Khảo sát tính kết hợp không gian của laser bán dẫn làm việc ở bước sóng 650 nm

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : LÝ TRỌNG BÌNH Phái: Nam Ngày, tháng, năm sinh : 12-06-1951 Nơi sinh : Bình Định Chuyên ngành : KỸ THUẬT LASER MSHV: I.TÊN ĐỀ TÀI KHẢO SÁT T

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH , tháng 01 năm 2007

Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS TRẦN MINH THÁI

Cán bộ chấm nhận xét 1 :

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày tháng năm 2006

Có thể tham khảo luận văn này tại Thư viện Trường Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên : LÝ TRỌNG BÌNH Phái: Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 12-06-1951

Nơi sinh : Bình Định

Chuyên ngành : KỸ THUẬT LASER MSHV:

I.TÊN ĐỀ TÀI

KHẢO SÁT TÍNH KẾT HỢP KHÔNG GIAN CỦA LASER

BÁN DẪN LÀM VIỆC Ở BƯỚC SÓNG 650nm

II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG

Mục tiêu của đề tài :

Tuy đề tài có tên gọi : “KHẢO SÁT TÍNH KẾT HỢP KHÔNG GIAN CỦA LASER BÁN DẪN LÀM VIỆC Ở BƯỚC SÓNG 650nm”

Song mục tiêu chính của nó là : Xác định bằng thực nghiệm bậc kết hợp không gian của hai loại laser :

+ Laser bán dẫn loại phun làm việc ở bước sóng 650nm;

+ Laser khí He-Ne làm việc ở bước sóng 632,8nm

Nội dung chính của chương trình nghiên cứu của đề tài :

Đề đạt được mục tiêu nêu trên của đề bài, nội dung chính chương trình nghiên cứu của chúng tôi gồm :

bước sóng 650nm ở hai trường hợp :

- Sự phụ thuộc của bậc kết hợp không gian vào khoảng cách giữa hai khe

- Sự phụ thuộc của bậc kết hợp không gian vào dòng kính của laser

+ Khảo sát bậc kết hợp của laser khí He-ne làm việc ở bước sóng 632.8nm

+ Nhận xét và kết luận

III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU

V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Cán bộ hướng dẫn : PGS.TS TRẦN MINH THÁI

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

PGS.TS TRẦN MINH THÁI

BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

Nội dung và đề cương Luận văn Thạc sĩ đã được Hội đồng Chuyên ngành thông qua

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

Ngày tháng năm 2007 KHOA QUẢN LÝ NGÀNH

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu kết quả nêu trong luận văn là trung thực, chính xác và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác

Tác giả luận văn

Lý Trọng Bình

Để hoàn thành khóa cao học và thực hiện luận văn tốt nghiệp này, tôi đã nhận được sự giúp đỡ hướng dẫn về chuyên môn cũng như sự hỗ trợ về mọi mặt của nhiều giáo sư, đồng nghiệp và gia đình Tự đáy lòng mình tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với:

PGS.TS Trần Minh Thái, TS Huỳnh Quang Linh đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và cố vấn về chuyên môn cũng như hoàn thiện nội dung, hình thức của luận văn này

Xin cảm ơn cha mẹ đã có công ơn sinh thành, nuôi dưỡng và dìu dắt con từng bước trên con đường đi đến thành công

Cám ơn vợ và các con đã động viên tinh thần, tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập

Tập thể cán bộ Bộ môn Vật lý Kỹ thuật – Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi trong thời gian qua

Tập thể anh chị học viên Cao học Kỹ thuật Laser khóa 14, đã cùng chia sẻ những khó khăn và giúp đỡ nhiệt tình trong thời gian qua

LÝ TRỌNG BÌNH

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

PHẦN THỨ NHẤT

MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ

TÀI 1

CHƯƠNG 1 : NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ LASER 2

1.1 Lời nói đầu 2

1.2 Cấu tạo của một Laser 4

1.2.1 Môi trừơng hoạt chất 5

1.2.2 Buồng cộng hưởng 6

1.2.3 Bộ phận kích thích hay bơm 6

1.3 Các tính chất của chùm tia Laser 7

1.3.1 Cường độ tia laser lớn gấp bội lần cường độ tia sáng nhiệt 7

1.3.2 Độ định phương của laser là cao 8

1.3.3 Độ đơn sắc (Monochromaticity) 9

1.3.4 Tính chất không gian của tia laser (Spatial properties of lsser) 10

1.3.4.1 Sự ổn định của các mode ngang (transeversal modes) 10

1.3.4.2 Tính chuẩn trực của chùm tia (collimation of laser beam) 11

1.3.4.3 Sự hội tụ của chùm tia 12

1.3.5 Tính chất thời gian của tia laser (Temporal properties) 13

1.3.6 Tính kết hợp của laser (Coherence of laser beam) 14

1.3.6.1 Định nghĩa ………14

1.3.6.2 Tính kết hợp thời gian 15

1.3.6.3 Tính kết hợp không gian .16

13.6.4 Độ kết hợp 17

1.4 Một vài loại Laser cụ thể 19

1.4.1 Laser bán dẫn dạng phun công suất thấp 19

1.4.2 Laser khí He-Ne 24

CHƯƠNG 2 : MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG CHƯƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 32

