Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 6
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
o0o
BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP BỘ

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG NGUỒN BƠM QUANG HỌC
BẰNG LASER BÁN DẪN CÔNG SUẤT CAO
CHO LASER RẮN Mã số: B2008-TN08-05

Chủ nhiệm Đề tài: ThS. Nguyễn Văn Hảo

năng lượng laser thấp đó là do đèn flash có phổ phát xạ phân bố rộng trong khi đó tinh
thể Neodium (Chromium) chỉ có thể hấp thụ trong một dải phổ hấp thụ hẹp (2 3 nm).
Năng lượng của đèn bơm bị mất mát chủ yếu dưới dạng nhiệt, vì vậy các laser này đòi
hỏi phải có các hệ thống làm mát phức tạp dẫn đến cấu hình laser cồng kềnh. Các
nghiên cứu nhằm nâng cao hiệu suất chuyển đổi năng lượng trong laser Neodium
(Chromium) cũng như các phương pháp nhằm cải tiến đèn flash đều không mang lại
hiệu quả.
Ngày nay, nhờ sự phát triển của công nghệ laser bán dẫn, công suất phát của
laser bán dẫn có thể đạt tới hàng chục oát (W) với phổ phát xạ tập trung trong một
khoảng phổ hẹp (2 3 nm) phù hợp với phổ hấp thụ của các tinh thể laser. Do vậy,
ngay lập tức phương pháp bơm quang học bằng laser bán dẫn để bơm cho laser rắn đã
được phát triển mạnh mẽ. Với phương pháp này hiệu suất chuyển đổi năng lượng laser
được nâng lên đáng kể đồng thời cấu hình laser cũng được thu gọn hơn. Với các cấu
hình bơm khác nhau, hiệu suất chuyển đổi năng lượng laser khi bơm bằng laser bán
dẫn có thể đạt từ 10 ÷ 80%. Ngoài ra, việc bơm bằng laser bán dẫn cũng hạn chế được
những nhược điểm cố hữu của phương pháp bơm bằng đèn flash như: hiệu ứng thấu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 8
kính nhiệt trong thanh hoạt chất gây ra sự phát laser không ổn định, tăng độ phân kỳ
của chùm tia và sự hấp thụ ở vùng tử ngoại làm phá huỷ thanh hoạt chất… Chính
những ưu điểm của phương pháp bơm bằng laser bán dẫn mà hiện nay xu hướng sử
dụng nguồn laser bán dẫn để làm nguồn bơm cho các laser rắn đang được phát triển rất
mạnh.
Trong các phòng thí nghiệm quang học và quang phổ ở nước ta hiện nay (Các
Trường Đại học, các Viện nghiên cứu, Trung tâm Kỹ thuật Quân sự, Bệnh viện, …)
nhu cầu sử dụng laser Neodium trong nghiên cứu khoa học là rất lớn. Tuy nhiên, các
laser Neodium (Chromium) chủ yếu được bơm bằng đèn flash và phải mua từ nước

