BIỆN LUẬN VỀ KẾT QUÁ THU ĐƯỢC
4.6. LASER DUNG NGUYEN TO BAT HIẾM
Prt Ne Dy? Sm2*
10%mr'| (CaO, CP, (GaP,
Ay a, 3P, › —— a
3B;
D, ———
l6 1,05um = mm ———- 9 „mm sp.
3⁄2 9
44 A
8 1,06um %1,
Lệ: 2 As 4 wo — + 4 12 I,
5 —
H : Tự, + 1, | "Fy
<1
200m ese!
Hình 4.21. Sơ đô mức năng lượng của đất hiếm.
Loại Laser rắn trong đó chất kích hoạt là những ion nguyên tố đất hiếm như Nd, Dyprozi, Samari, Erbium... cũng là loại Laser thông dụng.
Nghịch đảo nồng độ trong ion đất hiếm được thực hiện theo hệ sơ đô 4 mức. Do đó mật độ bức xạ bơm ngưỡng khá nhỏ. Đó là ưu điểm cơ bản của loại Laser này. Tác dụng của trường ngoài lên ion đất hiếm yếu hơn Rubi, vì vậy phải ding dich chuyển điện tử. Đồ thị năng lượng các mức thấp của một số ion đất hiếm và những dịch chuyển công tác của chúng được biểu điến như trên hình 4.21. Trong bảng 4-2 giới thiệu đặc tính những dịch chuyển công tác của một số ion đất hiếm.
11-GTGS 161
a ân
Bảng 4.2
Nguyên tố | Kíhiệu Dịch chuyển Bước sóng | Năng lượng
đất hiếm công tác [um] mức Laser
dưới [emˆ]
Neodym Nd* “Fp “hin 1,06 200
Dysprosi Dy * Ll 2,36 35
Samari Sm?* 'D,—7E, 0,7 260
Erbium Br* “Isa? “Tse 1,61 400
Holmi Ho” Ll, 2,05 230
Praseodym Pr* G,—>*H, 1,05 300
Năng lượng của mức Laser đưới thường rất lớn hơn KT do đó về nguyên tắc có thể làm việc không cần làm lạnh. Chất kích hoạt thường chiếm khoảng 0,005+1%.
xạ 0ẽ
08
0,6
04
02
0
03 05 07 Mụm] 03 05 07 Aum}
a) b
Hình 4.22. Phổ năng lượng hấp thụ.
162
Phổ hấp thụ của hoạt chất gồm có nhiều đải và không rộng lắm.
Trên hình 4.22 giới thiệu phổ hấp thụ của hoạt chất mà chất kích thích là Neodim hoặc Samari. Laser nguyên tố đất hiếm có thể làm việc hoặc ở chế độ xung hoặc ở chế độ liên tục. Năng lượng bơm ngưỡng ở chế độ xung khoảng I foules. Năng lượng bức xạ phụ thuộc vào bức
* xa bơm được mô tả bằng biểu thức:
~ PoPs
? l+cpy
6 Xem
07 tnt nạ 05 07 xu 05 07 fp] in
Hình 4.23. Phổ hấp thụ của YAG, khi có hoạt chất .
Với Laser thủy tỉnh năng lượng cực đại trong một xung hiện nay có thể đạt tới 1 Jun hoặc lớn hơn. Thanh thủy tỉnh Laser khi đó đài tới gần 1 met và đường kính đZ20+30 mm. Hiệu suất của Laser nguyên tố đất hiếm chỉ khoảng vài phần nghìn. Trong chế độ liên tục thì thanh hoạt chất thường có kích thước nhỏ, công suất bơm ngưỡng khi đó chỉ khoảng 1kW. Vì thủy tỉnh chịu nhiệt kém nên Laser thủy tính thường không làm việc ở chế độ liên tục. Dải phổ hấp thụ của đất hiếm nhỏ nên để nâng cao hiệu suất bơm và giảm công suất bơm ngưỡng người ta thường cho thêm vào chất nền những ion Crom (Cr”), vì những ion Cr sẽ mở rộng đải phổ hấp thụ. Trên hình 4.23 giới thiệu phổ hấp thu của YAG hoạt hóa bằng NạỶ* khi có và không có Cr”*. Phổ hấp thụ của YAG: N,?* khi có thêm Cr”* sẽ là tổng của phé hap thu N,** và Cr””.
163
Trong hoạt chất còn có hiện tượng truyền năng lượng kích thích của các ion này cho những ion khác. Những ion Cr'* đã được kích thích sẽ truyền năng lượng cho những ion của chất kích hoạt N,” và
Bảng 4.3
Chế độ làm việc Năng lượng bơm ngưỡng
Khong cé Cr* Khi cd thém Cr**
Xung 1Jun 2Jun
. Đèn day tóc 750 W 440W
Liên tục
Đèn thủy ngân 1300W 180W
Bảng 4.4
Chất | Chất nên Dịch Phổ Nang |Dải hấp| Nhiệt
kích chuyển phát | lượng của | thụ[umj| | độ làm
hoạt công tác xạ trạng thái việc
[um] | Laser dưới [K]
fem]
cr | ALO, | 7B >*A, | 0,69 0 0,32+0,6 | 77/300 CawO, | “Fie ‘Iue | 1,06 2000 0,5+0,6 | 77/300 SrWO, | *Fy.-> “ue | 1,06 2000 0,5+0,6 | 77/300 Nd | Thủy | *F,,9T,, | 1,05
tinh | *Fyp> “Tne | 1,05 2000 0,56+0,5 | 77/300
CaF, | “Fy. “Tae | 1,04 2000 0,5+0,6 300
SF, | Ta >“Tnn | 1,06 | 2000 0,5+0,6 77 BaF, | “Fp lu; | 1/06 2000 0,5+0,6 300 CaM,O, | “Fir “Ine | 1,06 | 2000 0,5+0,6 7
PbM,O, 300
Dy* | CaF, 10°, 2,36 35 8,821 71
164
Sige
..
như vậy có thể sử dụng triệt để năng lượng hấp thụ do đó sẽ làm tăng hiệu suất bơm và giảm ngưỡng phát Laser. Nhưng cân chú ý rằng, do quán tính của những quá trình kích thích nên hiệu ứng trên chỉ có hiệu lực ở chế độ liên tục của Laser. Bảng 4.3 cho phép so sánh năng lượng bơm ngưỡng và công suất ngưỡng đối với chế độ xung và chế độ liên tục của Laser YAG hoạt hóa bằng Nụ” khi có và không có thêm Cr°, Ngưỡng phát xạ sẽ giảm rõ rệt nếu dùng đèn thủy ngân và phổ của nó trùng với đải phổ hấp thụ của Cr°*,
Bảng 4.4 cho ta thấy những số liệu cơ bản của những hoạt chất Laser rấn thông dụng.
Cồn nhiều phương pháp khác nữa để làm tăng hiệu suất sử dụng đèn bơm.