2.1 Bối cảnh ra đời của đề tài 32

2.2 Mục tiêu của đề tài 32

2.3 Nội dung chương trình nghiên cứu của đề tài 33

PHẦN THỨ HAI : KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 34

CHƯƠNG 3 : PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH BẬC KẾT HỢP KHÔNG GIAN CỦA LASER BẰNG THỰC NGHIỆM 35

3.1 Phân tích sâu về sự kết hợp 35

3.2 Giao thoa – dụng cụ giao thoa 41

3.2.1 Định nghĩa 41

3.2.2 Cường độ 41

3.3 Có hai hệ thiết bị giao thoa 43

3.3.1 Ý nghĩa chia mặt sóng .43

3.3.2 Dụng cụ hai khe Young dụng cụ giao thoa chia mặt sóng .44

3.3.3 Ích lợi của dụng cụ : hệ vân giao thoa sáng hơn 44

3.3.4 Điều kiện để có vân giao thoa rõ 47

3.3.5 Một số điều cần biết 47

3.4 Sử dụng phần mềm Matlab 7.0 để đọc cường độ sáng 47

3.4.1 Thực hiện thí nghiệm giao thoa qua hai khe của giao thoa kế young 47

3.4.2 Cài phần mềm Matlab 7.0 vào máy vi tính 50

3.4.3 Chép các file ảnh vào work của matlab 7 50

3.4.4 Líc chuộc vào biểu tựơng của matlab 7 50

CHƯƠNG 4 : BẬC KẾT HỢP KHÔNG GIAN CỦA LASER BÁN DẪN LOẠI PHUN 54

4.1 Khảo sát dòng ngưỡng của laser bán dẫn công suất thấp loại phun 54

4.1.1 Sơ đồ mạch điện để đo dòng ngưỡng 54

4.3 Sự phụ thuộc bậc kết hợp không gian vào dòng kích laser bán dẫn

loại phun 74

4.4 KẾT LUẬN ………82

4.4.1 Về giá trị cực đại……… 82

4.4.2 Về dòng kích ………82

CHƯƠNG 5: KHẢO SÁT SỰ PHỤ THUỘC CỦA γ VÀO D CỦA LASER KHÍ HE – NE 83

5.1 Sự phụ thuộc bậc kết hợp không gian vào khoảng cách giữa hai khe của Laser khí He-Ne 83

5.2 So sánh bậc kết hợp không gian với Laser bán dẫn loại phun 88

CHƯƠNG 6 : KẾT LUẬN 90

6.1 Kết quả thu được 90

6.1.1 Xây dựng hoàn chỉnh phương pháp xác định 90

6.1.2 Bậc kết hợp không gian của Laser bán dẫn loại phun với khoảng

cách ……… 91

6.1.3 Bậc kết hợp không gian của Laser bán dẫn loại phun với dòng kích .91

6.1.4 Bậc kết hợp không gian của Laser khí He-Ne với khoảng cách 91

6.1.5 Ở mọi khoảng cách 91

6.2 Sự đóng góp về mặt khoa học với bản luận văn 91

6.2.1 Phương pháp xác định bậc kết hợp không gian của Laser bằng thực hiện 91

6.2.2 Lần đầu tiên khi còn mang tính chất định tính 92

Tài liệu tham khảo 93

CHƯƠNG 1 NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN VỀ LASER 1.1 LỜI NÓI ĐẦU

So với những tiến bộ đặc biệt của vật lý hạt nhân Vật lý vô tuyến và vật lý bán dẫn cho đến những năm 50 thế kỷ 20, quang học vẫn là một ngành coi là cổ điển nhất của vật lý học Nhưng với phát minh ra laser làm nguồn sáng và khuếch đại ánh sáng vào những năm 60 của thế kỷ 20 thì ngành quang học đã thực sự trải qua một cuộc cách mạng Cùng với laser, đã hình thành trong vật lý

một ngành mới là “Điện tử học lượng tử – Quatum electronics”, nó phát triển

như vũ bão làm cho chúng ta đều cảm thấy rất khó nắm bắt Cũng từ ngành điện tử học lượng tử này, với tốc độ phát triển chóng mặt vì những ứng dụng vô biên

của nó mà gần đây lại hình thành thêm một ngành mới là “Quang tử –

Photonics”

Cơ sở lý thuyết của laser chính là tiên đề của Einstein, phát biểu vào năm

1917 để dẫn ra công thức bức xạ Planck Einstein giả thiết rằng, khi có tương tác giữa ánh sáng với các nguyên tử thì cùng với sự hấp thụ một lượng tử ánh sáng, còn xảy ra hai loại bức xạ khác nhau: đó là bức xạ tự phát và bức xạ cưỡng bức một lượng tử ánh sáng được gây ra bởi một lượng tử ánh sáng khác trong nguyên tử đã được kích thích

Ở đây thể hiện các quá trình tương tác cơ bản giữa bức xạ điện từ với vật chất đối với một nguyên tử giả định chỉ có hai trạng thái năng lượng cho phép Hấp thụ (a) xảy ra khi năng lượng của lượng tử bức xạ hν chính bằng hiệu năng lượng giữa hai trạng thái Sau thời gian tồn tại trung bình τ , hệ đã được kích thích sẽ trở về lại trạng thái cơ bản (b), đồng thời bức xạ tự phát một photon hν Thông qua tương tác của một photon hv với một nguyên tử đã được kích thích, sẽ dẫn tới bức xạ kích thích hay cưỡng bức (c), ở đó sẽ có một photon hν được trao cho trường bức xạ, khi đó nguyên tử trở về lại trạng thái cơ bản

(Tham khảo ở mục 1.2 sách những ỨNG DỤNG MỚI NHẤT CỦA LASER của Ngụy Hữu Tâm – Nhà xuất bản Khoa Học Kỹ Thuật – Hà Nội 2003)

1.2 CẤU TẠO CỦA MỘT LASER

Mọi thiết bị laser nhất thiết phải gồm ba thành phần chính sau

(xem hình1.2)

1 Một môi trường laser (thường còn gọi là môi trường hoạt tính)

2 Một nguồn năng lượng phát xạ rất mạnh, thường gọi là nguồn bơm vì qua đó năng lượng được “bơm” vào mỗi trường laser

3 Thiết bị phản hồi cho phép mồi dao động (gây sự phát xạ) trong môi trường laser

Ba thành phần chính của một laser Môi trường hoạt tính gồm một chất khi nguyên tử hay phân tử, một dung dịch màu hữu cơ một chất rắn Nguồn bơm kích thích môi trường hoạt tính bằng cách cung cấp năng nượng điện

từ hay hóa học để nó phát xạ Các yếu tố phản hồi, ở đây chẳng hạn là các gương phản xạ cao, tạo thành một buồng cộng hưởng mà ở đó có thể xảy

ra sự phát laser

1.2.1 MÔI TRƯỜNG HOẠT CHẤT

(Trích dẫn 1.1.1 hoạt chất từ trang 10 đến trang 11 sách vật lý Laser và ứng dụng của Đinh Văn Hoàng – Trịnh Đình Chiến)

