh l ch đ  tích lũy.ả ỉ ệ ậ ớ ự ệ ộ

Hình_1.5: H  s  khu ch đ i qua môi tr ệ ố ế ạ ườ ng khu ch đ i bão hòa nh  là m t ế ạ ư ộ  

hàm c a c ủ ườ ng đ  tín hi u t i.  ộ ệ ớ

       H n n a, nh  đã nói trơ ữ ư ước đó, các môi trường khu ch đ i còn có đ c tínhế ạ ặ  bão hòa.   cỞ ường đ  th p, G có m t giá tr  không đ i G0 và khá l n (hình_1.5). Nóộ ấ ộ ị ổ ớ  

được g i là ch a bão hòa. Khi cọ ư ường đ  t i cao h n, có s  suy gi m s  chênh l chộ ớ ơ ự ả ự ệ  ngh ch đ o đ  tích lũy gi a hai m c tham gia vào quá trình khu ch đ i, và h  sị ả ộ ữ ứ ế ạ ệ ố khu ch đ i G gi m. Nh  có th  th y trong hình 1.5, chúng ta có th  xác đ nh ế ạ ả ư ể ấ ể ị  là 

cường đ  bão hòa c a G, tộ ủ ương đương v i cớ ường đ  bão hòa   ộ c a ch t h pủ ấ ấ  

th  N u đi u ki n thu n l i, đ nh cụ ế ề ệ ậ ợ ỉ ường đ  t i đa trong bu ng s  ch a t t cộ ố ồ ẽ ứ ấ ả năng lượng c a sóng trong bu ng.ủ ồ

Hình_1.6: Mô t  thay đ i hình d ng c a xung sau khi đi qua m t ch t h p th ả ổ ạ ủ ộ ấ ấ ụ  

bão hòa. [10]

Hình_1.7: Mô t  thay đ i hình d ng c a xung sau khi đi qua môi tr ả ổ ạ ủ ườ ng khu ch ế  

đ i. [19] ạ

       Th c t  là quá trình đ ng h c bão hòa c a ch t h p th  nhanh h n h n soự ế ộ ọ ủ ấ ấ ụ ơ ơ  

v i c a môi trớ ủ ường khu ch đ i và đi u đó gi i thích lý do t i sao ch  có các trungế ạ ề ả ạ ỉ  tâm c a xung đủ ược khu ch đ i, trái l i các sế ạ ạ ườn c a xung s  y u đi. ủ ẽ ế

Xung đ t đ n hình d ng cu i cùng c a nó khi nó tr  nên t  thích  ng trongạ ế ạ ố ủ ở ự ứ  

bu ng c ng hồ ộ ưởng laser, đó là khi h  th ng đ t đ n m t tr ng thái  n đ nh. Đ i v iệ ố ạ ế ộ ạ ổ ị ố ớ  các xung t  thích  ng, nó ph i gi  đự ứ ả ữ ược hình d ng không đ i sau m t quá trình điạ ổ ộ  

l i trong bu ng c ng hạ ồ ộ ưởng. Tuy nhiên, ta th y r ng các xung c n phát tri n h pấ ằ ầ ể ẹ  

h n khi đi qua l i trong bu ng. Nh  đã trình bày trơ ạ ồ ư ước đó, đ  r ng xung dộ ộ ưới chế 

đ  đ ng b  mode t i  u là t  l  ngh ch v i chi u r ng ph  c a phân ph i biên đ ộ ồ ộ ố ư ỉ ệ ị ớ ề ộ ổ ủ ố ộ  

Vì v y, m i y u t  c a bu ng laser mà có xu hậ ỗ ế ố ủ ồ ướng h n ch  chi u r ng c a d iạ ế ề ộ ủ ả  dao đ ng s  có xu hộ ẽ ướng kéo dài th i gian xung. Các y u t  đó có th  là m t ph nờ ế ố ể ộ ầ  

t  quang h c bên ngoài nh  m t lăng kính, m t cách t  ho c m t b  l c Lyot, vàử ọ ư ộ ộ ử ặ ộ ộ ọ  chính các môi trường khu ch đ i cũng có th  gây ra m t ph n kéo dài xung sáng.ế ạ ể ộ ầ        Xung đ t đ n tr ng thái  n đ nh khi các hi u  ng thu h p do các tính ch tạ ế ạ ổ ị ệ ứ ẹ ấ  bão hòa c a ch t h p th  và c a môi trủ ấ ấ ụ ủ ường khu ch đ i có th  bù đ p cho các hi uế ạ ể ắ ệ  

ng m  r ng c a các y u t  khác nhau trong bu ng laser. Trong th c t  quá trình

Hình_1.8:  nh h Ả ưở ng c a b  l c ph  đ i v i phân b  ph  và đ  r ng c a ủ ộ ọ ổ ố ớ ố ổ ộ ộ ủ

xung. [19]

Có th  nói phể ương pháp đ ng b  mode b  đ ng là m t phồ ộ ị ộ ộ ương pháp đang r tấ  

đượ ưc  a chu ng và có nh ng s  thu n l i nh t đ nh trong vi c đ ng b  mode t oộ ữ ự ậ ợ ấ ị ệ ồ ộ ạ  xung c c ng n cho laser. ự ắ

1.2.3: Ph ươ ng pháp đ ng b  mode h n h p: ồ ộ ỗ ợ

       Bên c nh đó, có nh ng v n đ  phát sinh trong phạ ữ ấ ề ương pháp đ ng b  mode bồ ộ ị 