cạnh tranh) và phù hợp với các điều kiện nghiên cứu và khai thác ở Việt Nam trong
công nghệ và ứng dụng laser bán dẫn này.
 Phương pháp nghiên cứu là vật lý thực nghiệm.
- Khảo sát các đặc tính, thông số hoạt động: đặc trưng công suất, phổ
của laser bán dẫn công suất cao theo dòng bơm và nhiệt độ.
- Thiết kế và xây dựng hệ laser Neodium phát liên tục và xung ngắn
khi bơm bằng laser bán dẫn công suất cao.
- Nghiên cứu sự hoạt động của laser Neodium khi bơm bằng laser bán
dẫn này.
Nội dung của đề tài là tiến hành nghiên cứu, thiết kế và lắp ráp một hệ laser rắn
Neodium được bơm bằng laser bán dẫn, đồng thời nghiên cứu các đặc trưng hoạt động
của hệ thống laser này. Đề tài được chia làm 3 chương chính như sau:
Chương 1: Môi trƣờng laser rắn đƣợc bơm bằng laser bán dẫn.
Trong chương này, chúng tôi trình bày các tính chất của các môi trường laser
rắn phổ biến được bơm bằng laser bán dẫn. Tập trung phân tích các đặc điểm của môi
trường laser Neodium và nguyên lý hoạt động của hệ laser bốn mức năng lượng.
Chương 2: Các cơ chế bơm cho laser rắn và các chế độ hoạt động của nó.
Trong chương này, chúng tôi trình bày các cơ chế bơm cho các laser nói chung
và laser rắn nói riêng. Đặc biệt là cơ chế bơm cho laser rắn bằng laser bán dẫn theo cấu
hình bơm dọc. Với cấu hình này laser cho hiệu suất cao hơn so với các cấu hình khác.
Ngoài ra, trong chương này chúng tôi cũng giới thiệu một vài chế độ hoạt động của
laser rắn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 10

Chương 3: Các kết quả và thảo luận
Trong chương này, chúng tôi trình bày các kết quả khảo sát nguồn bơm laser

Tm: YAG, Yb: YAG ) và Cr
3+
: LiSAF, Cr
3+
: LiCAF Dưới đây chúng ta sẽ đi xét cụ
thể một số tính chất quang của một vài môi trường laser rắn điển hình.
1.1. Môi trƣờng laser Neodium.
Môi trường laser Neodium

là môi trường laser được sử dụng khá phổ biến hiện
nay. Môi trường nền chủ yếu thường là tinh thể Y
3
Al
5
O
12
(gọi tắt là YAG), trong đó
các ion Y
3+
được thay thế bởi các ion Nd
3+
. Bên cạnh đó, một số môi trường nền khác
cũng thường được sử dụng như: một số loại muối flouride (ví dụ: YLiF
4
- viết tắt
YLF), vanadate (YVO
4
), và một số loại muối phốt phát hoặc thủy tinh silicate… Nồng
độ pha tạp ion Nd
3+

1.1.1. Môi trƣờng laser Nd:YAG
Hình 1.1: Cấu trúc mức năng lượng của môi trường laser Nd:YAG [7 p.5] .

Nd: YAG
= 1064 nm
Nd: YVO
4
= 1064 nm
Nd: YLF
= 1053 nm
Nd: glass
= 1054 nm
Nồng độ pha tạp
ion Nd (atom %)
1
1
1
3,8
N
t
(10
20
ion/cm
3

n
0
= 1,82
n
e
= 2,168
n
0
= 1,4481
n
e
= 1,4704
n = 1,54

Dịch chuyển không phát xạ
Hấp thụ
Phát xạ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 13
Đây là môi trường laser đang được sử dụng rất rộng rãi hiện nay, cấu trúc năng
lượng và chuyển dịch quang học cho bức xạ laser được mô tả trên hình 1.1. Trên hình
1.2 chúng ta thấy rằng phổ hấp thụ của môi trường Nd:YAG có ba vùng hấp thụ mạnh
của ion Nd
3+
ở quanh vùng bước sóng 600 nm, 730 nm và 800 nm. Vì vậy, chúng ta có
thể sử dụng laser bán dẫn loại AlGaAs phát xạ laser ở vùng bước sóng 808 nm để bơm
cho laser Nd:YAG.