Đây là các môi trường vật chất có khả năng khuếch đại ánh sáng đi qua nó Cho đến nay nhiều chất khí, rắn, lỏng, bán dẫn đã được dùng làm hoạt chất laser Chúng ta có thể tạm phân loại như sau:

– Hoạt chất là chất khí bao gồm:

+ Các khí đơn nguyên tử như: ArI, Xei, NeI,

+ Các ion khí đơn nguyên tử như: ArII, KrII,

– Hoạt chất là chất bán dẫn như GaAs, PbS, PbTe Về cơ bản những hoạt chất này phải là những chất phát quang

– Hoạt chất là chất lỏng bao gồm các chất Chelasete như peperidin Eu

(BA)4 hòa tan trong dung môi rượu ethol + methol và có thêm ít ion nguyên tố hiếm Eu+3, Nd+3,v.v

1.2.2 BUỒNG CỘNG HƯỞNG

Thành phần chủ yếu là hai gương phản xạ Một gương có hệ số phản xạ rất cao cỡ 99,999% còn một gương có hệ số phản xạ thấp hơn để tia laser thoát ra ngoài Một trong các gương có thể được thay bằng lăng kính, cách tử tùy theo yêu cầu Vai trò chính của buồng cộng hưởng là làm cho bức xạ do hoạt chất phát ra có thể đi lại nhiều lần qua hoạt chất để được khuếch đại lên Hai gương phản xạ có thể để xa hoạt chất hay gắn chặt với nó

1.2.3 BỘ PHẬN KÍCH THÍCH HAY BƠM

Đây là bộ phận cung cấp năng lượng để tạo được sự nghịch đảo độ tích lũy trong hai mức năng lượng nào đó của hoạt chất và duy trì sự hoạt động của laser Tùy theo các loại laser khác nhau mà có nhiều phương pháp kích thích khác nhau Nói chung có thể phân loại:

– Kích thích bằng ánh sáng hay gọi là bơm quang học, đây là loại kích thích phổ biến Hoạt chất thu năng lượng bơm qua quá trình hấp thụ

– Kích thích bằng va chạm điện tử: năng lượng điện tử được gia tốc trong điện trường được truyền qua các hệ nguyên tử hoạt chất nhờ quá trình va chạm Sự truyền năng lượng kích thích này sang dạng năng lượng bức xạ của tia laser thường xảy ra phức tạp tùy theo loại laser

Cả ba bộ phận kể trên không thể tách rời và là cơ cấu chính của một máy phát laser Mô hình tổng quát của một máy laser xem hình 1

Hình 1.3

1.3 CÁC TÍNH CHẤT CỦA CHÙM TIA LASER

(Trích dẫn chương IV trang 227 đến trang 238 sách Vật Lý Laser và ứng dụng của Đinh Văn Hoàng – Trịnh Đình Chiến)

Như chúng ta đã thấy, tia laser là loại sóng điện từ nhưng do nguồn laser khác hẳn nguồn sáng nhiệt, điện v.v thông thường nên tia laser có những tính chất đặc biệt khác với bức xạ điện từ thông thường Dưới đây trình bày những đặc trưng chính của tia laser

1.3.1 CƯỜNG ĐỘ TIA LASER LỚN GẤP BỘI LẦN CƯỜNG ĐỘ TIA

SÁNG NHIỆT

Để hiểu đặc điểm này ta hãy so sánh cường độ của bức xạ laser khi công

suất phát bình thường với bức xạ nhiệt

Với laser khí He – Ne phát công suất cỡ 1mW = 10-3W ở chế độ liên tục và với photon nằm trong miền thấy được (0,6328μm) có năng lượng hv = 10-19J thì số photon laser phát trong một giây sẽ là :

16 19

31010

10h

Với một nguồn nhiệt có nhiệt độ cỡ T ~ 10000K, bức xạ từ một diện tích ΔA

= 1cm2 và cùng phát sóng trong vùng thấy được với độ rộng Δυ - 1000Å thì số photon nhiệt tính theo công thức :

12 1

10/

.Δ ≈

Δ

=

−λ

KT e

V A

N N he (1.2)

Ở đây lấy λ ≈ 6000Å

So sánh (1.1) và (1.2) ta thấy số photon laser gấp một vạn lần Nếu so sánh với bức xạ laser công suất lớn như của laser ruby có công suất cỡ 1GW = 109W thì số photon Nφ sẽ là 1028 tức gấp số photon nhiệt hàng tỷ lần

Chính nhờ đặc điểm này mà laser trở thành nguồn sáng quý giá trong nhiều ứng dụng cụ thể

1.3.2 ĐỘ ĐỊNH HƯỚNG CỦA LASER LÀ CAO

Nguồn sáng nhiệt bức xạ theo mọi phương trong không gian Tuy nhiên, nguồn laser do cơ cấu của buồng cộng hưởng quang học đã biết, chỉ phát các dao động ngang và chúng tập trung trong một mặt phẳng phân cực Công suất phát được phân bố đều và phân bố đẳng pha trong toàn bộ khẩu độ của nguồn

Với chùm laser sóng phẳng, bức xạ từ một buồng cộng hưởng với gương có đường kính d (hoặc diện tích A = π

4

d2), sau gương chùm laser sẽ tán xạ, do hiện

tượng nhiễu xạ, dưới một góc nhiễu xạ Δθ =

λd ở đây λ - bước sóng laser, và chùm tia sẽ bức xạ trong một góc khối :

2 2

2

)(

λ

≈λ

=θΔ

khít với nhau

1.3.3 ĐỘ ĐƠN SẮC (MONOCHROMATICITY)

Theo định nghĩa độ đơn sắc của một chùm tia được đặc trưng bằng độ rộng vạch của chùm Khi độ rộng vạch của chùm bằng không thì chùm có độ đơn sắc cao nhất Có nhiều nguyên nhân dẫn đến bức xạ có một độ rộng nhất định (xem

Giáo trình cấu trúc phổ nguyên tử) Trong trường hợp gần đúng với buồng cộng

hưởng quang học, độ rộng vạch có thể xác định bằng công thức

ν

=ν

P

1h4

2

c

0

(1.4)

Ở đây υ0 là tâm tần số phát (xem hình 1.4)

