Xác định điều kiện ổn định của trạng thái phát xạ trên hai tần số trong laser màu phản hồi phân bố

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH *** ĐINH THỊ THANH NGA XÁC ĐỊNH ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH CỦA TRẠNG THÁI PHÁT XẠ TRÊN HAI TẦN SỐ TRONG LASER MÀU PHẢN HỒI PHÂN BỐ LUẬN VĂN THẠC SĨ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

***

ĐINH THỊ THANH NGA

XÁC ĐỊNH ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH CỦA TRẠNG THÁI PHÁT XẠ TRÊN HAI TẦN SỐ TRONG LASER MÀU PHẢN HỒI PHÂN BỐ

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

NGHỆ AN, 05/2016

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH

***

ĐINH THỊ THANH NGA

XÁC ĐỊNH ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH CỦA TRẠNG THÁI PHÁT XẠ TRÊN HAI TẦN SỐ TRONG LASER MÀU PHẢN HỒI PHÂN BỐ

i

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến thầy hướng dẫn khoa học PGS.TS Đào Xuân Hợi – người trực tiếp hướng dẫn tôi trong suốt thời gian nghiên cứu và hoàn thành luận văn Sự nhiệt tình, tận tâm chỉ dẫn của thầy là yếu tố quan trọng góp phần giúp tôi hoàn thành luận văn

Kế đến, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến quý thầy, cô

giảng dạy đã tận tình chỉ dẫn tôi trong suốt quá trình học tập

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến phòng Sau Đại học, khoa Vật Lý – Công Nghệ trường ĐH Vinh và BGH, đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình học tập

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến BGH và tổ bộ môn Vật Lý – Công Nghệ trường THPT Nguyễn Trung Thiên (nơi tôi đang công tác) đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và giảng dạy

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện luận văn này

Tác giả

Đinh Thị Thanh Nga

ii

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 HOẠT CHẤT MÀU VÀ LASER MÀU 3

1.1 Sơ lược về hoạt chất màu 3

1.1.1 Cấu trúc hóa học của phân tử chất màu 3

1.1.2 Một vài họ phân tử chất màu điển hình 5

1.1.3 Một số tính chất vật lí của chất màu 7

1.1.4 Sự phát xạ của laser màu 9

1.2 Sơ đồ mức năng lượng và hệ phương trình động học của laser màu 14

1.2.1 Sơ đồ mức năng lượng của chất màu và các chuyển mức năng lượng 14

1.2.2 Hệ phương trình động học của laser màu 18

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 21

CHƯƠNG 2 XÁC ĐỊNH ĐIỀU KIỆN ỔN ĐỊNH CỦA TRẠNG THÁI PHÁT XẠ TRÊN HAI TẦN SỐ TRONG LASER MÀU PHẢN HỒI PHÂN BỐ 22

2.1 Laser phản hồi phân bố 22

2.1.1 Cơ chế tạo thành cấu trúc tuần hoàn trong môi trường hoạt 22

2.1.2 Một số phương pháp tạo cấu trúc tuần hoàn trong môi trường hoạt 25

2.1.3 Sơ đồ hoạt động và một vài đặc trưng của laser màu phản hồi phân bố 25

2.2 Điều kiện ổn định của trạng thái phát xạ trên hai tần số trong laser màu phản hồi phân bố 28

2.2.1 Sự phát xạ trên hai tần số trong laser màu phản hồi phân bố 28 2.2.2 Tóm tắt phương pháp Hucsvit về sự ổn định nghiệm của hệ phương trình vi phân 32

2.2.3 Điều kiện ổn định của trạng thái phát xạ trên hai tần số trong laser màu phản hồi phân bố 33