đ ng đó là không có nhi u c p tộ ề ặ ương thích gi a b  h p th  bão hòa và môi trữ ộ ấ ụ ườ  ngkhu ch đ i v i các thu c tính chính xác đ  đ  tin c y, th  hai là th c t  các xungế ạ ớ ộ ủ ộ ậ ứ ự ế  thu được b ng phằ ương pháp này không m nh và bạ ước sóng ch  đi u ch nh đỉ ề ỉ ượ  c

m t kho ng nh  M t phộ ả ỏ ộ ương pháp đ ng b  h n h p đồ ộ ỗ ợ ược đ a ra đ  kh c ph cư ể ắ ụ  

nh ng h n ch  ho t đ ng c a phữ ạ ế ạ ộ ủ ương pháp đ ng b  mode b  đ ng. Đó là vi c chènồ ộ ị ộ ệ  

m t phộ ương ti n h p th  bão hòa bên trong bu ng c a b m đ ng b  Phệ ấ ụ ồ ủ ơ ồ ộ ương pháp 

đ ng b  h n h p này cho phép l a ch n các bồ ộ ỗ ợ ự ọ ước sóng và năng lượng l n  h n soớ ơ  

v i ho t đ ng cu  phớ ạ ộ ả ương pháp đ ng b  mode b  đ ng thông thồ ộ ị ộ ường. M t khác,ặ  khi  so   sánh  v i   ho t   đ ng  c a  phớ ạ ộ ủ ương   pháp  đ ng  b  mode   thông  thồ ộ ường   thì 

phương pháp đ ng b  nh  trên d  dàng h n đ  có đồ ộ ư ễ ơ ể ược xung dưới pico giây và tránh đượ ực s  hình thành c a các xung th  c p. ủ ứ ấ

1.2.4: M t s  ph ộ ố ươ ng pháp khác

         Hi n nay ngệ ười ta đã và đang thu đượ ấc r t nhi u k t qu  và thành công trongề ế ả  lĩnh v c quang h c phi tuy n. Và m t trong s  đó là  ng d ng chúng trong vi c t oự ọ ế ộ ố ứ ụ ệ ạ  xung c c ng n trong laser. Các tính ch t phi tuy n c a môi trự ắ ấ ế ủ ường khu ch đ i luônế ạ  

r t quan tr ng cho quá trình đ ng b  mode, có các phấ ọ ồ ộ ương pháp đ ng b  mode chồ ộ ủ 

đ ng ho c b  đ ng. Trong m t s  lo i laser, các tính ch t phi tuy n này là c  s  choộ ặ ị ộ ộ ố ạ ấ ế ơ ở  các mode có th  đ ng b  m t ph n ho c hoàn toàn, mà không c n b t k  m t sể ồ ộ ộ ầ ặ ầ ấ ỳ ộ ự 

đi u bi n nào t  bên ngoài (khóa mode ch  đ ng) ho c là cho m t ch t h p th  bãoề ế ừ ủ ộ ặ ộ ấ ấ ụ  hòa (khóa mode b  đ ng). Tr ng thái này đị ộ ạ ược g i là t  đ ng b  c a các mode. ọ ự ồ ộ ủ

        Đ i v i tr ng thái nh  v y, môi trố ớ ạ ư ậ ường khu ch đ i ph i làm thu h p xung ế ạ ả ẹ ở 

m i chu trình đi l i vòng quanh c a xung trong bu ng c ng hỗ ạ ủ ồ ộ ưởng. Bây gi  chúng taờ  

s  mô t  đ c tr ng c a tr ng thái t  đ ng b  mode, trong đó môi trẽ ả ặ ư ủ ạ ự ồ ộ ường khu chế  

đ i làm gi m hao phí c a các đ nh cạ ả ủ ỉ ường đ  m nh trong bu ng, b ng cách thay đ iộ ạ ồ ằ ổ  

c u trúc ngang c a sóng laser v i vi c ch n l c cấ ủ ớ ệ ọ ọ ường đ  Tr ng thái này t n t iộ ạ ồ ạ  trong laser Ti: sapphire, đi u đó gi i thích t i sao s  quan tâm đ n quá trình t  đ ngề ả ạ ự ế ự ồ  

b  c a các mode l i r t độ ủ ạ ấ ược quan tâm g n đây.ầ

       Hi n tệ ượng t  đ ng b  c a các mode l n đ u tiên đự ồ ộ ủ ầ ầ ược quan sát tình c  trongờ  

m t môi trộ ường khu ch đ i laser bao g m m t  laser Ti: sapphire b m b i m t laserế ạ ồ ộ ơ ở ộ  ion Ar+, ho t đ ng trong ch  đ  liên t c, trong đó bu ng c ng hạ ộ ế ộ ụ ồ ộ ưởng  không có 

ch t h p th  bão hòa. Các nhà khoa h c Xc tlen sau đó nh n th y r ng laser đ tấ ấ ụ ọ ố ậ ấ ằ ạ  

được m t ch  đ  xung bao g m các xung r t ng n phát sinh và t  duy trì. Trongộ ế ộ ồ ấ ắ ự  

th c t , đó là trự ế ường h p t  đ ng b  b i hi u  ng th u kính Kerr. M t s  đi uợ ự ồ ộ ở ệ ứ ấ ộ ố ề  

ki n c n thi t đ  phát sinh tr ng thái này: ệ ầ ế ể ạ

­ Ch  đ  xung b ng cách nào đó ph i đế ộ ằ ả ược thu n l i tậ ợ ương thích v i m t ch  chớ ộ ế ế 

