Sự phát tần số hiệu hiệu suất cao trong tinh thể bbo

SỰ PHÁT TẦN SỐ HIỆU HIỆU SUẤT CAO TRONG TINH THỂ BBO HV : La Phan Phương Hạ 1. Giới thiệu 2. Sơ đồ thực nghiệm 3. Kết quả - thảo luận 4. Kết luận 1. Giới thiệu - Laser màu phát ánh sáng xung cường độ cao, dễ điều chỉnh bước sóng ánh sáng phát ra  dùng nhiều trong nghiên cứu quang học hiện đại. - Giới hạn : bước sóng nằm trong miền giữa tử ngoại gần ( ≥ 320 nm) và hồng ngoại gần ( 900 nm)  Để laser màu phát được bước sóng ngắn hơn :  Tín hiệu ra của laser phải có tần số gấp đôi  Tần số tín hiệu ra của laser phải được tăng lên khi qua 1 môi trường phi tuyến nào đó 1. Giới thiệu Để tạo ra ánh sáng có bước sóng ngắn ( 0.9 – 1.5 μm )  ứng dụng sự phát tần số hiệu trong tinh thể phi tuyến BBO ( β-BaB2O4 ) Tinh thể BBO ( β barium borate ) : độ truyền qua cao, ngưỡng phá hủy cao, tính chất hóa học, tính chất cơ học tốt, có tính hợp pha trong vùng bước sóng rộng  dùng trong phát sóng hài bậc hai từ 190 nm tới 1780 nm Tinh thể BBO Sự phát tần số hiệu ( DFG ) - Sóng bơm ( ω3 ) cường độ mạnh tương tác với sóng tín hiệu ( ω1 ) cường độ yếu  tạo ra sóng ω2 = ω3 - ω1 - Đồng thời cường độ sóng ω1 có thể được tăng cường khi góc hợp pha phù hợp 1. Giới thiệu - Để có sự phát tần số hiệu  có điều kiện hợp pha VD : laser màu ( 422,3 nm ) phát ra bước sóng 700 nm ở góc hợp pha 27,14o laser màu ( 694,7 nm ) phát ra bước sóng 2 μm ở góc hợp pha 20,05o  Để tạo ra ánh sáng có bước sóng ngắn ( 0.9 – 1.5 μm ) DFG giữa laser màu ( hoạt chất 6G : 490 – 625 nm ) và laser Nd:YAG ( 1064 μm ) Molecular formula C28H31N2O3Cl Molar mass 479.02 g/mol Density 1.26 g/cm3 Bột Rhodamine 6G trong dung dịch methanol, phát ra bức xạ vàng khi chiếu laser xanh. DFG giữa laser màu ( hoạt chất 6G : 490 – 625 nm ) và laser Nd:YAG ( 1064 μm ) Laser màu ( hoạt chất 6G : 490 – 625 nm ) DFG giữa laser màu ( hoạt chất 6G : 490 – 625 nm ) và laser Nd:YAG ( 1064 μm ) Laser Nd:YAG ( 1064 μm ) Nd :YAG ( 1% Nd ) - Công thức : Y2.97Nd0.03Al5O12 - Khối lượng của Nd : 0.725% - Số nguyên tử Nd trong 1 đvtt : 1.38×1020 /cm3 - Bước sóng phát ra : 1064 nm - Chuyển mức năng lượng : 4F3/2 → 4I11/2 Nd : YAG Laser Rod ( yttrium aluminium garnet pha tạp neodymium ) 2. Thực nghiệm cho quá trình DFG Kích thước chùm laser màu : 2,4 mm Kích thước chùm laser Nd : YAG 2,1 mm Kích thước chùm IR ra : 7 mm Lăng kính Pellin-Broca Gương lưỡng sắc ( dichronic mirro) Sự hợp pha giữa laser màu và laser Nd : YAG Khi qua tinh thể BBO : - ứng với góc hợp pha 22,78o : Laser Nd : YAG được gấp đôi - ứng với góc hợp pha 30,30o : phát ra IR ở 368,7 nm Để phù hợp với điều kiện hợp pha :  Laser màu : phân cực thẳng  Laser Nd : YAG phân cực ngang  Tinh thể BBO dài 10 mm, cao 6.5mm ( dọc theo trục truyền của tia bất thường ) và rộng 5 mm ( theo trục thường ) – phủ lớp chống phản xạ MgF2 ( cho phản xạ thấp nhất ở 615 nm ) và được cắt theo góc 28.5o 3. Kết quả - Laser màu ( 42 mJ ở 564 nm ) - Laser Nd:YAG ( 33 mJ – 1064 μm )  Phát ra IR ( 4.5 mJ )  hiệu suất lượng tử 23 % 4. Kết luận - DFG trong tinh thể BBO ( từ laser màu và laser Nd : YAG ) cho phát ra IR năng lượng cao trong vùng 0.9 μm - 1.5 μm. Hiệu suất lượng tử 23 %. - Có thể tăng hiệu suất :  Thay đổi kích thước chùm tia.  Phủ lớp chống phản xạ lên các thiết bị quang để tăng sự phát xạ IR  Tách phần phát xạ của laser Nd : YAG lên trước khi dùng để bơm cho laser màu.