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2………36

KẾT LUẬN CHUNG 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

iii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Trang

Hình 1.1 Mô tả cấu trúc các vòng 3

Hình 1.2 Cấu trúc phân tử chất màu Rhodamine C 4

Hình 1.3 Cấu trúc phân tử chất màu DibutyIrhodamine 4

Hình 1.4 Mô tả cấu trúc phân tử Rhodamine 6G 5

Hình 1.5 Cấu trúc phân tử chất màu Coumarin 540A 6

Hình 1.6 Cấu trúc phân tử Perylene orange 7

Hình 1.7 Sơ đồ hai mức năng lượng 10

Hình 1.8 Sơ đồ 2 mức hiệu dụng của laser màu 11

Hình 1.9 Sơ đồ 6 mức năng lượng của các hoạt chất laser màu 15

Hình 1.10 Cấu trúc mức năng lượng của phân tử màu 16

Hình 1.11 Sơ đồ 4 mức trong laser màu 17

Hình 1.12 Sơ đồ các mức năng lượng hoạt động của laser màu 19

Hình 2.1 Mô hình tạo thành cấu trúc tuần hoàn trong môi trường hoạt 23

Hình 2.2 Mô hình tạo thành sóng lan truyền ngược nhau trong 23

môi trường hoạt 23

Hình 2.3 Sơ đồ thể hiện định luật Bragg 24

Hình 2.4 a, b, c Các phương pháp tạo cấu trúc tuần hoàn 25

Hình 2.5 Sơ đồ hoạt động của laser màu phản hồi phân bố 26

Hình 2.6 Sơ đồ hai mức hiệu dụng của phân tử chất màu 28

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý khi xét sự phát xạ trên hai tần số của laser phản hồi phân bố 29

Hình 2.8 Sự phụ thuộc của mật độ dòng phát xạ trên hai tần số vào thời gian ứng với các giá trị khác nhau của cường độ xung bơm 31

1

MỞ ĐẦU

Laser là một nguồn sáng đặc biệt, với những tính chất nổi trội Đó là: ánh sáng laser có tính đơn sắc, tính kết hợp, và tính định hướng cao Suốt trong nhiều năm qua, laser đã trở thành một công cụ đắc lực, có nhiều ứng dụng quan trọng trong sự phát triển của nhiều lĩnh vực của khoa học, công nghệ và đời sống

Laser màu, là laser dùng chất hoạt là các chất màu hữu cơ Năm 1964, nhóm các nhà khoa học làm việc tại trung tâm điện tử lượng tử của viện hàn lâm khoa học Belarus, do viện sỹ B.I.Stepanov đứng đầu đã chứng minh được bằng lý thuyết: Dung dịch màu hữu cơ có ngưỡng phát xạ thấp, cùng cở với ngưỡng phát xạ của hồng ngọc [9] Sau đó, năm 1976, gần như đồng thời, các nhà khoa học Solokin, Lankrd (Mỹ), Schofer, Volsk (Đức), Stepanov, Motovnikov (Nga) đã phát hiện ra Laser màu [10]

Năm 1972, cơ chế hoạt động của laser phản hồi phân bố đã được Kogelnik [7] đề xướng Từ đó đã tạo ra được một thế hệ laser mới, và có nhiều tài liệu đã gọi là laser thế hệ 2 [1] Từ khi ra đời đến nay, laser màu nói chung, và laser màu phản hồi phân bố nói riêng đã trở thành một chủ đề thu hút sự quan tâm của nhiều nhà chuyên môn ở trong và ngoài nước Đặc biệt ở

cơ sở đào tạo Đại Học Vinh, thời gian qua đã có nhiều luận án Tiến sỹ, luận văn Thạc sỹ về chủ đề laser màu phản hồi phân bố đã được thực hiện và bảo

vệ thành công [1-6]

Với sự hấp dẫn của chủ đề này, tôi chọn đề tài cho luận văn tốt nghiệp của mình là: Xác định điều kiện ổn định của trạng thái phát xạ trên hai tần số trong laser màu phản hồi phân bố

Sự phát xạ trên hai tần số trong laser màu phản hồi phân bố, đã được tác giả công trình [6] khảo sát và công bố Trong khuôn khổ của một luận văn

Chương 2, là nội dung chính của luận văn, chúng tôi đã trình bày một cách có hệ thống về cơ chế hình thành cấu trúc tuần hoàn trong môi trường hoạt, cũng như giới thiệu một số phương pháp để có thể thu được cấu trúc tuần hoàn.

