Báo cáo nghiên cứu khoa học: "Ảnh hưởng của chiều dài buồng cộng hưởng và nồng độ chất màu lên phổ tích phân của laser màu băng rộng"

Chia sẻ: Nguyễn Phương Hà Linh Linh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

69
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tuyển tập các báo cáo nghiên cứu khoa học của trường đại học huế đề tài: Ảnh hưởng của chiều dài buồng cộng hưởng và nồng độ chất màu lên phổ tích phân của laser màu băng rộng...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Báo cáo nghiên cứu khoa học: "Ảnh hưởng của chiều dài buồng cộng hưởng và nồng độ chất màu lên phổ tích phân của laser màu băng rộng"

T P CHÍ KHOA H C, ð i h c Hu , S 65, 2011 NH HƯ NG C A CHI U DÀI BU NG C NG HƯ NG VÀ N NG ð CH T MÀU LÊN PH TÍCH PHÂN C A LASER MÀU BĂNG R NG Mai Xuân Gia, Trư ng PTTH ðakrông, Qu ng Tr Nguy n ðăng Thân, Trư ng PTTH ðào Duy T , Qu ng Bình Lê Ng c Minh, Trư ng ð i h c Khoa h c, ð i h c Hu ð Quang Hòa, Vi n Khoa h c Công ngh Vi t Nam Hoàng H u Hòa, ð i h c Hu TÓM T T Tính ch t ph c a laser màu băng r ng ñã ñư c nghiên c u b ng lý thuy t và th c nghi m b i h phương trình t c ñ m r ng cho nhi u bư c sóng. Các k t qu thu ñư c cho th y, ph laser tích phân c a các laser màu băng r ng không nh ng ph thu c vào n ng ñ ch t màu mà còn ph thu c vào chi u dài c a bu ng c ng hư ng. Các k t qu này r t có ý nghĩa trong vi c ñi u ch nh bư c sóng và m r ng vùng bư c sóng ho t ñ ng trong phát x laser màu. 1. M ñ u Nghiên c u các ñ c trưng quang ph c a laser màu băng r ng luôn ñư c s quan tâm c a các nhà khoa h c, nh m mang l i các ng d ng thi t th c trong lĩnh v c quang h c-quang ph . Do ñó, trên cơ s s d ng h phương trình t c ñ m r ng cho m t s tùy ý các bư c sóng, chúng tôi ñã nghiên c u s nh hư ng c a chi u dài bu ng c ng hư ng (BCH) và n ng ñ phân t ch t màu lên ph tích phân c a laser màu xung băng r ng. Các k t qu này r t có ý nghĩa trong vi c m r ng vùng bư c sóng ho t ñ ng trong phát x laser màu. 2. H phương trình t c ñ ð mô t quá trình ph -th i gian trong phát x laser màu xung băng r ng (mô hình ho t ñ ng laser màu hai m c r ng) chúng tôi ñã s d ng h phương trình t c ñ sau, khi có chú ý ñ n s khu ch ñ i bão hòa, s tái h p th b c x laser c a các phân t [1]: ∂N 1   1 n  n =  P + ∑ σ ai I i  N 0 −  + ∑ σ ei I i  N 1 (1) ∂t τ i =1    i =1 ∂I i I = [2 (σ ei N 1 − σ ai N 0 )l − α i ] i + Ai N 1 (2) ∂t T N = N1 + N0 (3) 31
trong ñó, n là s kênh bư c sóng, ch s i = 1, 2, 3,...; λi là bư c sóng th i; I i là cư ng ñ laser t i bư c sóng λi ; σ ai và σ ei l n lư t là ti t di n h p th và ti t di n phát x tr ng thái ñơn S0 và S1 ; τ bư c sóng λi ; N 0 , N1 là ñ tích lũy phân t cư ng b c là th i gian s ng huỳnh quang c a phân t màu; P là t c ñ bơm; T = 2[L + l (nc − 1)]c −1 là th i gian ánh sáng ñi m t vòng trong BCH, L là chi u dài BCH, l là chi u dài môi trư ng ho t ch t, c là t c ñ ánh sáng, nc là chi t su t c a dung d ch màu. ð i lư ng Ai N1 , ñ c trưng s ñóng góp c a phát x t phát kh i phát cho quá trình laser. Giá tr c a Ai ít b nh hư ng v i các bư c sóng khác nhau, −10 −2 [2]; α i là ñ m t mát trong m t