5/2
,

do thời gian sống của nguyên tử trên mức này rất ngắn ( 10
-15
s)
nên chúng hồi phục không phát xạ rất nhanh từ trạng thái
4
F
5/2
về trạng thái
4
F
3/2
– đây
là mức laser trên, thời gian sống của nguyên tử trên trạng thái này với ion Neodium cỡ
( 10
-7
s), vì vậy đây còn gọi là trạng thái siêu bền. Nghịch đảo độ tích luỹ được tạo
ra giữa mức laser trên
4
F
3/2
và các mức laser dưới là
4
I
13/2
,

4

2
)
Bước sóng (nm) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 14
Bảng 1.2: Các dịch chuyển quang học của ion Nd
3+
và xác suất tương ứng [7 p.4]. Chúng ta thấy rằng, xác suất dịch chuyển cao nhất từ mức laser trên
4
F
3/2
về
mức laser dưới
4


15
sóng 1064 nm đo ở nhiệt độ 300
0
K, có nghĩa rằng khả năng phát xung ngắn thu được
ở chế độ hoạt động mode-locking có thể đạt tới độ rộng xung laser là 5 ps [19 p.371].
1.1.2. Môi trƣờng laser laser Nd:YVO
4 Hình 1.4: Phổ truyền qua của môi trường Nd:YVO
4
đo ở nhiệt độ 300 K [13].
Môi trường laser Nd:YVO
4
là môi trường laser đang được phát triển rất mạnh
trong những năm gần đây [11], [15]. Sở dĩ môi trường Nd:YVO
4
được sử dụng rộng
rãi là vì nó có những đặc điểm nổi bật như: độ dẫn nhiệt rất cao cho phép tiêu tán nhiệt
xuất hiện trong quá trình bơm quang học, độ bền cơ học cao và có thể nuôi tinh thể

F
7/2
2,526 cm
-1
2,001 cm
-1
11,414 cm
-1
11,502 cm
-1
0,8 m
0,7 m
1,06 m
= 2.10
3
cm
-1 a: Nồng độ pha tạp Nd
3+
0,5% trong nền YVO
4
(độ dày mẫu: 1mm)
b: Nồng độ pha tạp Nd
3+
3% trong nền YVO
4
(độ dày mẫu: 1mm)


(khi bơm quanh vùng 700 nm), mức laser trên là
4
F
3/2
và mức laser dưới là
4
I
11/2
. Vì mức laser dưới bị suy biến nên ta có các dịch chuyển từ mức laser trên về các
mức laser dưới sẽ cho ta một loạt các bước xạ laser với bước sóng khác nhau và xác
suất dịch chuyển khác nhau. Xác suất dịch chuyển cho bức xạ laser mạnh nhất là
quanh vùng 1,06 m.
Phổ phát xạ huỳnh quang của ion Nd
3+
trong nền YVO
4
thu được ở nhiệt độ
300K với cả hai phân cực p và s trên hình 1.6. Từ phổ phát xạ huỳnh quang của
Nd:YVO
4
chúng ta thấy rằng, phát xạ huỳnh quang mạnh nhất thu được ở vùng bước
sóng 1,06 m, vì vậy, hầu hết các laser Nd:YVO
4
được chế tạo hoạt động ở vùng bước
sóng này.
4nồng độ pha tạp 1.1%
(phân cực s)
I (a.u) I (a.u)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 17
vì vậy, so với môi trường Nd:YAG, môi trường Nd:YVO
4
có thể phát được xung ngắn
hơn và cho công suất laser cao hơn.
1.1.3. Môi trƣờng laser Nd:glass
Đây cũng là một môi trường laser được sử dụng khá rộng rãi đặc biệt trong chế
tạo, khuếch đại laser công suất cao và trong các thí nghiệm sử dụng các kỹ thuật bốc
bay bằng laser.
Các dịch chuyển quang học của ion Nd
3+
trong nền thủy tinh cũng tương tự như
các dịch chuyển quang học của ion Nd
3+
trong nền YAG, dịch chuyển quang học cho
bức xạ laser mạnh nhất tương ứng với bước sóng 1,05 m. Do tiết diện phát xạ cưỡng
bức nhỏ (kém 7 lần so với Nd:YAG) nên thông thường mật độ pha tạp ion Nd

