Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết nối
Giới thiệu phương pháp Mode-locking đề phát xung laser ngắn và các ứng dụng chúng trong viễn thông và thông tin quang; nghiên cứu về gương bán dẫn hấp thụ bão hòa (SESAM) về các tính chất và thông số vật lý của SESAM cũng như cấu trúc của nó; Nghiên cứu và sử dụng gương SESAM để phát xung laser ngắn ở bước sóng 1064nm
Trong những năm gần đây, các hệ thống thông tin quang và viễn thông đã phát
triển nhanh chóng cả về chất và lượng, đáp ứng nhu cầu về thông tin ngày càng tăng
của sự phát triển xã hội. Các hệ thống thông tin quang đã chiếm lĩnh hầu hết các
tuyến truyền dẫn trọng yếu trên mạng lưới viễn thông và được coi là cách
truyền dẫn hiệu quả nhất trên các tuyến vượt biển và xuyên lục địa. Các hệ thống
này phải đảm bảo có tốc độ truyền dữ liệu cao, cự ly xa, cấu trúc hệ thống linh hoạt
và độ tin cậy cao. Một trong những khả năng để phát triển các hệ thống thông tin
quang hiện đại là sử dụng các nguồn laser phát xung cực ngắn, tốc độ lặp lại xung
lớn, độ tin cậy và ổn định cao.
Có khá nhiều các phương pháp phát xung laser ngắn nhưng chỉ có các phương
pháp mode-locking mới cho phép tạo ra xung laser ngắn có tốc độ lặp lại xung lớn
và độ ổn định cao thỏa mãn yêu cầu của hệ thống thông tin quang. Trong hai kỹ
thuật mode-locking chủ động và mode-locking thụ động, hiện nay kỹ thuật
mode-locking thụ động - sử dụng các môi trường hấp thụ bão hòa - thường được sử
dụng phổ biến hơn do nó có thể tạo ra xung ngắn hơn và tốc độ lặp lại xung cao
hơn.
Vì các nguồn laser cho thông tin quang có tốc độ lặp lại xung cao (nhiều GHz)
nên yêu cầu kích thước buồng cộng hưởng laser là nhỏ. Vấn đề chỉ có thể giải quyết
nhờ tích hợp các yếu tố quang học của buồng cộng hưởng laser trên kích thước
ngắn nhất có thể. Gần đây, một yếu tố được chế tạo cho kỹ thuật mode-locking thụ
động là gương bán dẫn hấp thụ bão hòa (SESAM). SESAM vừa đóng vai trò của
một gương phản xạ rất cao của buồng cộng hưởng laser, vừa mang môi trường bán
dẫn đóng vai trò của chất hấp thụ bão hòa - do vậy có hệ số phản xạ phụ thuộc vào
thông lượng laser trong buồng cộng hưởng. SESAM có kích thước nhỏ và có thể
điều chỉnh các thông số như thời gian hồi phục, thông lượng bão hòa, vùng phổ hấp
thụ ... khi thiết kế và chế tạo. Hiện nay, kỹ thuật mode-locking thụ động sử dụng
SESAM đang là phương pháp hiệu quả nhất để phát triển các laser phát xung ngắn
có tần số lặp lại cao dùng trong thông tin quang. Kỹ thuật này có nhiều ưu điểm: tạo
ra xung laser có độ dài từ picôgiây cho tới femtôgiây, tần số lặp lại xung cao và
công suất trung bình lớn. Người ta đang thực hiện sử dụng phương pháp này để tạo
ra các xung laser có tần số lặp lại là 40 GHz [15].
Tại Việt Nam, hiện nay chưa có một cơ sở khoa học nào nghiên cứu, ứng dụng
và phát triển các hệ laser xung ngắn (picôgiây cho tới femtôgiây), đặc biệt sử dụng
kỹ thuật phát xung laser ngắn bằng SESAM. Vì vậy, việc tiến hành nghiên cứu và
xây dựng hệ laser phát xung ngắn là nhu cầu cần thiết và có ý nghĩa rất lớn về khoa
học và ứng dụng.
Nội dung của luận văn là nghiên cứu các tính chất vật lý và cấu trúc của gương
bán dẫn hấp thụ bão hòa (SESAM), ứng dụng SESAM để phát xung laser cực ngắn.
Bản luận văn này gồm ba chương:
Chương 1: Giới thiệu phương pháp mode-locking để phát xung laser ngắn và
các ứng dụng chúng đặc biệt là trong lĩnh vực viễn thông và thông tin quang.
Chương 2: Nghiên cứu về gương bán dẫn hấp thụ bão hoà (SESAM): các tính
chất và thông số vật lý của SESAM cũng như các cấu trúc của nó.
Chương 3: Nghiên cứu và sử dụng gương SESAM để phát xung laser ngắn ở
bước sóng 1064nm.
Khóa luận được thực hiện tại Phòng Quang tử Phân tử, trung tâm Điện tử học
lượng tử, Viện Vật lý và Điện tử dưới sự hướng dẫn của GS. TS. Nguyễn Đại Hưng.
Trong quá trình học tập và nghiên cứu, mặc dù rất cố gắng nhưng bản luận văn
vẫn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được sự đóng góp của các
thầy cô, các cán bộ khoa học và đồng nghiệp
Chương 1: Các phương pháp phát xung laser quang học
cực ngắn và ứng dụng
Hiện nay, có nhiều kỹ thuật để tạo xung laser ngắn như là: kỹ thuật biến điệu
độ phẩm chất trong buồng cộng hưởng (Q-switching), tách năng lượng buồng cộng
hưởng (Dumping Cavity), phản hồi phân bố (Distributed Feedback), buồng cộng
hưởng dập tắt (Quenching Cavity), kích thích sóng chạy (Traveling Wave
Excitation), lọc lựa thời gian-phổ (Spectro temporal selection - STS), tuy nhiên, để
đảm bảo phát được các xung laser ngắn ở tần số xung cao thì phải sử dụng các kỹ
thuật mode-locking. Gần đây, một kĩ thuật phát xung laser ngắn rất hiệu quả cho
phép tạo các xung laser ngắn cỡ picôgiây đến femtôgiây đã được đề xuất, đó là
phương pháp tạo xung laser ngắn bằng kĩ thuật mode-locking thụ động sử dụng
gương hấp thụ bão hoà bán dẫn (SESAM). Phương pháp này có những ưu điểm
vượt trội như: có thể tạo được các xung laser ngắn (picôgiây tới femtôgiây) có tần
số lặp lại, công suất và độ ổn định cao với cấu hình laser được thu gọn. Đây là
những đặc tính rất cần thiết trong thông tin quang.
Trong chương này chúng tui tập trung tìm hiểu nguyên lý của phương pháp
tạo laser xung ngắn bằng kĩ thuật mode-locking.
1.1. Phương pháp khóa mode dọc trong buồng cộng hưởng (mode-locking)
1.1.1 Nguyên lý hoạt động của phương pháp mode-locking
Khi không có các yếu tố lọc lựa tần số bên trong buồng cộng hưởng, laser
dao động đồng thời với rất nhiều mode cộng hưởng bên trong profile phổ khuếch
đại của môi trường hoạt chất. Bức xạ laser phát ra có độ rộng phổ nhất định, trong
đó chứa các mode dọc do sự phân bố trường được hình thành trong buồng cộng
hưởng quang học.
t7E48E2yeFcdK0K
