Ảnh hưởng của Chirp phi tuyến đối với
xung dạng Gauss trong buồng cộng hưởng
Laser CPM Dương Thị Thu Hương

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Khoa Vật lý
Luận văn Thạc sĩ ngành: Quang học; Mã số: 66 44 11
Người hướng dẫn: PGS.TS Trịnh Đình Chiến
Năm bảo vệ: 2011 Abstracts. Tổng quan về laser màu; mode trong buồng cộng hưởng laser; các
phương pháp đồng bộ mode. Nghiên cứu về Laser màu CPM, cách tạo chirp và bù
trừ chirp do các yếu tố như tán sắc vận tốc nhóm, sự tự điều biến pha, sự nén xung
trong và ngoài buồng cộng hưởng. Khảo sát ảnh hưởng của chirp phi tuyến đối với
xung dạng gauss trong buồng cộng hưởng của laser CPM: ảnh hưởng của chirp phi
tuyến qua môi trường chất hấp thụ bão hòa; ảnh hưởng của chirp phi tuyế nqua môi
trường khuếch đại; ảnh hưởng của chirp phi tuyến qua không gian ba chiều.

Keywords. Quang học; Chirp; Phi tuyến đối; Laser màu; Buồng cộng hưởng

Content
Lý do chọn đề tài
Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của laser xung cực ngắn, phương pháp
quang phổ học, lĩnh vực thông tin quang và nhiều ngành khác đã phát triển vượt bậc, các
đối tượng và phạm vi ứng dụng được mở rộng hơn. Đặc biệt cùng với sự phát triển
nhanh chóng của khoa học kỹ thuật và yêu cầu của cuộc sống, ngày càng đòi hỏi thông
tin phải được truyền với tốc độ cao, xung càng ngắn thì thông tin truyền càng nhanh. Sự

Tính chất quan trọng của laser màu là điều chỉnh được tần số hay bước sóng do
phổ phát xạ của chúng rộng ( 10 – 100nm ~10
13
– 10
14
Hz). Dùng các chất màu thích hợp
thu được bước sóng laser màu từ vùng hồng ngoại gần, vùng nhìn thấy cho đến vùng tử
ngoại gần.
1.2 Các mode trong buồng cộng hƣởng laser
1.2.1 Mode dọc trong buồng cộng hƣởng
1.2.2 Mode ngang trong buồng cộng hƣởng laser.
.3. Các phƣơng pháp đồng bộ mode
1.3.1. Nguyên lý tạo xung cực ngắn
Sự xuất hiện của xung sáng cực ngắn trong một cộng hưởng laser là liên hệ với sự
kiện rằng sẽ có thể kích thích đồng thời rất nhiều những dao động riêng trong cộng hưởng
Laser trong những môi trường kích hoạt với độ rộng dải tương đối lớn của sự dịch
chuyển laser cường độ trường tổng cộng E (t) của tia Laser được cho như sự chồng chập
của cường độ của M dao động riêng mode trụ.
1.3.2. Phƣơng pháp khoá mode chủ động
Phương pháp này là biến điệu sự mất mát bằng cách dùng một bộ điều biến đặt bên
trong buồng cộng hưởng. Bộ biến điệu này được điều khiển nhờ một tín hiệu bên ngoài
với tần số biến điệu bằng tần số của khoảng cách mode của các mode trục riêng. Yếu tố
này sẽ gây ra sự biến điệu về biên độ của các mode dọc. Có ba kĩ thuật có thể khảo sát
trong phương pháp này là biến điệu biên độ (AM), biến điệu tần số (FM) và phương pháp
bơm đồng bộ.
 Biến điệu biên độ
 Biến điệu tần số
 Bơm đồng bộ
1.3.3 Cơ chế phát xung cực ngắn bằng phƣơng pháp bơm đồng bộ


 
t
là biên độ và pha tức thời Của
xung sáng.
   