Trong chương này, chúng tôi cũng đã tìm hiểu về sự phát xạ trên hai tần số trong laser màu phản hồi phân bố Cụ thể là: tìm hiểu về quá trình thiết lập hệ phương trình động học mô tả quá trình phát xạ trên hai tần số, cũng như giới thiệu hình dáng các xung phát xạ trên hai tần số Từ đó, dựa vào phương pháp Hucvits về sự ổn định nghiệm của hệ phương trình vi phân để xác định điều kiện ổn định của trạng thái phát xạ trên hai tần số trong laser màu phản hồi phân bố

Mục tiêu của luận văn là:

- Tìm hiểu về sự phát xạ trên hai tần số trong laser màu phản hồi phân bố

- Xác định điều kiện ổn định của trạng thái phát xạ trên hai tần số trong laser màu phản hồi phân bố

Phương pháp nghiên cứu:

Trong quá trình thực hiện các nội dung của luận văn, chúng tôi đã sử dụng hai phương pháp nghiên cứu Đó là:

- Phương pháp động lực học

- Phương pháp Hucsvit về sự ổn định nghiệm của hệ phương trình vi phân

3

CHƯƠNG 1 HOẠT CHẤT MÀU VÀ LASER MÀU 1.1 Sơ lược về hoạt chất màu

1.1.1 Cấu trúc hóa học của phân tử chất màu

Hoạt chất màu là những hợp chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp Các phân tử này được cấu tạo từ những nguyên tử C, N, O, S, F, H, …, các nguyên tử này sắp xếp theo cấu trúc mà khung của phân tử này là các nguyên

tử C, N, O, S nằm trên cùng một mặt phẳng Các phân tử này có đặc trưng giống nhau là gồm có các liên kết đôi - điện tử 𝜋 xen kẽ với liên kết đơn - điện tử 𝜎 Điện tử 𝜋 nằm trên các liên kết đôi C=C hoặc trên các liên kết đơn C-N, C-O, …

Cấu tạo hóa học của chất nhuộm màu là tổ hợp các vòng benzen (C6H6); vòng pyrindine (C5H5N); vòng pzine (C4H4N2) và các vòng khác như các vòng pyro15 (C5H5N) … mô tả ở hình 1.1

Một số chất màu điển hình:

Hình 1.2 Cấu trúc phân tử chất màu Rhodamine C [3]

Hình 1.3 Cấu trúc phân tử chất màu DibutyIrhodamine [3]

Trong dung dịch, đa số các chất màu bị phân hủy thành ion Tùy theo

độ PH của dung dịch mà các ion chất màu sẽ là anion hoặc cation Để trở

Vậy, để sử dụng hoạt chất màu theo đúng mục đích và yêu cầu của bài toán thì có sự phân loại hợp chất màu căn cứ theo tính chất hóa học đặc trưng Theo tài liệu tham khảo [3] ta liệt kê được như sau:

1.1.2 Một vài họ phân tử chất màu điển hình

- Họ phân tử màu xanthene

Tiêu biểu của họ này là Rhodamine-590 chloride, hoặc gọi là Rhodamine6G mô tả cấu trúc hình 1.4 nó là một trong số các phân tử màu chuẩn, dùng để so sánh với các phân tử nào thu nhận được laser tốt Phân tử Rhodamine 6G là phân tử màu ion có điểm nóng chảy cao, hòa tan mạnh trong các dung môi phân cực như cồn Rhodamine là phân tử màu bền, phát bước sóng từ khoảng 570nm – 760nm

Hình 1.4 Mô tả cấu trúc phân tử Rhodamine 6G [3]

- Họ phân tử màu Coumarin

6

Coumarin (cumarin) là nhóm hợp chất tự nhiên, được xem là dẫn xuất lacton của axit octo-hydroxi xinamic Đến nay đã xác định được khoảng 600 chất Coumarin và các dẫn xuất của nó là các hợp chất khác hoạt động tồn tại trong tự nhiên ở dạng tự do hay liên kết với các hợp chất khác

Tiêu biểu của họ này là C540A mô tả cấu trúc hình 1.5, là phân tử màu

có hiệu suất huỳnh quang lượng tử (tỷ số giữa photon phát xạ và photon hấp thụ) cao bằng 0,98 Phân tử C540A là phân tử màu ion và phân cực có điểm nóng chảy cao, hoà tan tốt trong nền polymethyl methacrylate Phân tử màu Coumarin phát bước sóng từ vùng màu xanh da trời tới xanh lá cây

Hình 1.5 Cấu trúc phân tử chất màu Coumarin 540A [3]

