TRU?NG

1

• TRU?NG Ð?I H?C KHOA H?C T? NHIÊN
• B? MÔN V?T LÝ ?NG D?NG

V?T LÝ LASER
V?T LÝ LASER
CH? Ð? HO?T Ð?NG LIÊN T?C
C?A LASER
XUNG
VÀ
GVHD PGS. TS. Tr?n Tu?n TS. Phan
Bách Th?ng HVTH Phan Trung Vinh
2
(No Transcript)
3
M?c kích thích
Laser r?n
QUÁ TRÌNH BOM
BOM QUANG H?C
Bom di?n
Engu?n bom
M?c co b?n
? Ph? h?p thu c?a v?t r?n r?ng
Nguyên t? h?p thu ph?n l?n Engu?n bom
? Ngu?n bom có ph? dám
Phuong trình bi?u di?n v?n t?c bi?n d?i s? h?t
G?i N m?t d? tr?ng thái kích thích Ng m?t d?
tr?ng thái co b?n Wp v?n t?c bom
REA (Rate Equation Approximation)
4
Ch? d? ho?t d?ng c?a laser
Wp const
Wp Wp(t)
Ch? d? liên t?c (Ch? d? d?ng)
Ch? d? xung (Ch? d? không d?ng)
So d? 3 m?c
So d? 4 m?c
Bom xung b?c
S? t?o xung c?c l?n
Q - Switching
Ðon mode
Ða mode
Ð?ng b? mode
5
1. Laser làm vi?c ? ch? d? d?ng (hay ch? d? liên
t?c)
Bom d?ng (Bom quang h?c)
Phát d?ng (Laser)
? M?c 3 có d?ng dám ? D?ch chuy?n t? m?c 3 ? m?c
2 x?y ra r?t nhanh (xác su?t l?n)
1.1 So d? 3 m?c
3, N3
H? c?ng hu?ng
qi
q
2, N2
t0 0
t
G?i qi là có s?n trong HCH q là s? photon có
trong HCH sau dó. Ð?t Nt N1 N2 D.ch 3 ? 2
nhanh ? N3 0
Laser
1, N1
6
Các phuong trình v?n t?c
D?ch chuy?n nhanh
? Phuong trình bi?u di?n v?n t?c bi?n d?i s? h?t
trên m?c 2
Bom
T? l? ngh?ch v?i th?i gian s?ng ? m?c trên
T?c d? b?c x? cu?ng b?c tính trên 1 photon
Phát
V?n t?c bom

? Phuong trình bi?u di?n v?n t?c bi?n d?i s?
photon phát ra t? m?c 2
S? h?t do bom d?y t? m?c 1 lên m?c 2
S? gi?m d? tích luy do b?c x? t? phát
S? m?t di và tang lên s? h?t ? m?c 2 do b?c x?
c?m ?ng và h?p thu cu?ng b?c
Th? tích c?a mode bên trong môi tru?ng ho?t tính
H? s? m?t mát trong BCH
? Ð?t N N2 N1 m?t d? d?o l?n hay hi?u d?
tích luy gi?a 2 m?c
S? photon s?n sinh do b?c x? c?m ?ng sau khi tr?
di s? photon b? h?p thu ? m?c 1
S? m?t mát b?c x? trong bu?ng c?ng hu?ng do
các nguyên nhân khác
7
Các phuong trình bi?u di?n ch? d? làm vi?c d?ng
và không d?ng c?a laser theo so d? 3 m?c
N Nd?ng N0 q qd?ng q0
? ch? d? liên t?c
Khi laser chua th? phát, q0 0
T?c d? bom t?i h?n
Wp Wpo
Ð?t
Ði?u ki?n phát laser Wp gt Wpo
8
Khi tang t?c d? bom Wp q0 tang nhung N0
không tang ? Cu?ng d? phát t?i t?ng th?i di?m b?
gi?i h?n
Công su?t l?i ra hay công su?t b?c x? phát ra t?
1 guong
T?c d? m?t mát photon do truy?n qua guong ph?n x?
Thay
Trong ch? d? phát liên t?c, P gt 0 ? Wp gt Wpo
Ví d? M?t laser ruby có Va 0,5.10-2cm3 Nt
1,6.1019 ion Cr3/cm3s-1 N0 1,1.1018 ion
Cr3/cm3s-1 t 3.10-3s, ?c 6,9.10-2s-1, ?u
2.10-2s-1. Laser ruby phát ra b?c x? có t?n s? ?
6943,25Ao
Giá tr? công su?t P tìm du?c vào kho?ng P
1,1(s 1) (Watt)
9
1.2 So d? 4 m?c
? M?c 3 có d?ng dám ? D?ch chuy?n t? m?c 3 ? 2, 1
? 0 x?y ra r?t nhanh (xác su?t l?n) ? N3 N1
0. Ð?t Nt Ng N2
3, N3
Các phuong trình v?n t?c
2, N2