đ  liên t c.ộ ụ

­ Toàn b  h  th ng ph i có thu c tính làm rút ng n xung.ộ ệ ố ả ộ ắ

­ M t s  c  ch  ph i b t đ u quá trình t  đ ng b ộ ố ơ ế ả ắ ầ ự ồ ộ

Hình_1.9: Mô hình thi t k  bu ng laser ch  đ  t  đ ng b  mode c a laser Ti: ế ế ồ ế ộ ự ồ ộ ủ  

sapphire, s  d ng KLM (th u kính Kerr khóa mode). [19] ử ụ ấ

       Hình 1.9 cho th y m t c u hình c  đi n c a ch  đ  t  đ ng b  mode trongấ ộ ấ ổ ể ủ ế ộ ự ồ ộ  laser Ti: sapphire. Các tinh th  Ti: Al2O3 để ược b m b i xung l i ra c a m t laserơ ở ố ủ ộ  ion Ar+ trong ch  đ  liên t c qua M2, gế ộ ụ ương lưỡng chi t M2 là trong su t   bế ố ở ướ  csóng 0,5 μm và ph n x  v i bả ạ ớ ước sóng c a laser Ti:sapphire kho ng 0,8 μm. Các bủ ả ộ 

l c lọ ưỡng chi t (BRF) xác đ nh các bế ị ước sóng trung tâm c a s  dao đ ng. Hai lăngủ ự ộ  kính P1 và P2 bù đ p cho s  tán s c v n t c nhóm bên trong bu ng. Quá trình đ ngắ ự ắ ậ ố ồ ồ  

b  mode phát sinh t  môi trộ ừ ường khu ch đ i và k t h p v i m t khe l c đi u ch nhế ạ ế ợ ớ ộ ọ ề ỉ  

đường kính. 

      Nh ng c c đ i cữ ự ạ ường đ  m nh có c u trúc ngang bây gi  đã độ ạ ấ ờ ượ ực t  thu 

h p kích thẹ ước và thường ít b  hao phí trong bu ng laser h n các c c đ i y u. Rõị ồ ơ ự ạ ế  ràng, hi n tệ ượng t  h i t  phân bi t theo cự ộ ụ ệ ường đ  và liên k t v i các hao phí tộ ế ớ ự nhiên c a bu ng đã đóng m t vai trò tủ ồ ộ ương t  nh  c a các ch t h p th  bão hòaự ư ủ ấ ấ ụ  trong phương pháp đ ng b  mode b  đ ngồ ộ ị ộ

        M t khe h p có th  độ ẹ ể ược đ t bên trong bu ng đ  nâng cao hi u qu  quáặ ồ ể ệ ả  trình t  đ ng b  mode b i vì nó ch n l c và làm tăng s  khác nhau gi a các chùmự ồ ộ ở ọ ọ ự ữ  tia cường đ  c c đ i m nh và nh ng tia cộ ự ạ ạ ữ ường đ  y u. Các v  trí chính xác, độ ế ị ườ  ngkính, và hình d ng c a khe ph i đạ ủ ả ược tính toán đ  nó cho phép đi qua h u h t năngể ầ ế  

lượng c a các c c đ i củ ự ạ ường đ  m nh, trong khi nó ch n ph n l n các tia cộ ạ ắ ầ ớ ườ  ng

đ  y u.  ộ ế

       Các d  li u th c nghi m c a hình 1.9 cho th y s  m  r ng c a quang ph  vàữ ệ ự ệ ủ ấ ự ở ộ ủ ổ  

bi n đ i nó thành m t ph  tế ổ ộ ổ ương  ng v i m t ch  đ  đ ng b  mode phù h p,ứ ớ ộ ế ộ ồ ộ ợ  chi u r ng khe c  0.47mm. C n l u ý r ng các môi trề ộ ỡ ầ ư ằ ường khu ch đ i ph i tế ạ ả ươ  ng

đ i dày đ  có hi u  ng th u kính m nh (hi u  ng t  h i t ). Đi u này gi i thíchố ể ệ ứ ấ ạ ệ ứ ự ộ ụ ề ả  

t i sao hi u  ng th u kính r t quan tr ng trong laser Ti: sapphire, và không đáng kạ ệ ứ ấ ấ ọ ể trong các laser màu

Hình_1.10: Ph  phân b  c a laser l i ra v i đ  r ng khác nhau c a các  khe đ t ổ ố ủ ố ớ ộ ộ ủ ặ   trong bu ng, giúp đi u ch nh đ ng b  mode thông qua hi u  ng Kerr.  ồ ề ỉ ồ ộ ệ ứ

        Quá trình t  đi u bi n pha làm m  r ng ph m vi ph  c a sóng laser và do đóự ề ế ở ộ ạ ổ ủ  rút ng n đ  r ng c a nó. Gi ng nh  trong trắ ộ ộ ủ ố ư ường h p ch  đ  đ ng b  mode bợ ế ộ ồ ộ ị 

đ ng, s  cân b ng đã đ t độ ự ằ ạ ược gi a quá trình thu h p xung và s  tán s c v n t cữ ẹ ự ắ ậ ố  nhóm_mà có xu hướng kéo dài xung. Vi c bù tr  gi a t  đi u bi n pha và tán s cệ ừ ữ ự ề ế ắ  

v n t c nhóm t o nên m t xung đi l i nhi u l n trong bu ng mà v n gi  nguyênậ ố ạ ộ ạ ề ầ ồ ẫ ữ  hình d ng c a nó. Xung này đạ ủ ược g i là xung soliton. ọ

       Quá trình t  đ ng b  mode đã thu đự ồ ộ ược k t qu  r t t t v  đ  r ng c a xungế ả ấ ố ề ộ ộ ủ  cũng nh  cho s   n đ nh c a nó. Các h  th ng này khá d  dàng đ  làm vi c, v i đư ự ổ ị ủ ệ ố ễ ể ệ ớ ộ tin c y r t cao và s   n đ nh r t t t c a xung, h  th ng đ ng b  mode đã tr  nênậ ấ ự ổ ị ấ ố ủ ệ ố ồ ộ ở  

r t ph   bi n hi n nay. Nh ng c i ti n sau đó c a ch  đ  đ ng b  mode này th mấ ổ ế ệ ữ ả ế ủ ế ộ ồ ộ ậ  chí đã có th  rút ng n đ  r ng xung trong ph m vi dể ắ ộ ộ ạ ưới 10 fs. Nh ng c i ti n sauữ ả ế  