tt
L


với
 
 
dt
td
t



(2.5)
L

: tần số tức thời tại đỉnh cực đại hay gọi là tần số trung tâm.
Nếu xung bị biến điệu pha:
 
constt 
hay pha của xung bị biến điệu theo thời
gian thì xung bị biến điệu tần số hay xung có chirp khi
 
const
dt

thời gian này. Để nén các xung này cần cho xung qua hệ quang học cung cấp cho một tán
sắc vận tốc nhóm âm có cùng biên độ nghĩa là các thành phần phổ “ xanh” truyền nhanh
hơn các thành phần phổ “đỏ”. Hoặc cho qua cặp cách tử đặt ngoài buồng cộng hưởng tạo
tán sắc vận tốc nhóm âm làm ngắn xung hoặc dùng bộ nén xung hai tầng: một tầng cho
SPM, một tầng cho GVD để bù trừ độ lệch pha của phổ. Nếu sử dụng SPM thì phổ xung
sẽ mở rộng ra nhưng không làm thay đổi thời gian phổ. GVD có thể thay đổi xung ban
đầu hoặc cũng có thể bù trừ xung nên dùng kết hợp cả sợi quang và cặp cách tử để nén
xung ngoài buồng cộng hưởng.
2.3.4.1. GVD của các cách tử
2.3.4.2.GVD của lăng kính
2.4. Nén xung trong buồng cộng hƣởng
Do bước sóng phát xung fs đến tận vùng hồng ngoại gần. Các laser màu này có
các thành phần quang học đặc biệt để điều chỉnh GVD trong buồng cộng hưởng và thu
được xung ngắn nhất. Laser vòng CMP đồng bộ mode bị động sử dụng rộng rãi để tạo ra
laser màu có độ rộng dải khuếch đại lớn nên thường được dùng để phát xung có độ dài
dưới 100fs. Các ảnh hưởng của GVD và SPM trong buồng cộng hưởng đối với các laser
màu này là đặc biệt quan trọng. Dùng một trong các loại buồng cộng hưởng dạng vòng,
buồng cộng hưởng tuyến tính để thiết lập nên cấu hình buồng cộng hưởng phát laser fs.
Nhờ việc kết hợp sử dụng chất màu hấp thụ bão hòa khuếch đại có thể mở rộng dải xung
fs.
2.5 Nén xung ngoài buồng cộng hƣởng
Khi xung truyền qua mẫu phi tuyến sẽ bị mở rộng phổ, tần số phụ thuộc vào thời
gian. Các quá trình phi tuyến làm cho các xung bị biến điệu pha tức là trong môi trường
chiết suất thay đổi theo cường độ dẫn tới hiện tượng tự hội tụ và là yếu tố quan trọng để
khảo sát hiện tượng nén xung ngoài buồng cộng hưởng.

CHƢƠNG 3: ẢNH HƢỞNG CỦA CHIRP PHI TUYẾN ĐỐI VỚI XUNG
DẠNG GAUSS TRONG BUỒNG CỘNG HƢỞNG CỦA LASER CPM
3.1 Ảnh hƣởng của chirp phi tuyến qua môi trƣờng chất hấp thụ bão hòa
3.1.1 Khảo sát sự tƣơng tác xung trong chất hấp thụ bão hòa
3.1.3. Khảo sát trƣờng hợp xung vào dạng Gauss có chirp phi tuyến bậc một.
Xét xung đi vào dạng Gauss có chirp phi tuyến như sau:

2
2
1
0
)(),(











L
ict
eaAtzA




3.1.4. Khảo sát trƣờng hợp xung vào dạng Gauss có chirp phi tuyến bậc hai.
Xét xung đi vào dạng Gauss có chirp phi tuyến như sau:

r
2
0
2
0
2
2
2
),(
)(),(




ea
L
AtzA
ic














* So sánh xung Gauss có chirp tuyến tính và xung Gauss có chirp phi tuyến qua môi
trƣờng hấp thụ bão hòa.
+ Cùng hệ số hấp thụ, thời gian xung tương đối của chirp phi tuyến tăng chậm
hơn, cường độ xung giảm chậm hơn của chirp tuyến tính. Chirp phi tuyến càng lớn thì
thời gian xung tương đối tăng càng chậm, cường độ xung
II
vaora
/
giảm càng chậm
Xung Gauss có chirp phi tuyến càng lớn thì số xung phụ xuất hiện càng nhiều.
Kết luận:
+ Xung Gauss có chirp tuyến tính, có chirp phi tuyến khi đi qua môi trường hấp
thụ bão hòa đều làm cường độ xung tăng lên, thời gian xung tương đối giảm đi.
+ Khi có chirp phi tuyến, xung vào và xung ra xuất hiện nhiều xung phụ hơn
chirp tuyến tính .
3.2 Ảnh hƣởng của chirp phi tuyến qua môi trƣờng khuếch đại
Tính toán lý thuyết sự biến đổi đặc trƣng xung khi đi qua môi trƣờng khuếch
đại.
Khảo sát trƣờng hợp xung vào dạng Gauss có chirp tuyến tính.
Trƣờng hợp xung vào dạng gauss không có chirp.
Xét xung gauss vào có dạng:
),( tzA
= A(
)