dịch quang học cho phát xạ laser là các chuyển dịch quang học của ion Cr
3+
. Cấu trúc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 18
mức năng lượng và các chuyển dịch quang học của ion Cr
3+
trong nền LiSAF và
LiCAF tương tự nhau và được biểu diễn trên hình 1.8. Đặc điểm nổi bật của môi
trường laser Chromium đó là phổ phát xạ rất rộng (bảng 1.3), thích hợp cho việc phát
các xung laser cực ngắn và có thể xây dựng các hệ laser điều chỉnh bước sóng trong
một khoảng phổ khá rộng.
Các thông số chính của một số môi trường laser có thể điều chỉnh bước sóng
được cho trên bảng 1.3:
Bảng 1.3: Các thông số của một số môi trường laser điều chỉnh bước sóng [19 p. 383].

Phổ hấp thụ và phát xạ huỳnh quang được biểu diễn trên hình 1.7:
Trên phổ hấp thụ hình 1.7, chúng ta thấy rằng môi trường laser Cr
3+
có hai vùng
phổ hấp thụ mạnh: vùng thứ nhất trung tâm là bước sóng 450 nm; vùng thứ hai xung
quanh bước sóng 650 nm tương ứng với dịch chuyển hấp thụ
4
A
2

4


19
trong dải hấp thụ từ
4
A
2

2
E, mức dao động thấp nhất của
4
T
2
nằm xấp xỉ dưới trạng
thái
2
E. Do hồi phục nhanh giữa 2 trạng thái này, trạng thái được tích luỹ nhiều nhất
Tiết diện hấp thụ
Tiết diện phát xạ
Bước sóng (nm)
Hấp thụ
Phát xạ
Hình 1.7: Phổ hấp thụ và phổ huỳnh quang của Cr:LiSAF và Cr:LiCAF [19 p.386].

Năng lượng
Trục tọa độ
Hình 1.8: Cấu trúc năng lượng và các dịch chuyển quang học của ion Cr
3+
trong các nền
quang học: (a) - Alexandrite; (b) - Cr:LiSAF [12 p.75],[21 p.327].
Hình 2. Các mức năng lượng của Cr
3+
và sơ đồ 4 mức
Các dịch chuyển
quang học như
hình vẽ tương ứng
với thời gian hồi
phục
3. Các mức năng lƣợng của Cr
3+

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 21
Chƣơng 2.
CÁC CƠ CHẾ BƠM CHO LASER RẮN
NÓ .

2.1. Các cơ chế bơm cho laser.
Để tạo nghịch đảo độ tích luỹ cho laser hoạt động, chúng ta cần bơm năng lượng
cho môi trường hoạt chất. Có rất nhiều phương pháp bơm năng lượng cho môi trường
hoạt chất: Bơm quang học, bơm điện, bơm hoá học, bơm nhiệt, Nhưng chủ yếu vẫn
là hai phương pháp bơm sau: bơm quang học và bơm điện.
2.1.1. Bơm quang học.
Bơm quang học là dùng một nguồn sáng khác có bước sóng thích hợp chiếu vào
môi trường hoạt chất. Nguồn sáng đó có thể ở dạng liên tục hoặc xung, được phát ra từ
đèn thông thường hoặc laser. Cách này thường được dùng khi môi trường hoạt chất là
chất rắn hoặc chất lỏng.
Trong phương pháp này, ánh sáng từ nguồn bơm được môi trường hoạt chất hấp
thụ, nguyên tử được bơm lên các mức năng lượng cao (gọi là các mức kích thích), từ
các mức đó nguyên tử chuyển xuống mức siêu bền và bị cưỡng bức phát xạ ra ánh
sáng. Thực tế, do laser có thể có nhiều mức kích thích (có thể do cơ chế mở rộng vạch
ở trong chất rắn và chất lỏng), sau khi nguyên tử được chuyển lên các mức kích thích,
sẽ xảy ra sự dịch chuyển không bức xạ xuống mức siêu bền nên ánh sáng nguồn bơm
không cần quá đơn sắc cũng có thể sử dụng được, như đèn nóng sáng hay đèn flash
[19].
Các nguồn bơm quang học có thể là nguồn sáng không kết hợp như: các đèn xung
(phóng điện trong chất khí), các diode phát quang (LED), đèn hồ quang liên tục, ngọn