đó thu được b ng cách s  d ng bu ng gằ ử ụ ồ ương chirped  ho c SESAMs (gặ ương bán 

b i các lăng kính là y u t  h n ch  chính. Gở ế ố ạ ế ương Chirped có th  giúp kh c ph cể ắ ụ  

được nh ng h n ch  này. Gữ ạ ế ương nh  v y bao g m các l p khác nhau v i đ  trongư ậ ồ ớ ớ ộ  

su t cao và chi t su t th p. Đi u ch nh đ  dày c a các l p tố ế ấ ấ ề ỉ ộ ủ ớ ương  ng tr  pha  B/4ứ ễ λ  làm tăng cường đ  giao thoa c a các sóng khác nhau ph n x  t i  B (bộ ủ ả ạ ạ λ ước sóng Bragg). 

N u đ  dày c a các l p đế ộ ủ ớ ược làm khác nhau d c theo c u trúc gọ ấ ương, nó sẽ 

có th  ph n x  các sóng v i các bể ả ạ ớ ước sóng  B  khác nhau đ  thích  ng v i đ  r ngλ ể ứ ớ ộ ộ  

ph  c a bu ng laser. Sau đó, các sóng v i  B khác nhau s  có đổ ủ ồ ớ λ ẽ ường truy n khácề  nhau bên trong gương trước khi nó được ph n x  Các sóng khác nhau ít nhi u s  bả ạ ề ẽ ị 

ch m l i sau khi ph n x  trên gậ ạ ả ạ ương, và đi u đó ph  thu c vào đ  dày c a các l pề ụ ộ ộ ủ ớ  khác nhau. Trong đó, m t lo i gộ ạ ương chirped có th  để ược thi t k  riêng, và có thế ế ể 

đi u ch nh các l p dày, đ  bù tr  chính xác hi u  ng tán s c b c cao và có đề ỉ ớ ể ừ ệ ứ ắ ậ ược các xung ng n h n gi i h n lý thuy t (3 fs) c a v t li u Ti:Sa. ắ ơ ớ ạ ế ủ ậ ệ

b) G ươ ng SESAMs: Làm các xung tr  nên ng n h n. M t SESAM có thở ắ ơ ộ ể giúp cho quá trình t  b t đ u đ ng b  mode c a laser Ti / Sa khi đ  r ng xung t iự ắ ầ ồ ộ ủ ộ ộ ớ  

h n đòi h i dạ ỏ ưới 10 fs. B n thông s  có đ  đố ố ể ược đ a vào thi t k  phù h p trongư ế ế ợ  các SESAMs: đi u bi n đ  dày c a các ch t h p th  bão hòa, đ  r ng ph  thuề ế ộ ủ ấ ấ ụ ộ ộ ổ  

được, năng lượng bão hòa, và th i gian h i ph c không đ i. ờ ồ ụ ổ

1.3: Laser màu xung c c ng nự ắ

1.3.1: Khái quát v  laser màu ề

Trong s  các lo i laser đi n hình có m t t i các phòng thí nghi m trên toànố ạ ể ặ ạ ệ  

th  gi i thì chúng ta cũng ph i k  đ n laser màu. V i nh ng  u đi m n i tr i vế ớ ả ể ế ớ ữ ư ể ổ ộ ề 

vùng phát sóng r ng trong mi n t  ngo i­kh  ki n nên laser màu luôn độ ề ử ạ ả ế ược coi là 

m t laser có nhi u  ng d ng cũng nh  c n m t công ngh  l p đ t, v n hành ph cộ ề ứ ụ ư ầ ộ ệ ắ ặ ậ ứ  

t p h n so v i các laser r n thông thạ ơ ớ ắ ường. Laser màu là laser s  d ng các h p ch tử ụ ợ ấ  màu h u c  dùng làm ho t ch t. C u trúc hóa h c c a ch t màu đữ ơ ạ ấ ấ ọ ủ ấ ược đ c tr ngặ ư  

b i các vòng Benzen (), Piridin (),… M t s  ch t màu đi n hình nh t thở ộ ố ấ ể ấ ường đượ  c

s  d ng đ  làm ho t ch t cho laser màu là Rhodamine B (RhB), Rhodamine 6G vàử ụ ể ạ ấ  Cumarin. C u trúc c a các phân t  ch t màu có ch a các liên k t đôi và liên k t đ nấ ủ ử ấ ứ ế ế ơ  xen k  nhau và các nguyên t  trong phân t  n m trong cùng m t m t ph ng. V iẽ ử ử ằ ộ ặ ẳ ớ  laser   màu   CPM   hi n   nay   thì   ch t   màu   đệ ấ ược   s   d ng   thử ụ ường   xuyên   nh t   làấ  Rhodamine 6G (Rh6G), h p th  và b c x  trong vùng kh  ki n. D i ph  b c xấ ụ ứ ạ ả ế ả ổ ứ ạ 

c a Rh6G trong kho ng t  550­600nm. Th i gian s ng c a các phân t  ch t màu ủ ả ừ ờ ố ủ ử ấ ở 

tr ng thái kích thích là r t nh , ch  vào kho ng s, và đi u đó cũng gây khó khănạ ấ ỏ ỉ ả ề  trong vi c t o đệ ạ ược ngh ch đ o đ  tích lũy cho laser màu. [18]ị ả ộ