• Phuong trình bi?u di?n v?n
• t?c bi?n d?i s? h?t trên m?c 2

Laser

• P. trình bi?u di?n v?n t?c
• bi?n d?i s? photon trên m?c 2

1, N1
0, Ng

• Ð?t N N2 N1 m?t d? d?o l?n hay
• hi?u d? tích luy gi?a 2 m?c. Vì N1 0 ? N N2

10
Các phuong trình bi?u di?n ch? d? làm vi?c d?ng
và không d?ng c?a laser theo so d? 4 m?c
Tuong t? ch? d? làm vi?c c?a laser theo so d? 3
m?c, ? so d? 4 m?c, ta có công th?c tính t?c d?
bom t?i h?n
Nc Nd?ng N2 Nt Ng N2 gt Nc
Ði?u ki?n phát laser Wp gt Wpo
So sánh t?c d? bom t?i h?n ? 3 m?c và 4 m?c
Wpo(3) gt Wpo(4)
11
Công su?t l?i ra hay công su?t b?c x? phát ra t?
1 guong
So sánh v?i công su?t phát ? so d? 3 m?c
P(3) gt P(4)
Nhu v?y
Wpo(3) gt Wpo(4)
P(3) gt P(4)
12
2. Laser làm vi?c ? ch? d? không d?ng (hay ch? d?
xung)
So d? 3 m?c
So d? 4 m?c
Không th? gi?i t?ng quát b?ng gi?i tích, tr? m?t
s? tru?ng h?p d?c bi?t
Gi? thi?t Bom là xung d?ng b?c
PP g?n dúng dao d?ng nh? (Small Vibration
Approximation)
V?i dN ltlt N0 và dq ltlt q0
13
Phuong trình vi phân c?p 2
Nghi?m t?ng quát có d?ng
So sánh dq và dN
S? tang c?a b?c x? (s? photon) di sau s? tang v?
hi?u d? tích luy
dN(t) s?m pha hon dq(t) m?t góc p/2
Gi?i h? 2 pt trên b?ng phuong pháp s?
Nhóm tác gi? Dunsmuir R

• Nh?n xét
• ? 4 t 12(µs) b?c x? l?i ra là d?i xung
• ánh sáng, di?u hòa theo t, biên d? gi?m d?n
• ? t gt 12(µs) dao d?ng bé quanh VTCB,
• khuynh hu?ng ti?n t?i tr?ng thái d?ng