- Họ phân tử màu Perylene

Phân tử màu Perylene thường dùng là Perylene orange (mô tả cấu trúc hình 1.6) và Perylene red Tiêu biểu là Perylene orange (KF241) là phân tử màu không ion và không phân cực, có thể hoà tan với nồng độ lớn hơn 10-

3M/l trong các dung môi như: acetone, ethyl acetate, … [4]

7

N

CH(CH3) O O CH(CH3)

Hình 1.6 Cấu trúc phân tử Perylene orange[3]

- Họ phân tử màu Pyrromethene (PM)

Năm 1980, hai nhà bác học Pavlopoulos và Boyer công bố về họ phân

tử màu Pyrromethene Pyrromethene là phân tử màu ion và phân cực, có thể hoà tan tốt trong các dung môi Tiêu biểu của họ này là Pyrromethene 567(PM567), là phân tử màu bị phân huỷ mạnh dưới tác động của ô-xy do vậy quá trình muốn sử dụng sẽ pha tạp thêm tạo thành các mẫu rắn bền gọi là mẫu pha Pyrromethene để có được độ bền quang học cao, hiệu suất laser cao

N

N

O

do sự hấp thụ các bức xạ phát xạ bởi các phân tử kích thích Mỗi một chất màu được đặc trưng bởi một mật độ tối ưu, và khi đó ngưỡng phát xạ là bé nhất Mật độ tối ưu được xác định bằng thực nghiệm

Cũng như nhiều hoạt chất khác, sự phát xạ của chất màu phụ thuộc vào cấu trúc buồng cộng hưởng Ví dụ: Khi ta tăng khoảng cách giữa các gương thì ngưỡng phát xạ tăng (có nghĩa là khả năng phát xạ yếu đi) Nguyên nhân ở đây chính là khi ta tăng khoảng cách giữa các gương thì cũng chính là tăng thời gian cần thiết để đưa đến sự phát xạ trong laser màu Thực tế đã chỉ ra rằng: mỗi một chất màu khác nhau được đặc trưng bởi một số các thông số của buồng cộng hưởng

- Công suất phát quang của chất màu được xác định bởi các chất phát quang của chúng Các chất màu có công suất phát xạ lớn, khi có ngưỡng phát

xạ bé Như vậy ta thấy rằng, công suất phát xạ tỷ lệ thuận với kích thước của buồng cộng hưởng và tỷ lệ nghịch với ngưỡng

- Laser màu nói chung và laser màu phản hồi phân bố nói riêng có một tính chất đặc trưng Đó là sự thay đổi bước sóng (tần số) phát xạ Từ các tài liệu khác nhau [1,7,9], ta thấy rằng: ta có thể điều chỉnh bước sóng phát xạ từ sự điều chỉnh các thông số buồng, điều chỉnh nồng độ chất màu trong dung dịch …

9

Ngoài ra, có một nguyên nhân đưa đến sự thay đổi bước sóng phát xạ trong laser màu, chính là sự tích tụ của các hạt trên mức siêu bền [9] Hay nói cách khác, mức siêu bền giống như một cái “bẩy” các hạt Do vậy, mức siêu bền đóng vai trò tiêu cực trong sự phát xạ của laser màu

1.1.4 Sự phát xạ của laser màu

Tổng quan về sự phát xạ của laser màu đã được giới thiệu đầy đủ trong

tài liệu tham khảo [1] Ở đây, chúng tôi trình bày tóm tắt như sau:

Năm 1966, các nhà bác học Sofokin và Lankad (Mỹ) Schefer, Schmidt

và Voldk (Đức), Stepananov, Recbinov, Nostovnikob (Nga), gần như đồng thời phát hiện ra laser màu Và từ đó đến nay, laser màu đã có những bước tiến rất mạnh mẽ và đã đưa đến những ứng dụng to lớn trong nhiều lĩnh vực của khoa học, đời sống

Nhiều tài liệu khác đã chỉ ra rằng, sự phát xạ trong laser màu, thực chất là

sự kích thích giữa mức (3) và mức (1) Các công trình nghiên cứu cũng đã chỉ ra rằng, ngưỡng phát xạ của chất màu gần với ngưỡng phát xạ của hồng ngọc