chu trình BCH bư c sóng λi . Ai = 10 cm.s H phương trình t c ñ ñư c gi i b ng phương pháp s , s d ng thu t toán Runge-Kutta b c 4. Xung bơm có d ng Gauss ñ r ng 10 ns, v i thông s bơm lý thuy t r = P/Pngư ng, trong ñó: 1 σa +σ α v i σ= Pngư ng= (4) τ σe +σ 2 LN 3. Các y u t nh hư ng lên ph tích phân c a laser màu băng r ng T h phương trình t c ñ m r ng (1)-(3), chúng tôi ñã tính toán, kh o sát ñi n hình trên hai ch t màu có ph huỳnh quang n m trong vùng h ng ngo i g n và vùng nhìn th y, ñó là ch t màu Coumarine30 (C30) và Rhodamine6G (Rh6G). Hai ch t màu này có th i gian s ng huỳnh quang c a phân t l n lư t là τ = 8ns [5], τ = 5ns [3, 4]. 3.1. Nghiên c u lý thuy t Gi i h phương trình t c ñ cho ch t màu C30/ethanol và Rh6G/ethanol, v i 25 phương trình cho cư ng ñ (25 bư c sóng tương ng) ph trên toàn b mi n ph phát x c a m i ch t màu trên, (bư c tính ph 1 nm) và m t phương trình cho ñ tích lũy N1 tr ng thái kích thích. 3.1.1. nh hư ng chi u dài BCH Khi gi nguyên chi u dài môi trư ng ho t ch t, h s ph n x gương và thông s bơm, chúng tôi ñã tính toán và kh o sát s ph thu c ph laser tích phân c a laser màu C30/ethanol vào chi u dài c a BCH. Hình 1.a cho th y r ng, khi tăng chi u dài BCH t 1cm ñ n 10cm, bư c sóng c c ñ i c a ph laser tích phân d ch chuy n v phía sóng ng n c 1nm. ði u này có th ñư c gi i thích như sau: khi n ng ñ và m c bơm v n gi không ñ i, vi c tăng chi u dài BCH s làm tăng ngư ng phát c a laser. Do ñó, bư c sóng có cư ng ñ c c ñ i c a ph laser tích phân có xu hư ng d ch chuy n v phía sóng ng n. 32
Hình 1a. S ph thu c ph tích phân laser màu C30/ethanol vào chi u dài BCH BCH có l =1 cm, R1 = R2 = 0,04, N = 1.1018 cm-3, r = 20 Các tính toán trên ch t màu Rh6G/ethanol cũng có k t qu tương t (hình 1b). Hình 1b. S ph thu c ph tích phân laser màu Rh6G/ethanol vào chi u dài BCH BCH có l =1 cm, R1 = R2 = 0,04, N = 1.1018 cm-3 r = 20 3.1.2. nh hư ng n ng ñ ch t màu Hình 2a là các k t qu tính toán v ph tích phân c a laser màu C30/ethanol các n ng ñ ch t màu khác nhau. K t qu cho th y, khi thay ñ i n ng ñ t 1.1018 cm-3 ñ n 5.1019 cm-3, bư c sóng có cư ng ñ c c ñ i c a ph laser tích phân d ch chuy n v phía sóng dài m t kho ng khá r ng c 26 nm (t 483 nm ñ n 509 nm). ði u này cho phép phát laser màu C30/ethanol m t vùng ph b t kỳ trong kho ng trên khi ch n n ng ñ thích h p. 33
Hình 2a. S ph thu c ph tích phân laser màu C30/ethanol vào n ng ñ . BCH 10 cm, l =1 cm, R1 = R2 = 0,04, r = 20, n ng ñ thay ñ i t 1.1018 cm-3 ñ n 5.1019 cm-3, xung bơm d ng Gauss ñ r ng 10 ns Chúng tôi cũng ti n hành nghiên c u tương t v i dung d ch ch t màu laser Rh6G/ethanol. K t qu ñư c ch ra trên hình 2b. Hình 2b. S ph thu c ph tích phân laser màu Rh6G/ethanol vào n ng ñ . BCH 10 cm, l =1 cm, R1 = R2 = 0,04, r = 20, n ng ñ thay ñ i t 1.1018 cm-3 ñ n 5.1019 cm-3, xung bơm d ng Gauss ñ r ng 10 ns 3.2. Nghiên c u th c nghi m ð nghiên c u ph laser tích phân trong phát x laser màu xung băng r ng, chúng tôi s d ng BCH laser màu có chi u dài 10 cm, hai gương ph ng R1, R2 có h s ph n x 100% và 25% (trong vùng ph nhìn th y), gi a ñ t m t cuvét ñ ng dung d ch 34