P – công suất phát của bức xạ

τc – thời gian sống của photon trong buồng cộng hưởng (χc =

τ ~ 1MHz ở vùng bước sóng đỏ sẽ có

Δυ ~ 510-3Hz Đây là độ rộng rất bé

Khi sử dụng khái niệm về độ sạch phổ (spectral purity) :

0 0Tν

νΔ

= (1.5)

Ta có :

17 15

3

10.3

10.5

Muốn có sự ổn định tần số (tức độ sạch phổ) trên, buồng cộng hưởng phải rất ổn định, độ dài của nó thay đổi (do nhiệt, nung…) phải rất ít Ta có thể đánh giá yêu cầu này nếu xem rằng :

0d

dν

νΔ

=

Δ (1.6) tức độ thay đổi Δd của độ dài buồng cộng hưởng d thoả mãn hệ thức (1.6) Từ (1.5) và (1.6) suy ra Δd = 10-7

Å

Như vậy cho thấy với các laser, để có sự ổn định tần số, độ đơn sắc cao, buồng cộng hưởng phải được bố trí không rung động và đặt trong những điều kiện đặc biệt (các gương phản xạ phải được kẹp chặt nhờ các thanh giá đỡ bằng thép invar ít chịu thay đổi về nhiệt độ v.v )

1.3.4 TÍNH CHẤT KHÔNG GIAN CỦA TIA LASER (SPATIAL

PROPERTIES OF LASER)

Tính chất này được biểu hiện ở ba điểm sau :

1.3.4.1 Sự ổn định của các mode ngang (transversal modes)

Trong chế độ dừng, người ta gọi mode ngang là ổn định khi sự phân bố không gian biên độ trường của sóng là ổn định trong mặt phẳng trực giao với trục của BCH Điều này có nghĩa biên độ, pha của sóng được lặp lại giá trị của

chính mình và không biết đổi tronsg mặt tiến diện ngang của BCH sau quá trình sóng truyền đi và về giữa hai gương phản xạ (ngoại trừ hằng số pha nhân vào sau mỗi chu trình truyền sống giữa hai gương)

Với các buồng cộng hưởng có gương cầu, sóng có dạng hình Gauss do đó

ở bất kỳ điểm nào trong buồng, sự phân bố cường độ cũng là dạng Gauss

) z ( W r 2 0 2 2

eI)( = − (1.7)

ở đây, I0 là cường độ trên trục của BCH, W(z) – bán kính của vòng tròn ở đó cường độ giảm một thừa số e2 so với I0

Khi BCH là ổn định (stable) thì tính chất không gian còn biểu hiện ở chỗ chùm tia laser ló ra sẽ giữ nguyên tính chất phân bố Gauss khi trong BCH chúng là phân bố Gauss

1.3.4.2 Tính chuẩn trực của chùm tia (collimation of laser beam)

Đây cũng là một đặc trưng tính chất không gian của chùm laser Đặc trưng này quy định bởi hiện tượng nhiễu xạ như đã thấy ở trên

Bảng dưới đây cho thấy độ chuẩn trực của một vài laser thường sử dụng:

Chú ý : Trong thực hành để thay đổi độ chuẩn trực θ theo yêu cầu ứng

dụng, người ta sử dụng các kính telécope với cách bố trí “đồng tiêu” =

“confocal” Sơ đồ nguyên tắc được trình bày trên hình 1.5 Góc chuẩn trực liên hệ theo công thức chung :

Sự xê dịch một trong hai thấu kính có thể thu được các chùm song song với góc θ1,2 hầu như bằng 0

Hình 1.5

1.3.4.3 Sự hội tụ của chùm tia

Với các chùm sáng thông thường, ta không thể hội tụ chùm tia vào một điểm với đường kính nhỏ tuỳ ý do gặp hiện tượng nhiễu xạ

Với chùm tia laser, nó có thể tập trung hội tụ ở một điểm có diện tích cỡ λ2 Chính vì thế bản thân tia laser đã tập trung năng lượng ở diện tích nhỏ và là một đặc điểm của tính chất không gian nói ở đây Nhờ tính chất này mà với laser

công suất bé ta luôn thu được mật độ công suất đáng kể tiện lợi cho nhiều ứng dụng

Ví dụ với laser He – Ne công suất 2mW dùng thêm thấu kính có thể hội tụ chùm tia trong một diện tích 10-8cm2 và sẽ đạt được mật độ công suất 200kW/cm2

Nếu sử dụng một nguồn điện thông thường thì để có được mật độ trên, nguồn điện phải có công suất 20kW

1.3.5 TÍNH CHẤT THỜI GIAN CỦA TIA LASER (TEMPORAL

Trong các tính chất thời gian này cần chú ý mấy điểm sau :

- Khi phát liên tục theo thời gian, laser có sự thăng gián về tần số (ở cỡ một vài MHz) là do cơ cấu của chính laser, các tác động ngoại cạnh với BCH v.v

- Khi phát xung năng lượng hay công suất phát liên hệ với nhau qua độ rộng xung (thời khoảng xung) nhờ công thức :

τ

= E

Pc (1.9)

ở đây, Pc – công suất đỉnh của xung

E – năng lượng xung,

τ – độ rộng xung

Ngoài ra, công suất trung bình của xung được xác định bằng công thức:

nano giây τ = 10-9 sec

pico giây τ = 10-12 sec

femto giây τ = 10-15 sec

1.3.6 TÍNH KẾT HỢP CỦA LASER (COHERENCE OF LASER BEAM)

1.3.6.1 Định nghĩa

Một trong các tính chất quan trọng và đặc biệt nhất của laser là tính kết hợp (coherence) Một bức xạ laser bất kỳ đều có tính kết hợp biểu hiện ở độ đơn sắc (kết hợp thời gian) và tính đẳng pha của mặt sóng (kết hợp không gian) Do đó người ta định nghĩa :

Sóng có tính kết hợp không gian khi ở bất kỳ thời điểm nào, ánh sáng có

pha không đổi trên khắp mặt sóng của nó

Tương tự, tại một thời điểm cho trước dọc theo mặt sóng chuyển động, nếu pha là giống pha mà sóng có sau khi đi qua một khoảng cách L với thời gian

c

L , dù L như thế nào, thì sóng được xem là có tính kết hợp thời gian hoàn toàn Như vậy, theo định nghĩa này, một sóng phẳng đơn sắc trải vô hạn sẽ là hoàn toàn kết hợp vừa không gian vừa thời gian

Các laser hoạt động ở chế độ đơn mode dọc hay ngang được biểu hiện trong các sóng đơn sắc và đẳng pha nên chúng có bậc kết hợp không – thời gian cao, một cách tự động Để có thể hiểu sâu sắc hơn về tính kết hợp không gian và thời gian, chúng ta xét những biểu hiện của chúng.