= a
0
e
L



Khảo sát trƣờng hợp xung vào dạng Gauss có chirp phi tuyến tính bậc hai
*So sánh xung Gauss có chirp tuyến tính và xung Gauss có chirp phi tuyến qua môi
trƣờng khuếch đại.
+ Cùng hệ số hấp thụ, thời gian xung tương đối của chirp phi tuyến tăng chậm
hơn thời gian xung tương đối cường độ xung giảm chậm hơn của chirp tuyến tính.
+ Cùng tham số C thì số xung phụ có chirp càng lớn xuât hiện càng nhiều.
Kết luận:
+ Xung Gauss có chirp tuyến tính, có chirp phi tuyến khi đi qua
môi trường khuếch đại thì mặt của xung được khuếch đại mạnh, còn mặt sau thì bị giảm
khuếch đại, do nguyên tử ở mức trên trở về mức dưới, vì thế mặt này bị dốc đứng lên.
Đồng thời cường độ xung ra tăng, thời gian xung tương đối giảm.xung tương đối tăng
càng chậm, tỉ số
vaora
FF /
hầu như không giảm.
Ảnh hƣởng của chirp tuyến tính qua không gian ba chiều
Ảnh hƣởng của chirp phi tuyến bậc hai qua không gian ba chiều
Xung Gauss phi tuyến truyền qua sợi quang có cường độ xung giảm rất nhanh và thời
gian xung tăng nhanh theo đường truyền khi Z/Ld tăng.
Với cùng một quãng đường truyền Z/Ld thì tham số C càng lớn thì xung có cường
độ giảm nhanh và thời gian càng nhỏ.
Với cùng một tham số chirp C thì quãng đường truyền càng lớn cường độ xung
càng giảm nhanh, thời gian xung giảm nhanh.
Xung Gauss có chirp phi tuyến có cường độ xung giảm nhanh hơn so với xung
Gauss có chirp tuyến tính dọc theo đường truyền Z/Ld.
Khi giá trị của tham số chirp C càng tăng thì đỉnh cực đại chính càng nhọn, số
đỉnh xung phụ tăng dần nhưng giảm dần về cường độ khi khoảng cách truyền Z/Ld tăng.
Sự giảm cường độ trong trường hợp phi tuyến nhanh hơn so với chirp tuyến tính.

tuyến tính bậc một. Nhưng xét hình bao của cả xung thì không có sự thay đổi giữa chirp
tuyến tính và phi tuyến.
3. Khảo sát cường độ xung Gauss truyền qua sợi quang
+ Khi xung có chirp tuyến tính xuất hiện thì cường độ xung giảm dần dọc
theo sợi quang.
+ Khi xung có chirp phi tuyến bậc càng cao thì cường độ xung càng giảm nhanh
xung càng mở rộng.
+Với cùng một tham số chirp C thì quãng đường truyền càng lớn cường độ xung
càng giảm nhanh, thời gian xung giảm nhanh.
+Xung Gauss có chirp phi tuyến có cường độ xung giảm nhanh hơn so với xung
Gauss có chirp tuyến tính dọc theo đường truyền Z/Ld.
+Khi giá trị của tham số chirp C càng tăng thì đỉnh cực đại chính càng nhọn, số
đỉnh xung phụ tăng dần nhưng giảm dần về cường độ khi khoảng cách truyền Z/Ld tăng.
Sự giảm cường độ trong trường hợp phi tuyến nhanh hơn so với chirp tuyến tính. References

Tiếng Việt
1. Nguyễn Thế Bình (2006), Kỹ thuật laser, NXB Đại học Quốc gia, Hà Nội.
2. Đinh Văn Hoàng, Trịnh Đình Chiến (2002), Vật lý Laser và ứng dụng ,NXB Đại học
Quốc gia, Hà Nội.
3. Đinh Văn Hoàng (1999), Quang học phi tuyến, NXB Đại học Quốc gia ,Hà Nội.
4. Bùi Văn Hải (2007), Ảnh hưởng của môi trường hoạt chất và các yếu tố tán sắc trong
laser CPM, Luận văn thạc sỹ khoa học Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự
Nhiên, Hà Nội.
5. Mai Thị Huệ (2007), Khảo sát chirp trong và ngoài buồng cộng hưởng của laser màu
được đồng bộ mode, Luận văn thạc sỹ khoa học Vật lý, Trường Đại học Khoa
học Tự Nhiên, Hà Nội.
6. Trương Thị Thúy (2009), Ảnh hưởng của chirp đối với xung dạng Super Gauss trong