Trên thế giới có nhiều trung tâm, nhiều nhóm tác giả nghiên cứu về laser màu Trong đó, trước hết phải nói đến trường phái do viện sỹ B.I.Stepanov đứng đầu Nhóm tác giả này làm việc tại trung tâm điện tử lượng tử của Belarus Chính nhóm các nhà khoa học này, năm 1964 đã chứng minh bằng lý thuyết, và khẳng định rằng: Dung dịch chất màu hữu cơ, có ngưỡng phát xạ thấp cùng cỡ với ngưỡng phát xạ của hồng ngọc Vào những năm 1967 - 1968, B.I.Stepanov và cộng sự của ông đã đưa ra công thức về điều kiện ngưỡng cũng như công suất phát xạ của laser màu

Đặc biệt, lần đầu tiên các nhà khoa học này đã chỉ ra rằng: Đối với laser màu, tồn tại khả năng thay đổi tần số phát xạ khi có sự thay đổi nồng độ chất màu trong dung dịch hoặc có sự thay đổi của một thông số buồng cộng hưởng (chiều dài buồng, hệ số phản xạ của các gương …) [9]

Ví dụ: Trong buồng cộng hưởng với chiều dài khoảng 10cm, với các gương có hệ số phản xạ 0,95 thì giá trị nghịch đảo cần vượt 1014 hạt/cm3 Để đạt được điều này, ta phải dùng bơm với công suất 20 kW/cm [9]

Hình 1.7 Sơ đồ hai mức năng lượng [3]

Như đã biết, để laser phát xạ cần tạo ra trong môi trường hoạt động một

sự khuếch đại đủ lớn Trong hệ với hai mức năng lượng như hình 1.7 ở chế độ bơm quang học thì không thể phát xạ Thật vậy, cần tạo ra sự nghịch đảo mật

độ cư trú giữa hai mức năng lượng mới phát xạ được tia laser nhưng khi chỉ

có 2 mức thì photon nhận năng lượng từ mức |1〉 sẽ dịch chuyển lên mức |2〉 nhưng chỉ sau thời gian rất ngắn photon này sẽ bức xạ và trở về mức |1〉 nên không thể tạo ra được môi trường nghịch đảo mật độ cư trú

Tài liệu [3] trình bày về sự làm việc của laser màu thì tác giả khảo sát quá trình xảy ra trên mức S0 và S1 ở trạng thái đơn của phân tử chất màu như hình 1.8 sơ đồ hai mức hiệu dụng ta có thể xem nó gần đúng như hệ lượng tử

4 mức năng lượng

|1〉

|2〉

11

Hình 1.8 Sơ đồ 2 mức hiệu dụng của Laser màu [3]

Ta xét laser màu có cơ chế hoạt động dựa trên cấu trúc hai mức hiệu dụng Khi chú ý tới độ rộng đáng kể của các mức, bỏ qua sự bức xạ tự động (bức xạ không quang học) và không chú ý tới những trạng thái kích thích bậc cao của phân tử ta có thể xem nó gần đúng như hệ lượng tử 4 mức năng lượng của bài toán ta cần xét trong luận văn này

Ta xét phân tử màu với 2 mức năng lượng hiệu dụng ký hiệu |1〉 và |2〉 Theo tài liệu [1] trình bày khi hệ các phân tử hai mức hiệu dụng được chiếu sáng (dưới tác dụng của trường bơm) một số hạt sẽ chuyển lên mức kích thích Nếu sự phân bố của hạt theo mức năng lượng dao động của trạng thái

cơ bản là cân bằng thì số hạt trên các mức dao động cao (của trạng thái cơ bản) sẽ rất ít Trong trường hợp đó rất dễ xảy ra sự nghịch đảo mật độ cư trú giữa các mức thì ta có khả năng khuếch đại bức xạ

Kết quả của nhiều tác giả [1, 3] đã nêu: Nếu biết được sự phụ thuộc của

hệ số khuếch đại vào thời gian thì chúng ta có thể hoàn toàn xác định được điều kiện phát xạ Khi hệ số khuếch đại bắt đầu lớn hơn hệ số hao hụt hay nói cách khác mật độ bức xạ bắt đầu tăng nhanh thì đó chính là dấu hiệu của sự

Nếu toàn bộ hạt định xứ ở mức |2〉 thì 𝑛2 = n ( khi đó 𝑛1 = 0), ta sẽ có giá trị

giới hạn của hệ số khuếch đại ở tần số v sẽ là:

𝑘21𝑔ℎ (v) = 𝑛𝐵21 (  )ℎ 

Trong đó:

𝐻21: là giá trị giới hạn của hệ số 𝑘21(v)

𝜎21: là tiết diện ngang khuếch đại

Với sự phụ thuộc vào tần số của hệ số Einstein được lấy trung bình trong dải vùng năng lượng bằng phương pháp sau:

13

Ở đây: 𝑔𝑖(𝐸𝑖) là bậc suy biến, còn 𝐶𝑖 là hệ số chuẩn hoá

Xét dịch chuyển tương ứng với tần số 𝑒 như ở hình 1.9

𝑘21 () = Quãng đường ánh sáng đi được trong 1sSự chênh lệch công suất

Sự khuếch đại của tần số  sẽ xảy ra khi 𝑘21 > 0

⟹n2

n 1 > exp [−h(e −  )

kT ] (1.8) Khi  < e, sự khuếch đại trong hệ cũng có thể xảy ra ngay cả với n2 < n1, ≥ 𝑒 điều kiện (1.8) chính là điều kiện cho sự nghịch đảo độ tích luỹ giữa hai mức |2〉 và |1〉

14

Đặc biệt để thuận tiện cho sự phát Lazer, cần những hệ phân tử có giá trị giới hạn của hệ số khuếch đại ở tần số  lớn tức là 𝜎21 lớn Ngoài ra, hiệu ( - e) cũng cần phải đủ lớn

Đại lượng 𝜎21 và ∆ (nửa độ rộng vạch phổ) đạt tới những giá trị lớn ở những chất màu mà nó có xác suất dịch chuyển tự động lớn Chúng ta giả thiết rằng, chất màu được kích thích bởi ánh sáng đơn sắc có tần số 𝑏 (như hình 1.9)

số hấp thụ Đây chính là điều kiện để bắt đầu có sự phát xạ của laser màu

1.2 Sơ đồ mức năng lượng và hệ phương trình động học của laser màu

1.2.1 Sơ đồ mức năng lượng của chất màu và các chuyển mức năng lượng

Các phân tử màu là hợp chất hữu cơ đa nguyên tử có cấu tạo phức tạp, vì vậy ta khó tìm được một hàm sóng tổng quát cho các chất màu nên đến nay ta vẫn chưa có mẫu chính xác về sơ đồ mức năng lượng Đối với các hoạt chất màu, sơ đồ mỗi mức năng lượng điện tử gồm có một số rất lớn các mức con dao động nằm sát nhau, ứng với các giá trị năng lượng dao động khác nhau Tuỳ thuộc vào từng bài toán cụ thể mà người ta có thể chọn sơ đồ mức năng lượng khác nhau Ví dụ, trong [2] sơ đồ mức năng lượng có dạng như hình 1.9

15

Hình 1.9 Sơ đồ 6 mức năng lượng của các hoạt chất laser màu [2]

Từ hình 1.9 ta thấy rằng sơ đồ từ hệ 2 mức năng lượng: hệ vạch đơn và

Khi xét nguyên tắc hoạt động của laser màu, tài liệu tham khảo [2] đưa

ra xét với sơ đồ 6 mức năng lượng như hình 1.10

Theo tài liệu [3] trình bày cấu trúc mức năng lượng như hình 1.10 khi cần đưa

ra mô hình thích hợp để phân tích môi trường vật liệu màu được bơm quang học Trong mô hình này, ta bỏ qua hiệu ứng kích thích cao hơn và trạng thái triplet của những phân tử

Hình 1.10 Cấu trúc mức năng lượng của phân tử màu [3]

Theo mô hình này, ban đầu các phân tử màu chủ yếu ở trạng thái cơ bản S0 sau khi hấp thụ ánh sáng kích thích các phân tử màu chuyển từ trạng thái cơ bản S0 lên các trạng thái đơn kích thích S1, S2 Do xác suất dịch chuyển S0 - S1 lớn nên sau kích thích quang học các phân tử chủ yếu dịch chuyển lên trạng thái S1 cụ thể là dịch chuyển lên các mức dao động kích thích Quá trình này tương ứng với sự tạo thành phổ hấp thụ băng rộng của