1.3.6.2 Tính kết hợp thời gian

Khái niệm kết hợp thời gian liên hệ mật thiết với khả năng thu được hình ảnh giao thoa của hai chùm sóng đi những khoảng thời gian khác nhau và cùng xuất phát từ một nguồn điểm

Hãy xét một giao thoa kế Maikelson như bố trí ở hình 1.6

Hình 1.6 Sóng ánh sáng đập tới màn chắn có một lỗ tròn P đặt đúng tại tiêu diện trước của thấu kính L Điểm P xem như nguồn sáng điểm Sau thấu kính có chùm sóng song song, chùm này cho đi qua một gương bán mạ S để tạo ra hai chùm tia đi đến hai gương phản xạ S2 và S3 sau khi đi qua hai đoạn đường d2 và d3

khác nhau Sau phản xạ, hai chùm cùng gặp nhau ở hướng C và cho hình ảnh giao thoa Ở đây, hình ảnh giao thoa gây ra bởi sự khác nhau của thời gian đi các đoạn d2 và d3 của giao thoa kế

Nếu hình ảnh giao thoa là rõ ràng ta nói chùm sóng P có tính kết hợp thời

gian cao

Rõ ràng ở đây tính kết hợp thời gian liên hệ chặt chẽ đến độ đơn sắc của sóng như đã định nghĩa ở trên vì chỉ có những sóng đơn sắc mới cho được hình ảnh giao thoa rõ ràng khi xuất phát từ cùng một nguồn

Người ta đã chứng minh được rằng mối quan hệ nói trên tương tự như hệ thức bất định Heisenberg :

ở đây, τc gọi là thời gian kết hợp,

Δυc – độ rộng vạch phổ của bức xạ

Ngoài đặc trưng thời gian kết hợp τc người ta sử dụng khái niệm độ dài kết hợp Lc = cτc Những sóng đơn sắc có độ dài kết hợp là vô cùng do thời gian kết hợp lớn vô cùng

1.3.6.3 Tính kết hợp không gian

Biểu hiện của tính kết hợp không gian cũng được thấy trong hình ảnh giao thoa khi sóng xuất phát từ hai điểm khác nhau Nói cách khác nó được biểu hiện trong hiện tượng giao thoa của khe Young Sơ đồ thực nghiệm của giao thoa trình bày ở (hình 1.7)

Hình 1.7

πν

τ

4

1

≥Δ

× c

c

Giả sử có sóng phẳng đến một màn có hai lỗ nhỏ 1 và 2 Ánh sáng xuất phát từ hai lỗ có thể gặp nhau tại một điểm M bất kỳ trên màn P

Chúng ta thu được hình ảnh giao thoa trên màn P Rõ ràng nếu pha của sóng xuất phát từ 1 và 2 là không đổi theo thời gian thì hiệu số pha của chúng cũng không đổi khi đi dọc màn

Hình ảnh giao thoa rõ ràng là thước đo tính kết hợp không gian giữa các nguồn sáng 1 và 2

1.3.6.4 Độ kết hợp

Từ các điểm 2, 3 độ nét hay chói của hình ảnh giao thoa cho thước đo về tính kết hợp không gian hay thời gian của sóng Từ lý thuyết giao thoa sóng ta có tỷ số :

min max

min max

IIV

+ Khi 0 < VP < 1, là trường hợp sóng kết hợp một phần

Chú ý :

1 Người ta đã xây dựng lý thuyết về tính kết hợp của các sóng trên cơ sở xây dựng các hàm kết hợp (coherent function)

−ω

π

= ∫∞V( ,r )exp( i t)d2

1)t,(

V

0

V(r,t) được gọi là tín hiệu giải tích phức của sóng V(r)

Từ sự khai triển hàm tín hiệu này mà dẫn đến khái niệm tính kết hợp không thời gian bậc một và bậc cao Chi tiết về vấn đề này, bạn đọc nên xem trong các tài liệu chuyên khảo

2 Các tính chất của bức xạ laser nói ở trên là với các laser lý tưởng Trong thực tế ở các phòng thí nghiệm và khi sử dụng, chúng ta thường gặp các laser phát đa mode (từ 5 – 100 mode ngang) Chính vì điều này (nếu không có biện pháp kỹ thuật chọn lọc mode) mà độ định phương sẽ nhỏ (Δθ lớn) so với trường hợp phát đơn mode, độ đơn sắc giảm (độ rộng vạch lớn hơn) và tính kết hợp cũng giảm

Ngoài ra do những nguyên nhân khác dẫn đến sự tích thoát nhanh của dao động cũng làm cho sóng không hoàn toàn là hình sin

Do đó, muốn đảm bảo độ kết hợp cao hay bức xạ laser có được những tính chất cần thiết như trình bày ở trên, người ta phải sử dụng những biện pháp kỹ thuật phụ thêm đặt trong hay cùng với BCH laser Chi tiết của vấn đề này trình bày trong các tài liệu tham khảo khác nhau

Tuy nhiên, những đặc tính quý báu mà bức xạ có được qua trình bày ở trên đã và đang mở ra rất nhiều ứng dụng khác nhau của tia laser trong khoa học kỹ thuật và đời sống

1.4 MỘT VÀI LOẠI LASER CỤ THỂ

1.4.1 LASER BÁN DẪN DẠNG PHUN CÔNG SUẤT THẤP

(Trích dẫn 5.6 Laser bán dẫn dạng phun từ trang 114 đến trang 121 sách VẬT LÝ LASER VÀ ỨNG DỤNG của Đinh Văn Hoàng – Trịnh Đình Chiến)