Hình 1 S? ph? thu?c th?i gian c?a d? tích
luy toàn ph?n N(t)Va và s? photon q(t) trong
laser 3 m?c
14
S? T?O XUNG C?C L?N
? Bom liên t?c ? Laser phát liên t?c ? Bom xung ?
Laser phát xung
Phát xung công su?t l?n trong ?t hay d? r?ng xung
c?c bé
Nhu c?u ?ng d?ng
Q-Switching (Ði?u bi?n d? ph?m ch?t)
nguyên t?c co b?n t?o xung c?c l?n
2
Ð?ng b? mode (Mode Synchronism)
Phuong pháp Q-Switching (Ði?u bi?n d? ph?m ch?t)
? ? m?t m?t guong ph?n x? có 1 màn có th?
dóng/m? ? Ban d?u màn dóng ? Khi d? tích luy N
d? l?n ? Màn m? ? Phát xung c?c l?n
Hellwarth, 1960, laser ruby
Bu?ng c?ng hu?ng (BCH)
Màn dóng ? Gi?m ph?m ch?t BCH 1 lu?ng 1/Q, Q d?
ph?m ch?t Q cao ? Hao phí trong BCH th?p. Màn
dóng?m? Q th?p?cao
15
Co s? lý thuy?t c?a phuong pháp Q-Switching
Xu?t phát t? h? pt bi?u di?n ch? d? làm vi?c d?ng
và không d?ng c?a laser (xét so d? 3 m?c)
Gi? thi?t t 0 màn dóng
N?u Wp gtgt 1/t thì Ni Nt
Nt N1 N2
M?t d? d?o l?n hoàn toàn
T?i t 0 màn ch?n m?
Laser di?u bi?n d? ph?m ch?t
T?i t gt 0 màn ch?n m?
Bi?n d?i nhanh
N(t) và q(t)
Giá tr? l?n
16
Ði?u ki?n ban d?u t 0 ? N(0) Ni, q(0) qi
Dùng các bi?n không th? nguyên
Np hi?u d? tích luy khi
Ði?u ki?n ban d?u t 0
Gi?i b?ng phuong pháp s?
? Ð? tích luy N gi?m d?n theo th?i gian ? giá tr?
bão hòa Nf ? S? photon q d?t c?c d?i t?i th?i
di?m m? màn ch?n, sau dó gi?m d?n ? T?i d?nh c?c
d?i q(t)
Ð? tích luy t?i h?n (Laser phát liên t?c)
0
Hình 2 S? ph? thu?c th?i gian c?a m?t d? d?o l?n
N(t) và s? photon toàn ph?n trong h? c?ng hu?ng
q(t) khi di?u bi?n d? ph?m ch?t
17
Nang lu?ng thoát toàn ph?n qua guong
E l?n ? Ni ? và Nf ? ? Sau khi m? màn Hi?u d?
tích luy ? B?c x? photon
0
Ni hi?u d? tích luy (MÐÐL) ban d?u Nf hi?u d?
tích luy (MÐÐL) ? m?c ½ xung q(t), cung là giá
tr? bão hòa c?a MÐÐL sau khi m? màn ch?n
Lý tu?ng!!!
Phuong pháp d?ng b? mode (Synchronism of Mode)
Ph?c t?p!!!
Laser phát don mode (b?c x? v?i 1f nh?t d?nh)
Laser phát da mode (b?c x? v?i 2f ? nh?t d?nh) ?
Giao thoa
q(t)
q(t)
Ch? d? phát không d?ng don mode
Ch? d? phát không d?ng da mode
t
t
18
q(t)
q(t)
Ch? d? phát không d?ng don mode
Ch? d? phát không d?ng da mode
t
t
T?O XUNG C?C L?N
Q-Switching
Ð?ng b? mode
q(t)
Gi? các mode phát có cùng biên d? và cùng pha
Ðóng/m? màn ch?n ? Ði?u bi?n d? ph?m ch?t
t
Gi? s? laser phát 2N 1 mode v?i cùng biên d?
E0 G?i pha c?a mode th? n là Ði?u ki?n d?ng b?
mode
Chênh l?ch pha gi?a 2 mode liên ti?p
Tru?ng toàn ph?n trong BCH
T?n s? mode ? tâm v?ch khuy?ch d?i
19
V?i
Biên d? tru?ng toàn ph?n
Ði?u ki?n d?ng b? pha ? Laser phát các xung l?n
Hình 3 Ðu?ng bi?u di?n cu?ng d? tru?ng I
A(t)2 trong tru?ng h?p s? mode phát là 7 (2N
1 7)
? Kho?ng cách gi?a các xung
L kho?ng cách 2 guong hay chi?u dài BCH
2 xung cách nhau tás di 1 vòng BCH
BCH
? Th?i kho?ng xung
?t nh? (xung c?c ng?n, công su?t c?c l?n ? L nh?
ho?c N l?n
L
2L
Laser màu d? dàng th?c hi?n d?ng b? mode
20
TÀI LI?U THAM KH?O
1. Nguy?n H?u Chí Tr?n Tu?n, V?t lý laser, Nhà
xu?t b?n Ð?i h?c Qu?c gia TP.HCM, 2002 2. Ðinh
Van Hoàng Tr?nh Ðình Chi?n, V?t lý laser và ?ng
d?ng, Nhà xu?t b?n Ð?i h?c Qu?c gia Hà N?i,
2004 3. Tr?n Ð?c Hân Nguy?n Minh Hi?n, Co s?
k? thu?t laser, Nhà xu?t b?n giáo d?c, 1999 4.
O. Svelto, Principles of laser, Plenum Press Co.
USA, 1976 5. W. Miloni, H. Eberty, Lasers, John
Wiley and sons, NewYork, 1990
21
Cám on Th?y và các b?n
dã quan tâm theo dõi