các vạch hấp thụ của chúng thường hẹp hơn rất nhiều so với rải rộng phát xạ của đèn.
Trong số các laser khí, chỉ có laser Cs được bơm bằng đèn. Ở đây, hơi Cs được bơm
bằng đèn He liên tục, áp suất thấp. Trong trường hợp này, khá thuận lợi cho bơm
quang khi vạch phát xạ của He mạnh ở bước sóng ~ 390 nm. Vạch phát xạ của He
(khá sắc nét vì sử dụng áp suất thấp) trùng với vạch hấp thụ của Cs [19].
2.2. Cơ chế bơm cho laser rắn.
Để tạo nghịch đảo độ tích luỹ trong laser rắn, người ta dùng bơm quang học. Khi
các photon từ nguồn sáng chiếu vào môi trường hoạt chất sẽ truyền năng lượng kích
thích cho các tâm hoạt chất và chuyển chúng lên trạng thái kích thích.
Hiệu quả của bơm quang học phụ thuộc vào hai yếu tố :
+) Thứ nhất, bức xạ bơm phải được hấp thụ mạnh bởi các tâm hoạt chất và đồng
thời không bị chất nền hấp thụ.
+) Thứ hai, hiệu suất lượng tử của bơm phải cao và gần như tất cả các tâm hoạt
chất sau khi được đưa lên mức kích thích nhờ bơm phải chuyển về mức laser trên [1].
Hai loại nguồn sáng phổ biến trong bơm quang học laser rắn gồm:
+) Nguồn sáng không kết hợp (incoherent light source), tương ứng với phổ điện
tử băng rộng: đèn flash, đèn hồ quang,
+) Nguồn sáng kết hợp (nguồn sáng laser) ứng với phổ điện tử băng hẹp: các
laser khác.
2.2.1. Bơm bằng nguồn sáng không kết hợp.
* Đèn bơm.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 23
Trong trường hợp bơm quang học bằng nguồn sáng không kết hợp, ánh sáng bơm
được phát ra theo mọi phương, thông thường là trong một phạm vi rộng [19].
Trong vùng quang học, các mức năng lượng của ion Neodym tạo thành hệ lượng
tử 4 mức. Phổ hấp thụ của hệ laser Neodym nằm trong vùng nhìn thấy và hồng ngoại

500 1000 1500 2000
Bước sóng (nm)
Cường độ (tỉ đối)
0
20
40
60
500 1000 1500 2000
Bước sóng (nm)
Cường độ (tỉ đối)

Hình 2.2. Đặc trưng phổ phát xạ của đèn Xenon [5].

Hình 2.1. Đèn flash dùng để bơm cho laser rắn [10]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 24
chế độ liên tục, cần sử dụng đèn hồ quang liên tục. Do trong laser liên tục sử dụng hoạt
chất với ngưỡng phát thấp, nên cường độ bức xạ của đèn hồ quang chỉ cần thấp hơn
các đèn xung khác.
Đèn xung có nhiều dạng cấu trúc khác nhau: dạng ống xoắn ốc, dạng ống trụ
(hình 2.1), dạng gấp khúc (hình 2.3)… Để làm nguồn bơm cho laser rắn thì thông dụng
nhất là đèn dạng ống trụ. Trong trường hợp môi trường hoạt chất có dạng hình trụ thì
chiều dài và đường kính của nó bằng với của đèn. Đường kính thường nằm trong
khoảng từ một vài mm đến vài chục mm, chiều dài từ vài cm đến vài chục cm [19].
* Hộp phản xạ.
Để nâng cao hiệu suất bơm, đèn và hoạt chất được đặt trong một hộp phản xạ.

phản xạ elíp là thông dụng nhất [5].
Trong các trường hợp sử dụng một hay nhiều đèn bơm, thanh laser luôn phải
được làm lạnh. Phương pháp làm lạnh ở đây là dùng nước nối với máy bơm để nước
chảy liên tục nhằm lấy đi nhiệt lượng trong thanh laser (hình 2.4).