S  hu nh quang c a ph n l n các ch t màu không ph  thu c vào đ  dài c aự ỳ ủ ầ ớ ấ ụ ộ ộ ủ  

b c x  kích thích. Khi kích thích Rhodamine B b ng các b c sóng  =5890 ho c b cứ ạ ằ ứ λ ặ ứ  

x  t  ngo i  =2537 thì ph  hu nh quang c a RhB không thay đ i, tuy nhiên v i ánhạ ử ạ λ ổ ỳ ủ ổ ớ  sáng kích thích vùng t  ngo i thì nh ng phân t  đử ạ ữ ử ược kích thích lên nh ng tr ngữ ạ  thái đ n cao h n. Sau đó các phân t  s  nhanh chóng tr  v  tr ng thái đ n kích thíchơ ơ ử ẽ ở ề ạ ơ  

th p h n và t  đó b t đ u quá trình phát quang không thay đ i. Đ  đ t đấ ơ ừ ắ ầ ổ ể ạ ược hi uệ  

su t cao, ch t màu laser ph i có ph  h p th  phù h p t t v i ph  b c x  c aấ ấ ả ổ ấ ụ ợ ố ớ ổ ứ ạ ủ  ngu n b m. Đ n nay đã có đ n hàng trăm ch t màu khác nhau đồ ơ ế ế ấ ược s  d ng làmử ụ  

ho t ch t cho laser màu. Do đó b ng cách ch n ch t màu thích h p ta có th  có b cạ ấ ằ ọ ấ ợ ể ứ  

x  laser trong m t mi n ph  t  300­1300nm.  [18]ạ ộ ề ổ ừ

1.3.2: M t s  tính ch t c a laser màu ộ ố ấ ủ

Các phân t  ch t màu laser có c u t o hóa h c r t ph c t p g m nhi uử ấ ấ ạ ọ ấ ứ ạ ồ ề  nguyên t  và các liên k t đôi, liên k t ba, vòng th m… Do đó s  có m t lử ế ế ơ ẽ ộ ượng l nớ  các tr ng thái đi n t  dao đ ng quay. Ph  phát quang c a ch t màu thạ ệ ử ộ ổ ủ ấ ường chỉ 

được th  hi n trong tr ng thái dung d ch l ng. Các dung môi thể ệ ạ ị ỏ ường đượ ử ụ  c s  d ng

nh  là nư ước c t, ethanol, methanol, benzene, toluene,….Qua đó cũng t o nên nh ngấ ạ ữ  tính ch t đ c bi t trong ph  b c x  c a laser màu. M t trong nh ng tính ch t quangấ ặ ệ ổ ứ ạ ủ ộ ữ ấ  

tr ng c a laser màu là có vùng b c x  r t r ng, do đó b ng các y u t  l c l a đọ ủ ứ ạ ấ ộ ằ ế ố ọ ự ượ  c

đ t trong bu ng c ng hặ ồ ộ ưởng người ta có th  đi u ch nh để ề ỉ ược nh ng t n s  hayữ ầ ố  

có spin t ng c ng b ng 0 và đổ ộ ằ ược g i là tr ng thái đ n:  . Ngọ ạ ơ ượ ạ ếc l i n u tr ng tháiạ  

đi n t  m i có spin b ng 1 thì đệ ử ớ ằ ược g i là tr ng thái b i ba: . Trên hình 1.11 thì cácọ ạ ộ  mũi tên th ng mô t  các d ch chuy n quang h c, còn các mũi tên u n lẳ ả ị ể ọ ố ượn mô tả 

các d ch chuy n không quang h c. Tr ng thái  là tr ng thái c  b n, tr ng thái  làị ể ọ ạ ạ ơ ả ạ  

m c laser trên (m c siêu b n). [18].ứ ứ ề

Nh  b m quang h c, phân t  đờ ơ ọ ử ược kích thích t  tr ng thái c  b n ừ ạ ơ ả

 lên các 

tr ng thái . Sau đó các phân t  s  d ch chuy n xu ng các tr ng thái kích thích th pạ ử ẽ ị ể ố ạ ấ  

h n và t o nên ngh ch đ o đ  tích lũy trong môi trơ ạ ị ả ộ ường ho t ch t laser. Tuy nhiênạ ấ  

có r t nhi u quá trình  nh hấ ề ả ưởng đ n s  t o thành ngh ch đ o đ  tích lũy c a laser.ế ự ạ ị ả ộ ủ  

Đó là các d ch chuy n không b c x  gi a các tr ng thái b i ba và gi a các tr ng tháiị ể ứ ạ ữ ạ ộ ữ ạ  

đ n và tr ng thái b i ba. Ngu n b m cho laser màu thơ ạ ộ ồ ơ ường là các đèn xung ho c cácặ  laser   xung:   nh   laser   Ruby   ( =694nm   và   hòa   ba   b c   hai   v i   =347nm);   laserư λ ậ ớ λ  Neodym; laser Nito…  Công su t c a các laser b m này t  vài kW đ  hàng tr cấ ủ ơ ừ ế ụ  

