Luận án: Vai trò hiệu ứng tạo hốc và phụ thuộc thời gian trong hoạt động laser chứa vật liệu hấp thụ bão hoà

Bo giao due va dao tao Truong dai lipc Tong hap Ha ncn vO TUAN LAM ITRO CUA HIEU UNG TAO HOC VA SU PHU THUQC HOI G I A N T R O N G H O A T D Q N G CUA LASER CHUA VAT LIEU HAP THU BAO HOA Cluiyen nglianh : Quaiig lioc Ma hieii : 1.18 Liian an Pho tien si khoa hoc Toan-Ly tJgirai liunng dhn klioa hoc : Pho giao su Tien sT Dinli Viin Iloang lla no! - 1993 ^ Myc Lvc Trang Md dau ^ Childng I: Anh hUdng cua hi|u -ing t^c hoc trong LSA vdi 5 buong c^ng hUdng Fabry-Perot va hi^n tUtpng liidng on c^nh quar^g Y.1- Hi^n t\10n£ lUdng on dinh guang hgc va cac hi^u Ung 5 vat ly phi tuyen trong LSA.2- Anh huong hi^u Ung t^io hoc. ^^^ ChUdng II: Cac d^c trUng cua LSA vdi buong cgng huong IS Fabry-Perot. 1- Ke phtiong trlnh cd ban 1^' .2- Anh hUdng cua hi^u ilng t^c hoc trong ho^t cipng ddn 23 mode cua laser.1- D|LC trUng ciidng dq) mode.1- Toe d^ bdm nang lU';;^ng d hai ngan la khiong dbi.2- Toe dr- bdiL nang luv^n£ ngan khuyech d^,i hhong 25 ieu i^-j r ^ L V"-i t r c cua r.ieu iln^ t a c h hudng Fabry-Perc- b'ac X9 tv- clgng.-'ac "crun^ c u c n g u-^ iriooe.^ iGC: Gp odrn r^ang lU^jng o n a i n ^ a r , a-a jiriong G^^'J. i ' c c d9 tdm ne^ng I'jidng r .uo:ig c n a 1 lige,:': ^6.2- Toe dp bdir, nang lUgng ngan khuyech d^i khong 51 •deu.3- D6 rgng' cua trUdng laser biie x^ 53 GhUdng III: Ki^n tuging hon lo^in quang trong ho^t dpng 58 khong d^ahg cua LSA 3.1- Ho^t deng khong dung cua h^ LSA trong che dg ddn SI mode.2- Ho^t dpng khcng dUng cua he LSA trong che dg da G4 mode.

Ket lu^n chung. • 72 Phv luc 1 - - 7 5 Phv luc 2 • •• "6 Phv luc 3 • 80 Phu luc 4 PI Phv luc 5 - 8 6 Tai li§u tham khao - 6S MO ^"'- u r\ u Trong nhUng nam gan day, trong llnh vrlc nghien CLIU ve laser, cac nha khoa hoc chu y nhieu den laser co chUa v|Lt li^u hap thu bao hoa ( laser with saturable absorber, viet tat la LSA ). LSA ra ddi t\i nhUng nam 60 cua thap ky nay.SZOKE [ 116 1 la ngudi dau tien da phat hien ra hieu <ing, phi tuyen ludng on dinh quang hoc ( Optical bistability - viet tat la OB ), Tu do mdt hu6ng ung dyng mdi trong quang hoc phi tuven ra deli. Cac cong trinh nghien ciju ve LSA xuat hien ngay cang nhieu nham muc dich giai thich va khai thac cac tinh chat vat ly ly thu cua loai laser nay.

Vdi LSA ngxJdi ta con tim ra nhieu hi^u ung phi tuyen khac : hon loan quang ',' chaos ') , phan nhanh ( bifurcation i, tao xung c\lc ngan. Co ba phiiong phap Ly thuyer- chinh de i;iai quvet bai toan quang hvc cua LSA. Phudng phap thU nhat la phudng phap ban co ciien. Trong phUdns pha.p nay tr^idng dUoc xem la trudng co dien tuan theo cac phudng trinh dien dong lUc Maxwell, con he nguyen tu cua moi tri.tdng tuan theo cac nguyen ly cua cd hoc lUdng tU.