Hình 2.5 là ảnh một hộp hình chữ nhật chứa hộp bơm đơn hình elip với một đèn
flash được đặt tại một tiêu điểm và một thanh laser tại tiêu điểm còn lại, hoặc khoang
elip kép với đèn flash được đặt tại tiêu điểm của mỗi khoang và thanh laser được đạt
tại tiêu điểm chung của hai khoang.
Hình 2.4. Cấu hình bơm laser rắn bằng đèn Flash khi sử dụng
hộp phản xạ elíp có 2 đèn bơm
1: Thanh hoạt chất

dẫn. Laser bán dẫn có nguồn ánh sáng kết hợp, đặc biệt có phổ phát xạ rất hẹp và có
thể thay đổi được trong vùng phổ rộng. Hiện nay, các laser bán dẫn đã được chế tạo
với công suất lớn, kích thước nhỏ. Sử dụng laser bán dẫn có công suất lớn, hoặc nhiều
laser có công suất nhỏ, có bước sóng trùng với phổ hấp thụ của hoạt chất làm nguồn
bơm cho laser rắn là một trong những phát triển của công nghệ laser rắn.
Các laser bán dẫn được sử dụng nhiều nhất cho laser rắn là các laser có bước
sóng nằm trong khoảng từ 800 nm đến 900 nm. Với việc sử dụng nguồn bơm kết hợp,
hiệu suất laser có thể nâng lên đến 80 % [5].
Ngoài ra, nếu sử dụng laser bán dẫn để bơm cho laser rắn thì nó có một số ưu
điểm sau:
+) Thứ nhất, thời gian sống của laser diode lớn hơn nhiều so với thời gian sống
của các đèn phóng điện, điều này đóng góp rất lớn vào độ tin cậy và sự thuận lợi trong
hoạt động của laser, dẫn đến việc tăng tuổi thọ và giảm giá thành bảo dưỡng.
+) Thứ hai, là các laser bơm bằng diode có hiệu suất cao hơn các laser bơm bằng
đèn flash. Các nguồn bơm khí phóng điện phát xạ băng rộng, các băng này có sự
chồng chập nhỏ với các băng hấp thụ gián đoạn của các ion pha tạp trong tinh thể. Do
đó khoảng 90 % năng lượng bơm không đóng góp vào hoạt động của laser và tạo ra
hao phí nhiệt. Ngược lại, có thể chọn các laser diode để phổ phát xạ của nó phù hợp tốt
nhất với các băng hấp thụ của môi trường laser. Các laser diode thường nhỏ gọn, vì nó
không đòi hỏi các hệ làm nguội phức tạp và các nguồn điện nuôi cao. Ngoài ra, các
laser bơm bằng diode nói chung là có độ ồn thấp do tính ổn định của các diode bơm và

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 27
có thể cho các xung ra ngắn hơn các laser bơm bằng đèn chớp do chiều dài buồng
cộng hưởng của chúng ngắn hơn.
2.3. Cơ chế bơm cho laser rắn bằng laser bán dẫn.
2.3.1. Nguồn bơm bằng laser bán dẫn.

a) Mặt cắt dọc; b) Mặt cắt ngang.