MW. Dùng các s  đ  b m ngang, b m d c và b m nghiêng đ  th c hi n b mơ ồ ơ ơ ọ ơ ể ự ệ ơ  quang h c cho laser màu. Hi u su t b m laser màu b ng laser xung là r t cao, t  vàiọ ệ ấ ơ ằ ấ ừ  

tr c % đ n 75% đ i v i ch t màu Rhodamine 6G b m b ng hòa ba b c hai c aụ ế ố ớ ấ ơ ằ ậ ủ  laser Neodym (530nm). Đ  đi u ch nh tinh và đ t để ề ỉ ạ ược đ  r ng v ch nh  thì c nộ ộ ạ ỏ ầ  dùng bu ng c ng hồ ộ ưởng l c l a bọ ự ước sóng. Nghĩa là đ a vào trong bu ng c ngư ồ ộ  

hưởng nh ng y u t  l c l a thích h p b ng cách dùng giao thoa k  Fabry­Perot hayữ ế ố ọ ự ợ ằ ế  cách t  nhi u x , lăng kính tán s c… đ  thay th  m t trong nh ng gử ễ ạ ắ ể ế ộ ữ ương c aủ  

bu ng c ng hồ ộ ưởng. M t trong nh ng tính ch t quan tr ng nh t c a laser màu là khộ ữ ấ ọ ấ ủ ả năng đi u ch nh t n s  phát trong gi i h n hàng trăm . Khi l a ch n m t cách h pề ỉ ầ ố ớ ạ ự ọ ộ ợ  

lý ch t màu, dung môi hòa tan hay đ  ph m ch t Q c a bu ng c ng hấ ộ ẩ ấ ủ ồ ộ ưởng thì sẽ 

đi u ch nh thu đề ỉ ược các bước sóng thích h p c a laser màu. Nợ ủ ước là m t dung môiộ  

t t có th  đố ể ược s  d ng vì chi t su t c a nử ụ ế ấ ủ ước không ph  thu c vào nhi u vàoụ ộ ề  nhi t đ  (ph  thu c ít h n so v i ethanol và methanol). Tuy nhiên m t s  ch t màuệ ộ ụ ộ ơ ớ ộ ố ấ  

l i khó hòa tan trong nạ ước, do đó c n ph i kh c ph c b ng cách thêm các ch t phầ ả ắ ụ ằ ấ ụ gia làm tan và t i  u hóa ph  phát quang cũng nh  đ   n đ nh c a ch t màu laser.ố ư ổ ư ộ ổ ị ủ ấ  [20]

1.3.3: M t s  s  đ  khóa mode t o xung c c ng n cho laser màu ộ ố ơ ồ ạ ự ắ

Đ  t o ra xung c c ng n cho laser màu ngể ạ ự ắ ười ta có th  áp d ng các phể ụ ươ  ngpháp đ ng b  mode ch  đ ng ho c b  đ ng. Do d i ph  phát quang c a ch t màuồ ộ ủ ộ ặ ị ộ ả ổ ủ ấ  laser là r t r ng. Các mode v i t n s  khác nhau thì qua quá trình đi l i trong bu ngấ ộ ớ ầ ố ạ ồ  

c ng hộ ưởng laser có th  d n t i s  ph  thu c v  pha c a các thành ph n t n sể ẫ ớ ự ụ ộ ề ủ ầ ầ ố khác nhau đó, t o nên s  bi n đ i biên đ  c a xung laser t ng h p (do s  ch ngạ ự ế ổ ộ ủ ổ ợ ự ồ  

ch p c a các mode). Các thăng giáng ng u nhiên gây ra s  bi n thiên c a đ u raậ ủ ẫ ự ế ủ ầ  theo th i gian, ngay c  khi công su t trung bình v n không đ i. N u b ng m t cáchờ ả ấ ẫ ổ ế ằ ộ  nào đó các mode duy trì được đ  l ch pha là không thay đ i và thì đ u ra c a xungộ ệ ổ ầ ủ  laser có th  đ t để ạ ược đ  r ng v ch r t h p, và v i m t chu k  các xung  n đ nhộ ộ ạ ấ ẹ ớ ộ ỳ ổ ị  

h n. Xung có m t b  r ng  là t  l  ngh ch v i t ng đ  r ng c a d i mode­lookingơ ộ ề ộ ỷ ệ ị ớ ổ ộ ộ ủ ả  

và tu n hoàn v i chu k  T=2L/c. Các laser màu có đ  r ng d i phát l n h n r tầ ớ ỳ ộ ộ ả ớ ơ ấ  nhi u so v i laser khí và laser r n thông thề ớ ắ ường. Do đó gi i h n v  đ  r ng xungớ ạ ề ộ ộ  

c a laser màu là r t nh  (ch  vài dao đ ng sáng). Đi u đó đã đủ ấ ỏ ỉ ộ ề ược th  hi n trongể ệ  

th c t  các laser màu luôn t o nên nh ng k  l c m i trong vi c ch  t o laser xungự ế ạ ữ ỷ ụ ớ ệ ế ạ  

c c ng n b ng phự ắ ằ ương pháp khóa mode. Ngày nay thì b ng vi c phát các xungằ ệ  trong vùng GHz, ho c b ng phát hòa ba b c cao c a các laser thì th i gian m t daoặ ằ ậ ủ ờ ộ  

đ ng sáng đã tr  nên r t nh , qua đó các xung c c ng n s  có th  d  dàng độ ở ấ ỏ ự ắ ẽ ể ễ ượ ạ  c t o

ra v i ch  m t vài femto giây, th m chí là atto giây ớ ỉ ộ ậ

mà các xung ps nh n đậ ượ ừc t  các laser màu có ph  liên t c t  560­700nm. [20]ổ ụ ừ

