73
TẠP CHÍ KHOA HỌC, ðại học Huế, Số 65, 2011

PHÁT XUNG PICÔ GIÂY HỒNG NGOẠI GẦN BẰNG PHƯƠNG PHÁP
CHỌN LỌC THỜI GIAN PHỔ
Hoàng Hữu Hòa, ðại học Huế
Lê Ngọc Minh, Trường ðại học Khoa học, ðại học Huế
ðỗ Quang Hòa, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam
TÓM TẮT
ðộng học phổ của laser hồng ngoại băng rộng phát ra từ một buồng cộng hưởng
(BCH) ngắn có ñộ phẩm chất thấp ñã ñược nghiên cứu với hệ phương trình tốc ñộ mở rộng cho
nhiều bước sóng. Các kết quả thu ñược cho thấy khả năng phát trực tiếp xung laser màu picô
giây hồng ngoại bằng phương pháp chọn lọc thời gian phổ (STS).

1. Mở ñầu
Những laser phát xung cực ngắn trong vùng hồng ngoại gần là một nguồn kích
thích quan trọng trong quang phổ phân giải thời gian. Gần ñây, phép trộn tần số thường
ñược dùng ñể phát những xung laser ngắn trong vùng hồng ngoại gần khi sử dụng các
laser mode-lock. Tuy nhiên, năng lượng xung ra là rất thấp, không thể ứng dụng trực
tiếp trong nghiên cứu quang phổ và ñặc biệt là trong quang phổ phi tuyến. Hơn nữa, kỹ
thuật này ñòi hỏi phải có hai laser bơm ñắt tiền (một laser phát xung và một laser phát
liên tục).
Bằng phương pháp chọn lọc thời gian phổ là dựa trên cơ sở một tiến trình phổ
cực nhanh của laser màu băng rộng, buồng cộng hưởng ngắn, ñộ phẩm chất thấp, với
nguồn bơm nanô-giây có thể tạo ra ñược laser xung picô-giây trong miền hồng ngoại
gần.
2. Hệ phương trình tốc ñộ
ðể mô tả tiến trình phổ-thời gian trong phát xạ laser màu xung băng rộng với
buồng cộng hưởng ngắn, ñộ phẩm chất thấp, hệ phương trình tốc ñộ sau ñược sử dụng

∑∑
==
σ
τ
σ
∂
∂
(1)
( )
[ ]
101
2 NA
T
I
lNN
t
I
i
i
iaiei
i
+−−=
∂
ασσ
∂
(2)
N = N
1
+ N
0

,
N N
là ñộ tích luỹ phân tử ở trạng thái ñơn
0
S
và
1
S
;
τ

là thời gian sống huỳnh quang của phân tử màu;
P
là tốc ñộ bơm;
(
)
[
]
1
12
−
−+= cnlLT
c
là thời gian ánh sáng ñi một vòng trong BCH,
L
là chiều dài
BCH,
l
là chiều dài môi truờng hoạt chất,
c

ngưỡng
=
σσ
σ
σ
τ
+
+
e
a
1
với
2
LN
α
σ
= (4)
3. ðộng học phổ của laser màu băng rộng có buồng cộng hưởng ngắn, ñộ phẩm
chất thấp
Hệ phương trình tốc ñộ mở rộng cho 25 phương trình cường ñộ và một phương
trình cho ñộ tích lũy ở trạng
thái kích thích, bước tính phổ
1nm ñược nghiên cứu với
chất màu hồng ngoại Nile-
Blue (NB)/ethanol. Tính toán
trong trường hợp l = 1 cm, L
=1 cm, N = 1.10
18
cm
-3

75

Hình 2. Phổ tức thời của laser màu NB/ethanol

Hình 3. Tiến trình thời gian-phổ của laser màu NB/ethanol ở bảy bước sóng ñiển hình
Hình 3 trình bày tiến trình thời gian-phổ của laser màu NB/ethanol ở bảy bước
sóng khác nhau. Kết quả cho thấy sự tắt dần dao ñộng phụ thuộc rất mạnh vào bước
sóng. Tại phía sóng ngắn của phổ laser (704 - 708 nm) có sự dập tắt dao ñộng rất nhanh.
ðáng chú ý là ở bước sóng 704 nm (Spike ñầu tiên) có ñộ rộng xung là 80 ps (FWHM),
ñây là xung laser ñược quan tâm ñể tạo ra xung laser ngắn bằng phương pháp chọn lọc
702 704 706 708 710 712 714
0,0
0,5
1,0
1. t = 6.3 ns
2. t = 7.2 ns
3. t = 7.6 ns
4. t = 8.3 ns
5. t = 9.6 ns
C−êng ®é (chuÈn ho¸)
B−íc sãng (nm)
1

2

3


1.0
708 nm

706 nm

0.0
0.5
1.0
704 nm
80 ps

0.0
0.5
1.0
15
10
5
0
P(t)
N
1
(t)
C−êng ®é (chuÈn ho¸)
76

with a rate equation model extended to a multiwavelength analysis. The results obtained show
the possibility of direct emission of an infrared picosecond dye laser pulses based on the
spectro-temporal selection (STS) method.