Saloma va Stenhom [107,108] cung mot so tac gia khac [32,331 da sU dung phUdng phap Lamb trong trUdng yeu vcJi laser co md rong khong dong nhat trong hoat dong cua ddn mode. PhUdng phap thU hai de giai bai toan LSA la phUdng phap lugng tu. Trong phUdng phap nay ca trUdng va h^ nguyen tU ^6i truSng deu tuan theo cac nguyen ly cua cd hpc lU<Jng tU, Lugiato va Mandel [84] da bUdc dau nghien c{iu he LSA v6i moi trUdng md rgng dong nhathoat dong d che do ddn mode bang phUdng phap lu^ng tU. PhUdng phap thU ba dUdc nghien cUu la DhUdng phap gan dung he phudng trinh toe do.

Cac tae gia [10-13] xay dUng cac phUdng trinh mo ta sU thay doi theo thdi gian so photon trong buong cgng hudng, sU thay doi hieu tich luy. d cac mUc nang lUdng trong cac moi trUdng khuech dai va hap thu theo cac thong so cua moi trudng nhu : bdm khuech dai, he so tich thoat, do md rong vach nguyen tU. De xay dung he phudng trinh toe do ngUdi ta thUcJng sU dun. hai phUdng phap khac nhau : true tiep hoi=LC gian tiep.

PhUdng phap trUe tiep la .xac dinh phUdng trinh tren ed sd nhUng qua trinh vat ly anh hUdng den sU bien doi eua moi trudng phi tuyen va anh sang. RoLand va MuLLer [97] va cae tac gia da sU dung phUdng phap nay khi nghien cilu Laser da mode vdi md rong dong nhat. PhUdng phap suv ,gan dung til he cac phudng trinh la phUdng phap xac dinh phudng trinh tec d$ mgt each gian tiep, d trUdng hOv nay no nhU mot cong :*u de cu r.he hoa ly thuyet. Tren cd sd ba phUdng phap nay.

nhieu tac gia da nghien cUu sU sU hoat dong cua LSA vdi mo hinh 2 mUc hay 4 mue nang lueng eho cac ngan khuyech ilai va hap thu voi buong cong hUdng dang vong hay buong cong huong Fabry-peroi:. Tuy nhien, trong cac tai lieu cong bo, hau het la nghien eUu vdi Laser co md rong dong nhat la chu yeu. Con Laser vdi md rong khong dong nhat dUdc nhien cUu chu yeu voi orudn.g hop don mode. Phan Ngoe Ha [10] nghien eUu vdi Laser khi vdi buong cong hUdng dang vong.

Trong ban luan an nay, chung toi sU dung gan dung h^ phUdng trinh toe dg de nghien cij(u hoat dpng cua LSA vdi buong cong hUdng Pabry-perot co do md rong khong dong nhat la chu yeu. Cac van de dat ra eho luan an la nghien cilu dac trUng cUdng do bue xa va dieu kien xuat hien lUdng on dinh quang hoe trong cac LSA vdi buong cong hUdng Fabry-perot. Qua do, xet vai tro eua hieu Ung tao hoc doi vdi hoat dong cua LSA. Chung toi tim hieu anh hUdng cua d^ md rong khong dong nhat den dac trUng eUdng do bijlc x^i va dieu ki^n xuat hien OB.

De nghien cilu dae trUng' cUcJng do mode bi-tc xa, chung toi xet hoat dong cua LSA trong che do ddn mode va da mode. Ban luan an nay gom 3 ehUdng : ChUdns I : ChUdng nay gom hai phan. Phan 1 gidi thieu qua mot so hieu Ung phi tuyen t.rong LSA va trinh bay hien tUdng lUdng on dinh quang hoc v6i cd che va dieu ki^n xuat hien. Trong phan nay co dUa vao mot so ket qua thUc nghiem hien tUdng lUdng on dinh ma chung toi quan sat dUdc khi tien hanh thi nghiem v6i Laser khi Ar.

Phan 2 gidi thieu vai tro eiia hieu itng tao hoc trong hoat dong eua LSA vdi buong cong hUdng Fabry-perot. ChUdng II : Gom ba phan Phan dau khao sat Laser khi ehUa vat lieu hap thu bao hoa trong buong cong hudng Fabry-peroi: vdi mo hinh hai muc nang iUdng. De mo ta hoat dong eua he, chung ~6i su dung phUong phap he phUdng trinh toe do, vdi phudng phap nay, chung toi xay dung dugc he phuong trinh dae "crung c\ldng do mode cua laser khi eiing nhU sU thay doi hieu do tich luy d cac ngan khuech dai va hap thu. Tiep theo chung toi si dua he phudng trinh dac trung ve d^ng thuan tien eho tinh toan.