màu có kích thư c 1 cm × 1 cm × 4 cm. BCH ñư c bơm ngang b i m t laser khí nitơ phát bư c sóng 337,1 nm, ñ r ng xung c 5 ns, ho t ñ ng ñi n áp 12 KV, áp su t khí 40 Torr, t c ñ lưu chuy n khí 5l/phút, công su t xung 70 KW, t n s 10 Hz. Ph laser tích phân theo th i gian c a C30/ethanol và Rh6G/ethanol, ñư c ghi tr c ti p b ng máy quang ph DFS 8.2 trên phim ñen tr ng (Trung Qu c) có ñ nh y 100ASA. Các k t qu thu ñư c cho th y: Khi tăng n ng ñ ch t màu, các bư c sóng c c ñ i c a ph laser tích phân d ch chuy n v phía sóng dài. ði u này hoàn toàn phù h p v i tính toán lý thuy t mà chúng tôi ñã thu ñư c. Hình 3. Các ph tích phân c a các laser màu C30; Rh6G theo n ng ñ khác nhau (chi u tăng n ng ñ t trên xu ng dư i). a) Laser C30/ethanol khi tăng n ng ñ t 0,5 ñ n 6.10-3 M/l. b) Laser Rh6G/ethanol khi tăng n ng ñ t 0,5 ñ n 4,1.10-3 M/l. 4. K t lu n Trên cơ s h phương trình vi phân m r ng cho m t s tùy ý các bư c sóng, chúng tôi ñã nghiên c u và kh o sát v s nh hư ng c a chi u dài BCH và n ng ñ trên hai ch t màu có ph huỳnh quang n m trong vùng t ngo i và vùng nhìn th y, ñó là C30/ethanol và Rh6G/ethanol lên ph laser tích phân. Các k t qu cho th y, vai trò c a n ng ñ ch t màu có nh hư ng khá m nh lên ph laser tích phân và ñã ñư c ki m ch ng b ng th c nghi m. ði u này r t có ý nghĩa trong vi c m r ng vùng bư c sóng ho t ñ ng c a laser màu cũng như ch n l c các bư c sóng thích h p. 35
TÀI LI U THAM KH O [1]. Juramy P. Flamant P., Meyer Y. H., Spectral properties of pulse dye lasers, IEEE J, Quantum Electron, Vol. QE-!3, No. 10, (1977), 855-865. [2]. Nguyen Dai Hung, Hoang Huu Hoa, Le Hoang Hai, P. Brechignac, Simple generation of tunable near-infrared picosecond dye laser pulses using spectro - temporal selection, Appl. Phys. B 69, (1999), 467-471. [3]. Kweon J. W., Analysis of the output enhancement of coaxial flashlamp pumped Rh6G dye mixture lasers, J. Appl. Phys., Vol. 36, No. 8B, (1997), 1107-1109. [4]. Lu P.Y, Yu Z.X, Alfano R.R, Gersten J.I, Picosecond Studies of energy transfer of donor and acceptor dye molecules in Solution, Phys. Rev. A, Vol. 26, No. 6, (1982), 3610-3621. [5]. Urisu T., Kajiyama K., Concentration dependence of the gain spectrum in energy transfer dye mixtures, J. Appl. Phys., Vol. 47, No. 8, (1976), 3563-3565. INFLUENCE OF CAVITY LENGTH AND DYE CONCENTRATION ON THE INTEGRATED LASER SPECTRA OF THE BROADBAND DYE LASER Mai Xuan Gia, High School of Dakrong, Quang Tri Nguyen Dang Than, High School of Dao Duy Tu, Quang Binh Le Ngoc Minh, College of Sciences, Hue University Do Quang Hoa, VietNam Academy of Science and Technology Hoang Huu Hoa, Hue University SUMMARY The spectral properties of the broadband dye laser emissions are investigated experimentally and theoretically with a rate equation model extended to a multiwavelength analysis. The results demonstrate the dependence of peak wavelength of broadband pulsed-laser spectrum on dye concentration and cavity length. This influence plays a significant part in adjusting wavelengths and broadening the range of adjustable wavelengths of dye laser. 36