Phương pháp mà t o đạ ược đ  r ng d i h p nh t trong vi c mode lookingộ ộ ả ẹ ấ ệ  

t o xung c c ng n là vi c s  d ng ch t h p th  bão hòa trên trong bu ng c ngạ ự ắ ệ ử ụ ấ ấ ụ ồ ộ  

hưởng laser. Ch t h p th  bão hòa đấ ấ ụ ược s  d ng đ  t o ra xung c c ng n đử ụ ể ạ ự ắ ượ  c

nghiên c u và phát tri n m nh m  trong các laser màu h u c  trong dung d ch ch tứ ể ạ ẽ ữ ơ ị ấ  

l ng. Các h  laser đỏ ệ ược b m v i đèn flash ho c các xung laser khác v i cơ ớ ặ ớ ường độ 

tương đ i cao và có th  s  d ng tính đa d ng c a các ch t màu… ố ể ử ụ ạ ủ ấ

Nh  đã trình bày trư ước đó, đ  r ng xung trong ch  đ  khóa mode t i  u là tộ ộ ế ộ ố ư ỉ 

l  ngh ch v i đ  r ng ph  c a phân ph i biên đ  Vì v y, m i y u t  c a khoangệ ị ớ ộ ộ ổ ủ ố ộ ậ ỗ ế ố ủ  

mà có xu hướng h n ch  chi u r ng c a d i dao đ ng s  có xu hạ ế ề ộ ủ ả ộ ẽ ướng kéo dài th iờ  gian xung. Các y u t  đó có th  là m t ph n t  quang h c bên ngoài nh  m t lăngế ố ể ộ ầ ử ọ ư ộ  kính, m t cách t  ho c m t b  l c Lyot. Chính các môi trộ ử ặ ộ ộ ọ ường khu ch đ i  cũng cóế ạ  

th  gây ra m t ph n kéo dài xung sáng.ể ộ ầ

     Hi u  ng m  r ng này có th  đệ ứ ở ộ ể ược gi i thích v  m t t n s  Khi t i cácả ề ặ ầ ố ớ  

ph n t  b  l c, xung này có m t phân b  ph  v i biên đ  nh t đ nh. T n s  nàyầ ử ộ ọ ộ ố ổ ớ ộ ấ ị ầ ố  hoàn toàn b  ph  thu c vào b  l c truy n qua, ph  phân ph i b   thay đ i do có sị ụ ộ ộ ọ ề ổ ố ị ổ ự 

gi m biên đ  c a các t n s  sả ộ ủ ầ ố ườn. S  thu h p c a ph  đã lý gi i hi n tự ẹ ủ ổ ả ệ ượng kéo dài đ  r ng c a xung khi nó đi qua các ph n t  l c. Tộ ộ ủ ầ ử ọ ương t  nh  v y, m i y u tự ư ậ ỗ ế ố tán s c c a các bu ng cũng s   nh hắ ủ ồ ẽ ả ưởng đ n đ  r ng xung,b i các thành ph n t nế ộ ộ ở ầ ầ  

s  khác nhau c a ph  phân ph i s  có th i gian tr  khác nhau. Xung đ t đ n tr ngố ủ ổ ố ẽ ờ ễ ạ ế ạ  thái  n đ nh khi các hi u  ng thu h p do các tính ch t bão hòa c a ch t h p th  vàổ ị ệ ứ ẹ ấ ủ ấ ấ ụ  

c a môi trủ ường khu ch đ i có th  bù đ p cho các hi u  ng m  r ng c a các y u tế ạ ể ắ ệ ứ ở ộ ủ ế ố khác nhau trong bu ng laser. Trong th c t  quá trình truy n c a xung qua các ph nồ ự ế ề ủ ầ  

t  khác nhau c a bu ng là r t ph c t p, đ c bi t n u các phử ủ ồ ấ ứ ạ ặ ệ ế ương ti n khu ch đ iệ ế ạ  

và h p th  là nh ng ph n t  phi tuy n. Đ  gi i quy t v n đ  trên, trong th c tấ ụ ữ ầ ử ế ể ả ế ấ ề ự ế 

người ta có th  đ a vào bên trong bu ng các b  đi u bi n chi t su t theo cể ư ồ ộ ề ế ế ấ ường độ tín hi u. ệ

Hình_1.12:  nh h Ả ưở ng c a b  l c ph  đ i v i phân b  ph  và đ  r ng c a ủ ộ ọ ổ ố ớ ố ổ ộ ộ ủ

gương c u tiêu c  ng n. Nh  v y b ng cách đi qua ch t h p th  và môi trầ ự ắ ư ậ ằ ấ ấ ụ ườ  ngkhu ch đ i m i 2L / c giây thì t o ra xung bi n đi u mode d c v i t n s  c/2L. B iế ạ ỗ ạ ế ệ ọ ớ ầ ố ở  

v y phát sinh các kho ng t n s  mode t ng h p, l n lậ ả ầ ố ồ ợ ầ ượ ạt t o ra đ ng b  mode v iồ ộ ớ  các pha, và các ph  t n s  có xu hổ ầ ố ướng m  r ng trong khi xung đở ộ ược thu h p. ẹ

Hình_1.14: Mô t  thi t k  bu ng c ng h ả ế ế ồ ộ ưở ng c a m t laser màu khóa mode ủ ộ  

h n h p. [20] ỗ ợ

Hình trên cho th y m t ví d  v  laser đã khóa mode s  d ng phấ ộ ụ ề ử ụ ương pháp 

đ ng b  mode h n h p. Trong trồ ộ ỗ ợ ường h p này, chi u dài bu ng c ng hợ ề ồ ộ ưởng c aủ  laser Ar+ đã được đi u ch nh thích h p. Có th  th y r ng vi c b m bên trong cácề ỉ ợ ể ấ ằ ệ ơ  môi trường khu ch đ i không c ng tuy n đế ạ ộ ế ượ ử ục s  d ng v i sóng laser c a bu ng.ớ ủ ồ  Đây là lo i b m mà tránh đạ ơ ược s  b t ti n c a vi c có m t lăng kính bên trongự ấ ệ ủ ệ ộ  

bu ng, cũng thồ ường đượ ử ục s  d ng trong phương pháp khóa mode b  đ ng, thay choị ộ  

phương pháp b m ch  đ ng. Trong hình (1.13) và (1.14), y u t  tán s c (m t Lyotơ ủ ộ ế ố ắ ộ  

l c ch ng h n) s  gi i h n bọ ẳ ạ ẽ ớ ạ ước sóng trung bình c a xung. Các bu ng cũng thủ ồ ườ  ng

ch a ph n t  đ  bù tr  cho các hi u  ng tán s c v n t c nhóm c a xung, các hi uứ ầ ử ể ừ ệ ứ ắ ậ ố ủ ệ  

ng tán s c s  làm m  r ng xung. 