Trong các mục trên chúng ta đã xem xét một cách ngắn gọn và đơn

giản cơ chế hoạt động của laser bán dẫn Trong các loại laser bán dẫn hiện nay người ta chú ý nhiều đến loại laser dạng phun (injection laser) do có hiệu suất lớn Dưới đây chúng ta sẽ trình bày kỹ về một loại laser dạng phun điển hình laser phun trên cơ sở GaAs

1.4.1.1.Đặc điểm chung

Laser dạng phun GaAs hay còn gọi là laser diode GaAs được chế tạo từ mảng mỏng đơn tinh thể Loại GaAs dạng n chứa 107 ÷ 108 nguyên tử chất cho (donors) trong 1cm3 Tạp chất cho thường dùng là Te hay Se Loại GaAs dạng p thường có nồng độ chất nhận (acceptor) nhiều hơn cỡ 1018 ÷ 5.1019/cm3 Chất nhận thường dùng là Zn và đưa vào tinh thể nhờ tán xạ ở độ sâu từ 10μm đến 100μm Khi để 2 loại bán dẫn trên tiếp xúc với nhau ta tạo được lớp tiếp xúc p–n Khi chế tạo các đơn tinh thể thướng được định hướng sao cho mặt phẳng của màng trực giao với hướng tinh thể (001) Sau đó các mặt phân chia (110) và (110) được trực giao với nhau và trực giao với mặt tiếp xúc Màng mỏng được cắt dọc theo những mặt phẳng này thành những miếng chữ nhật nhỏ, hai mặt của hình chữ nhật song song với mặt tiếp xúc được đánh bóng (nhờ mạ hay bán mạ) để tạo nên buồn cộng hưởng quang học Fabry – Ferot Chiết suất của GaAs cỡ 3,6 Mặt có độ phản xạ cở 35% là mặt cho tia laser đi qua Diode laser được đặt trên một tấm kim loại và đươc nối với các cực của một ắcquy để cực dương nối với mặt p, cực âm nối với mặt n kích thước của diode GaAs khá nhỏ cỡ 0,5mm x 0,2mm Để tạo nên bức xạ tái hợp, điện trường được cho qua diod dưới dạng xung với thời

gian 1μs Cường độ điện trườntg cần khoảng 1,5V để cho năng lượng cỡ độ rộng vùng cấm Bức xạ của laser diod GaSs ở gần vùng 8400Å Giá trị này thay đổi tùy theo điều kiện kích thích và các tham số khác tác động lên diod Nói chung, cực đại phổ phát nằm trong vùng từ 8300Å đến 8500 Å Khi thay đổi mật độ dòng, đặc trưng phổ bức xạ cũng thay đổi Bức xạ cưỡng bức được sinh ra chỉ ở một lớp rất mỏng khoảng 2μm – lớp này được định xứ ở phía p của lớp tiếp xúc và do đó độ cao của góc bức xạ xấp xỉ có độ mở 2μm Chính vì thế mà ánh sáng phát ra từ diod laser bán dẫn GaAs không chuẩn trực (collimated) như ở laser rắn và các laser khác Công suất phát của laser cỡ một vài trăm oát ở chế độ xung, nhiệt độ 77oK và khoảng 15W ở nhiệt độ phòng Laser diod GaAs có thể hoạt động liên tục ở nhiệt độ hiđrô lỏng

1.4.1.2 Điều kiện mật độ dòng ngưỡng

Như thấy ở trên sự kích thích diode laser GaAs là nhờ phun dòng điện tử,

do đó khi mật độ dòng biến đổi, đặc trưng của bức xạ laser cũng biến đổi Laser có thể hoạt động được bắt đầu từ một giá trị mật độ dòng nào đó gọi là mật độ dòng ngưỡng, đó là giá trị cần thiết của dòng để hệ sống khuếch đại của laser bằng hệ số mất mát Dưới đây chúng ta sẽ tìm biểu thức mật độ dòng ngưỡng Chúng ta hãy gọi số photon được sinh ra trong một đơn vị thời gian, đơn vị thể tích hoạt chất và trong khoảng tần số Δυ là R R có thể xác định theo hai cách sau :

Nếu biết hệ số khuếch đại đối với một mode nào đó là K thì R bằng :

R = Kvq (1.14)

ở đây, q – số mode có trong đơn vị thể tích và khoảng tần số Δυ,

v – tốc độ ánh sáng trong hoạt chất v =

o

n

c ,

no – chiết suất môi trường

Theo lý thuyết cổ điển số mode là số dao động tử dao động để cho bức xạ Theo Rayleigh – Jeans số dao động với tần số υ trong thể tích V có thành phản xạ lý tưởng và chứa môi trường hoạt chất có chiết suất no là :

3

3 o 3

c3

Vnv8)v(

P = π (1.15) Số mode (hay số dao động tử) trong một đơn vị thể tích và một đơn vị khoảng tần số được xác định bằng biểu thức :

dv

)v(dP.V

1

q = (1.16) Từ đó theo (1.15) và (1.16) có :

c

n8c

n8

q 2 3o

3

3 o 2

2

2 o

Kn8Rλ

π

= (1.18) Mặt khác trong laser dạng phun số photon được phát ra R phải bằng số hạt tải có trong đơn vị thể tích nhân với hiệu suất lượng tử η Với mật độ dòng j đi trong miền hoạt động của hoạt chất có độ dầy d, thì số hạt tải là j/ed Trong khoảng tần số Δυ số photon phát ra sẽ là :

υΔη

ηπ

λ

=

ed

jn8

0

2

(1.20) Theo (1.20) ta thấy hệ số khuếch đại tỷ lệ thuận với mật độ dòng j Đại

lượng này đựơc xác định bởi biểu thức :

K ed n

jngưỡng = 8 2 ( )

2

∑

+Δ

i i o

o ed n

αα

jngưỡng = η Δ ⎢⎣⎡ +β⎥⎦⎤

υυπ

r L c

ed

ln18

2

2 2

(1.23)

Theo (1.23) miền hoạt động d lớn đòi hỏi mật độ dòng lớn hệ phản xạ

r và độ dài buồng cộng hưởng L càng lớn thì dòng càng nhỏ Điều nhận xét này của lý thuyết hoàn toàn phù hợp với thực nghiệm