Laser bán dẫn
Laser bán dẫn
Hoạt chất
Laser bán dẫn
Laser bán dẫn
Hoạt chất

a)
b)

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 28 Năng lượng của các laser này ổn định và phân bố đều trên toàn bộ chiều dài hoạt
chất laser rắn. Các thanh này được đặt song song với hoạt chất (hình 2.7a) giống như
một đèn flash. Bức xạ phát ra của laser bán dẫn sẽ chiếu thẳng vào hoạt chất mà không
phải sử dụng hộp phản xạ như trong trường hợp bơm quang học không kết hợp.
Thông thường người ta sử dụng từ bốn thanh đến sáu thanh laser, đặt xung quanh
hoạt chất (hình 2.7b).
* Cấu hình bơm dọc.
Đối với các hoạt chất laser rắn có kích thước bé và yêu cầu phát công suất thấp có
thể sử dụng một laser bán dẫn có công suất lớn bơm dọc theo chiều dài của hoạt chất.
Cấu hình bơm dọc được chỉ ra trên hình 2.8.
L
M1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN 29
Trong chế độ phát xung có ba chế độ: chế độ phát xung tự do, chế độ điều biến độ
phẩm chất buồng cộng hưởng (Q - switching) và chế độ khóa mode (mode locking).
* Chế độ phát xung tự do
Xung bức xạ laser được thực hiện trong thời gian tác dụng của xung bơm, trong đó
xung bức xạ trễ so với xung bơm một thời gian. Đó là thời gian cần thiết để tạo ra
nghịch đảo mật độ tích lũy giữa các mức năng lượng trong hoạt chất. Thời gian trễ này
tùy thuộc vào tính chất của hoạt chất, đối với ruby là gần 300 s, Nd: glass là 200 s,
và tinh thể Nd: YAG là 50 s.
2.9. Nd [1]

* Chế độ điều biến độ phẩm chất buồng cộng hưởng (Q – switching)
Người ta sử dụng hiệu ứng ngắt ánh sáng nhờ các van điện - cơ, điện - quang, từ -
quang, quang - hóa. Trong thời gian xung bơm tác dụng nếu độ phẩm chất của buồng

xung ngắn khác nữa, đó là sự phát xung ngắn dựa trên quá trình quá độ của buồng
cộng hưởng (transient-cavity). Quá trình này dựa trên hiện tượng dao động hồi phục
trong quá trình bức xạ của laser xảy ra trong các môi trường laser màu rắn và laser rắn
khi được bơm xung đã được quan sát từ rất sớm [8], [9], [14]. [18], [20]. Dao động hồi
phục là hiện tượng do sự tương tác giữa năng lượng photon của laser với sự nghịch đảo
độ tích lũy của môi trường hoạt chất bên trong buồng cộng hưởng. Các đặc trưng của
các dao động hồi phục trong laser được bơm bằng laser diode phụ thuộc vào tốc độ tích
thoát của mật độ tích lũy của trạng thái khích thích do bơm, sự thay đổi mật độ của
photon trong buồng cộng hưởng ở điều kiện nhất định do bức xạ cưỡng bức và các cơ
chế mất mát khác nhau cũng như sự truyền qua gương ra và sự hấp thụ. Điều đó có
nghĩa là thời gian sống của photon trong buồng cộng hưởng có vai trò quan trọng đối
với hiện tượng dao động hồi phục trong laser. Do vậy, tốc độ bơm, hệ số phản xạ của
gương ra và chiều dài buồng cộng hưởng sẽ ảnh hưởng đến hiện tượng dao động hồi
phục trong phát xạ laser. Trước đây, các laser thường được bơm bằng đèn flash hay các
xung đơn, do đó, các dao động hồi phục một cách ngẫu nhiên và các xung có khoảng
cách và biên độ không lặp lại đã được quan sát. Các dao động hồi phục tắt dần đều đặn
như vậy đã được chứng tỏ từ các phân tích lý thuyết sử dụng các phương trình tốc độ
[8], [9], [14]. [18], [20].
2.4.2. Chế độ phát liên tục