Hình_1.15: Thi t k  bu ng c a laser có ch  đ  khóa mode lai, v i lăng kính bù ế ế ồ ủ ế ộ ớ  

tr  tán s c v n t c nhóm (GVD). [20] ừ ắ ậ ố

Hình_1.16: Minh h a nh ng tác đ ng c a GVD bù tr  đ i v i đ  r ng xung ọ ữ ộ ủ ừ ố ớ ộ ộ  

c a m t laser đã khóa mode h n h p.[20] ủ ộ ỗ ợ

Hình trên cho th y m t lo t các lăng kính đ c s  d ng trong m t c  c uấ ộ ạ ượ ử ụ ộ ơ ấ  

b m h n h p. Ta có th  th y r ng đó là m t h  th ng bù tr  tán s c v n t c nhóm,ơ ỗ ợ ể ấ ằ ộ ệ ố ừ ắ ậ ố  

đó là c n thi t đ  có xung dầ ế ể ưới pico giây v i m t phớ ộ ương pháp b m h n h p. Vi cơ ỗ ợ ệ  

k t h p v i  phế ợ ớ ương pháp nén xung v i laser màu đớ ược đ ng b  mode trong bu ngồ ộ ồ  

c ng hộ ưởng d ng vòng s  thu đạ ẽ ược các xung c c ng n c  vài fs. Nh ng xung c cự ắ ỡ ữ ự  

ng n này có  ng d ng quan tr ng trong quang ph  h c laser phân gi i th i gian vàắ ứ ụ ọ ổ ọ ả ờ  trong k  thu t thông tin c c nhanh.ỹ ậ ự

CHƯƠNG 2: LASER MÀU T O XUNG C C NG N B NG PHẠ Ự Ắ Ằ ƯƠNG PHÁP 

B  Đ NGỊ Ộ

 2.1: Laser màu CPM

2.1.1: Gi i thi u laser màu CPM  ớ ệ

Trong chương trước tôi đã gi i thi u các phớ ệ ương pháp khóa mode t o xungạ  

c c ng n cho laser nói chung và laser màu nói riêng. Đ ng th i chúng ta cũng đãự ắ ồ ờ  

th y đấ ược các s  đ  th c nghi m trong vi c khóa mode b  đ ng cho laser màu. Doơ ồ ự ệ ệ ị ộ  

đó đ n chế ương này tôi xin gi i thi u v  m t lo i laser màu mà có c u trúc bu ngớ ệ ề ộ ạ ấ ồ  

c ng hộ ưởng khác; đó là laser màu bu ng c ng hồ ộ ưởng vòng khóa mode b ng vaằ  

ch m xung, hay còn g i là laser màu CPM. ạ ọ

B n ch t c a laser màu CPM chính là bu ng c ng hả ấ ủ ồ ộ ưởng c a laser có d ngủ ạ  vòng, trong đó luôn t n t i hai xung có th  lan truy n ngồ ạ ể ề ược chi u nhau ho c cùngề ặ  chi u đi vào trong ch t h p th  bão hòa. Ch t h p th  bão hòa đề ấ ấ ụ ấ ấ ụ ược ch n ph i cóọ ả  

m t đ  sao cho nó ch  bão hòa khi hai xung có m t đ ng th i. [19]ậ ộ ỉ ặ ồ ờ

Môi trường khu ch đ i là dòng phun dung d ch ch a ch t màu Rhodamine 6Gế ạ ị ứ ấ  (Rh6G) được hòa tan trong dung d ch ethylene glycol có n ng đ  thích h p. Ch tị ồ ộ ợ ấ  

h p th  là dung d ch DODCI đấ ụ ị ược hòa tan trong ethylene glycol. Ch t h p th  bãoấ ấ ụ  hòa và môi trường ho t ch t đạ ấ ược phun v i t c đ  r t cao trong bu ng c ng hớ ố ộ ấ ồ ộ ưở  nglaser t o thành m t dòng phun ch t màu (dye jet). Đ ng th i ch t màu luôn đạ ộ ấ ồ ờ ấ ượ  cluân chuy n qua các h  th ng l c và làm l nh… Laser b m là laser ion Argon liênể ệ ố ọ ạ ơ  

t c có công su t trong kho ng 3­7W, v i bụ ấ ả ớ ước sóng 5145(514.5 nm). Laser màu dùng 

bu ng c ng hồ ộ ưởng vòng khóa mode b  đ ng b ng va ch m xung có nhi u  u đi mị ộ ằ ạ ề ư ể  

h n so v i vi c dùng bu ng c ng hơ ớ ệ ồ ộ ưởng tuy n tính thông thế ường. Tuy nhiên vi cệ  

đi u ch nh bu ng c ng hề ỉ ồ ộ ưởng vòng cũng đòi h i nh ng k  thu t cao và tinh ch nh.ỏ ữ ỹ ậ ỉ  [19]

Kho ng cách gi a ch t h p th  bão hòa và môi trả ữ ấ ấ ụ ường khu ch đ i đế ạ ượ  c

ch n b ng m t ph n t  chi u dài bu ng c ng họ ằ ộ ầ ư ề ồ ộ ưởng () đ  thu n ti n cho vi c tínhể ậ ệ ệ