1.4.1.3 Phổ bức xạ và cấu trúc mode của laser GaAs

Theo nghiên cứu của nhiều tác giả phổ bức xạ của laser diod ban dẫn phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ và vào mật độ dòng điện tử j Trên Hình 1.16 trình bày sự phụ thuộc của phổ bức xạ laser vào mật độ dòng j Cường độ cực đại của phổ tăng nhanh khi j tăng

Các phép đo cẩn thận cho thấy cấu trúc mode của phổ cũng thay đổi Khi mật độ dòng thấp, cường độ của các mode không khác nhau nhiều và dễ nhận thấy (xem hình 1.17) Tuy nhiên khi dòng j tăng, cường độ mode trung tâm tăng nhanh va nổi bật (hình ảnh như thấy ở hình 1.16)

Hình 1.16

Hình 1.17 Một đặc điểm đáng chú ý trong hoạt động của laser bán dẫn là việc dễ dàng tách biệt các mode trong bức xạ laser Nguồn gốc là do bước sóng phụ thụôc chiết suất mà chiết suất lại có thể thay đổi nhanh được Ví dụ, chỉ cần thay đổi nhiệt độ chiết suất của bán dẫn đã thay đổi mạnh và dẫn đến sự thay đổi bước sóng phát của laser Chúng ta có thể thấy khoảng cách giữa hai mode liên tiếp trong phổ bức xạ laser phụ thuộc rõ ràng vào chiết suất

Thực vậy, với buồng cộng hưởng Fabry – Perot, các mode trục dọc được xác định nhờ hệ thức sau :

L2n

m

o

=

λ (1.24)

với m là một số nguyên nào đó và λ là bước sóng trong chân không Sử dụng công thức

mc

noυ= (1.25)

Do chiết suất là hàm của tần số nên vi phân 2 vế công thức (1.25), ta có :

mL2

cd

dnv

2

1Δ = (1.27)

ở đây,

υ +

≡

d

dn v n

λ

λ λ

Δ

0 0 0

n 1 2n

1

GaAs ở 77oK phát bức xạ λ = 8400Å, n0= 3,6 nếu với độ dài buồng cộng hưởng L nằm trong khoảng 10-2 đến 10-11m, ta sẽ có Δλ cỡ vài Å Khoảng cách này là đủ lớn để có thể tách được các mode khác nhau

1.4.2 LASER KHÍ HE-NE

(Trích dẫn 6.3.1 Laser He-ne trang 141 đến trang 147 (Trích dẫn chương IV trang 227 đến trang 238 sách Vật Lý Laser và ứng dụng của Đinh Văn Hoàng – Trịnh Đình Chiến)

Laser He-Ne lần đầu tiên do Javan – Bennet chế tạo(1), hiện nay được sử

dụng phổ cập trong thực tế sản xuất

Hình 1.18

Sơ đồ nguyên tắc của laser He–Ne Ống phóng laser được bơm đầy hỗn hợp khí nguyên tử heli và neon và được phóng điện cao thế Một điện trở hạn chế dòng điện là cần thiết với mọi phóng hiện hồ quang Ống mao dẫn với hỗn hợp khí được hàn kín hai đầu bằng các cửa sổ đặt theo góc Brewster Nhờ vậy ánh sáng có vectơ điện dao động trong mặt phẳng hình vẽ, đi qua mà không bị mất mát phản xạ ánh sáng phân cực với nó, trái lại phản xạ ra khỏi buồng cộng hưởng và không được khuếch đại Bởi vậy laser cho ta ánh sáng phân cực thẳng Buồng cộng hưởng gồm hai gương cầu bằng điện môi trường được bố trí sao cho tâm của gương này nằm trên mặt của gương kia (buồng cộng hưởng đồng tâm) Để lấy bức xạ ra thì gương phải truyền qua một chút

1 Gương buồng cộng hưởng; 2 Cửa sổ Brewster; 3 Ống mao dẫn thạch anh; 4 Phóng điện trong chất khí; 5 Nguồn điện thế; 6 Điện trở phụ; 7 Tia laser

Hình 1.19 Sơ đồ các mức năng lượng của nguyên tử He và Ne

cùng một số các dịch chuyển bức xạ

a Cơ chế hoạt động :

Laser He-Ne hoạt động trên cơ sở sự truyền năng lượng kích thích cộng hưởng giữa nguyên tử He và Ne Bằng va chạm điện tử, các nguyên tử He ở trạng thái cơ bản 11S được chuyển lên các trạng thái siêu bền 21S và 23S Do hai trạng thái này nằm rất gần các mức kích thích 3s và 2s của nguyên tử Ne, nên nhờ va chạm không đàn hồi loại 1 có sự truyền cộng hưởng năng lượng kích thích từ He sang Ne (3S hay 2S là ký hiệu Paschen) vào được sự nghịch đảo độ tích luỹ giữa các mức 3s, 2s với các mức 3p, 2p trong Ne (xem hình 1.19) Các bức xạ Laser điển hình có cường độ lớn là các bức xạ λ = 0,6328μm, λ = 1,15μm và λ = 3,39μm Danh sách các vạch phát trình bày ở bảng 1 Trong bảng được ghi ký hiệu các trạng thái theo Paschen và Racah Tuỳ theo tỷ số áp suất giữa

He và Ne mà laser sẽ ưu tiên phát ở bước sóng nào Thực nghiệp cho thấy, khi tỷ số He/Ne = 5/1μm và khi tích pD nằm trong khoảng 2,9 ÷ 3,6 Torr.mm thì các bức xạ laser 0,6328μm và 3,39μm sẽ có cường độ lớn và nổi bật Bước sóng λ = 1,15μm sẽ đạt giá trị cường độ tối ưu khi tỷ lệ He/Ne = 10 và đường kính ống nằm trong khoảng 2,2 ÷ 8mm