Phan thu hai khao sat hoat dong cua LSA vdi che do ddn mode qua viee xac dinh dae 'rUng eudng do mode d trang thai dilng. Tiep theo nghien euu vai tro cua hieu ung tao hoc trong LSA vdi buong cong hUdng Fabry-perot qua viec khao sat sU bien doi eudng do bue xa khi thay doi vi tri cac ngan khuech dai va hap thu trong buong cong hUdng. Hi|n tUcpng lUdng on dinh quang hoe va dieu kien xuat hien OB dude de cap tdi trong trUdng hdp cu the. • Phan thu ba khao sat hoat dong eua LSA d one do da mode khi thay doi toe do bdm nang lUdng moi trUdng khuech dai khong chi CO hien tUdng lUdng on dinh ma eon co hien tUdng da on dinh xuat hien.

Moi quan he giUa eUdng do mode phat va do rong trUdng bUe xa dUde xac lap. ChUdng III: Khao sat hoat dong khong dung eua he LSA chu yeu vdi buong cong hUdng dang vong. Nghien cdu sU phu thuoc th6i gian eua cUdng do mode phat va hieu do tich luy cua hai - 4 - moi trUong. He phudng trinh toe do dUdc giai bang phUdng phapsotren cd sd thuat toan Runge Kutta ap dung chg cac trUdng hdp ddn mode va da mode.

Vdi che do da mode, hoat dong cua he trd nen hon lo^n sau trang thai dilng, hi^n tUOng hon lo^n quang xuat hien. Phan cuoi cung la ket luan, phu luc va tai li^u tham khao Ban luan an nay cd ban dUdc hoan thanh tai bo mon quang pho khoa vat ly trUdng dai hoc Tong hop Ha noi va dUdc bo sung tai to vat ly dai cUdng va cae qua trinh truyen song khoa ^/at ly trUdng d.ai hoc Tong hdp Matxcdva. Cac ket qua eua luan an da dUde bao cao d cac xemina tai bo mon quang pho khoa vat ly trudng dai hoc Tong hdp Ha noi, tai hoi nghi vat ly ly thuyet toan quoc Ian thil 12,13 [5,6], tai hoi nghi quoc te mang ten Ernsrabe Ian thU nhat tai Jena-CHDC Due va hoi nghi quoc te ve nhung xu hUdng phat trien trong dien tu hoc lUdng tu d Bucares-Rumani[49,50] va da dUdc cong bo d cae tap chi trong nUdc [4,5] va tap chi d nUdc ngoai [13]. , ,Nhan dip nay chung toi .xin bay to long biet dn sau sac doi vdi pho Giao sU, Tien si Dinh Van Hoang- ngUdi hUdng dan khoa hoc- aa tan tinh giup dd chung toi hoan thanh ban luan an.

Toi cung xin bay to long biet dn sau sac doi vdi pho Giao sU Krindash rdai hoe Tong hdp Matxccjva) , pho Giao sU Vu NhU CUdng, pho Tien si Trinh Dinh Chien da tan tinh diu dat va CO nhieu y kien co gia tri de chinh ly va hoan chinh luan. Chung toi xin chan thanh cam dn cac Giao sU,can.b6 giang day bo mon quang pho Dai hoe Tong Hdp Ha Noi co nhieu y kien quy bau khi thUc hien de tai. Chung toi cung xin chan thanh cam dn ban chu nhiem khoa vat ly va cac ban dong nghiep xa gan da tao dieu kien vat chat va tinh than oho chung toi hoan thanh luan an nay. ChUdng I: ANH HUONG CUA HI?U L/NG TAG HOC TRONG LSA v6l BUONG CONG HUONG FABRY-PEROT VA HI?N TUONG LUdNG ON DINH QUANG HQC 1-Hi^n tUdng lUOng on dinh auans hnn va cac hJeu (Ang vat ]y ph-i tuven trong LSA.

Laser chUa vat lieu hap thu bao hoa fLSA) trong nhUng nam gan day da trd thanh moi quan tam Idn eua cac nha vat ly ly thuyet va thue nghiem.