Bảng 1

Dịch chuyển Vạch λ(μm)

bước sóng

ξ(cm -1 ) số sóng Ký hiệu Paschen Ký hiệu Racah

1 0,6328 15739,00 3S2 – 2P4

2 1 0

1

1

2

3P32

1s

1s

4 ⎢⎣⎡ ⎥⎦⎤ − ⎢⎣⎡ ⎥⎦⎤

3 1,152 8676,10 2S2 – 2P4

2 1 0

3P32

1s

4 ⎢⎣⎡ ⎥⎦⎤ − ⎢⎣⎡ ⎥⎦⎤

4 1,1985 8341,53 2S3 – 2P2

1 1 0

1

1

2

3P32

1s

1s

4 ⎢⎣⎡ ⎥⎦⎤ − ⎢⎣⎡ ⎥⎦⎤

6 1,5231 6563,87 sS5 – 2P1 ⎢⎣⎡ ⎥⎦⎤ − ⎢⎣⎡2⎥⎦⎤

1P32

1s

0

1 1

7 3,3913 2947,90 3S2 – 3P4

2 1 0

1

1

2

3P42

1s

5 ⎢⎣⎡ ⎥⎦⎤ − ⎢⎣⎡ ⎥⎦⎤Thực tế cho thấy cần phải chú ý đến các tham số làm việc tối ưu ở laser khí He-Ne các quá trình kích thích và tích thoát xảy ra trong chúng khá phức tạp Với laser He-Ne, ta tập trung chú ý mấy tham số tối ưu sau :

- Đường kính ống phóng

- Mật độ dòng phóng điện

- Áp suất riêng phần của Ne hay tỷ số áp suất (PHe/PNe)

Ta có thể hiểu được nguồn gốc của sự cần thiết phải xác định các tham số tối ưu này như sau

Trong Ne trạng thái 1s là trạng thái yêu bền, sự tích thoạt của mức này chủ yếu là nhờ va chạm của Ne với thành bình Khi tăng đường kính ống sẽ giảm bớt xác suất va chạm với thành bích và tích thoát từ mức 1s giảm, kéo theo dịch chuyển 2p – 1s giảm Như vậy sẽ dẫn đến các mức dưới trong dịch chuyển laser là hoàn toàn rỗng và hiệu độ tích luỹ giảm, công suất phải nhỏ Chính vì thế phải chọn đường kính ống nhỏ, tuy nhiên phải phối hợp cả với mất mát nhiễu xạ khi giảm đường kính ống thì ta mới hi vọng tìm được đúng đường kính ống phóng tối ưu được

Điều cần thiết phải biết chọn mật độ dòng phóng vì ở mật độ dòng cao sẽ xảy ra hai quá trình va chạm không có lợi sau :

e + Ne (1s) → Ne (2p) + e (1.29) và :

e + Ne (2s) → Ne++ e (1.30) Quá trình va chạm (1.29) làm tăng độ tích luỹ mức dưới trong dịch chuyển laser, còn quá trình va chạm (1.30) làm giảm độ tích luỹ mức trên trong dịch chuyển laser Kết quả là sự xuất hiện hai quá trình va chạm này đều làm giảm công suất phát, và do đó người ta phải biết chọn chế độ dòng thích hợp

Vì áp suất khí Ne cao cũng xảy ra hai quá trình va chạm trên, nên điều cần thiết phải chọn áp suất khí tối ưu cũng được giải thích tương tự

Tất nhiên cả ba tham số trên đều có liên quan với nhau, nên phải thoả mãn đồng thời thì mới có thể đạt được công suất phát tối ưu được

Hình 1.20 Một đặc điểm nổi bật trong laser He-Ne với buồng cộng hưởng Fabry – Perot là xuất hiện “chỗ lõm Lamb” (“Lamp dip”) Hiệu ứng này do Lamb chỉ ra bằng lý thuyết, và sau đó được thực nghiệm xác nhận Trên công tua của đường cong khuếch đại (gain line) có xuất hiện một chỗ lõm (xem hình 1.20)

Để có thể hiểu sự phụ thuộc của công suất phát vào tần số có sinh ra Lamb dip, chúng ta để ý đến những điểm sau Trong laser khí do sự chuyển động nhiệt của các nguyên tử khí nên xuất hiện nhiều nhóm nguyên tử chuyển động với các vận tốc khác nhau Giả sử bức xạ laser có tần số ω ≠ ω0 (ω0 là tần số ở tâm) di chuyển trong buồng cộng hưởng theo một phương nào đó, nó sẽ tương tác với các nhóm nguyên tử có tốc độ v ngược với phương của bức xạ và sẽ dẫn đến làm giảm nghịch đảo độ tích luỹ, do đó ở đường cong khuếch đại có sự sinh hốc (hole – burning) Hoàn toàn tương tự với bức xạ đi theo chiều ngược lại sẽ gặp các nhóm nguyên tử có vận tốc –v, và kết quả là trên công tua đường cong khuếch đại xuất hiện hai hốc đối xứng so với tâm vạch (xem hình 1.21) Độ rộng của hốc bằng độ mở rộng tự nhiên của bức xạ laser

Hình 1.21

Hình 1.22 Khi ω = ω0, bức xạ laser sẽ chỉ tương tác với các nhóm nguyên tử có tốc độ

v = 0 và chỉ sinh ra một hốc ở tâm vạch (xem hình 1.22), đó chính là Lamp dip như thường gọi

Cần chú ý rằng, sau khi phát hiện ra hiệu ứng trên người ta đã sử dụng nó để ổn định tần số Vì độ rộng hốc nhỏ nên vị trí của hốc xác định khá chính xác, và chỗ cực tiểu của hốc cho phép có thể ổn định tần số phát laser Bằng chính He-Ne cho Lamp dip, người ta xác định tần số phát ở chỗ cực tiểu của hốc nói

trên với độ chính xác cỡ ⎟⎟

υ

− 9 10 9D

10 Độ chính xác này chưa cao vì đường cong khuếch đại (hệ số khuếch đại) của laser còn phụ thuộc sai số ổn định dòng hay áp suất)

Để nâng cao sự ổn định tần số, người ta đặt thêm một chất hấp thụ trong buồng cộng hưởng có dịch chuyển hấp thụ đúng bằng tần số laser Kết quả là, ở điểm ứng với chỗ Lamp dip bức xạ cực tiểu thì ở đường cong hấp thụ sẽ là cực đại (xem hình 1.23) vị trí cực đại cũng được xác định khác chính xác và ổn định hơn khi sử dụng Lamp dip do sự phụ thuộc vào dòng và áp suất là không có Với laser He-Ne người ta dùng hơi 129

2

I với λ = 3,39μm

Hình 1.23