Tóm tắt: Bài báo trình bày về kết quả nghiên cứu tối ưu hóa buồng cộng hưởng
Laser Nd:YAG điều biến phẩm chất thụ động bằng tinh thể hấp thụ bão hòa
Cr4+:YAG bơm bằng đèn flash nhằm đáp ứng các yêu cầu về năng lượng xung
(>15 mJ), độ rộng xung (<10 ns), đồng thời nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng
bơm. Thông qua việc mô hình hóa và giải phương trình tốc độ biểu diễn động học
của buồng cộng hưởng laser, chúng tôi đã sử dụng tinh thể Nd:YAG có kích thước
cố định Ф4×50 làm thanh hoạt chất và hai thông số làm biến tối ưu, bao gồm: hệ số
phản xạ của gương ra, hệ số truyền qua ban đầu của chất hấp thụ bão hòa
Cr4+:YAG. Kết quả khảo sát thực nghiệm cho thấy, thông số tối ưu của hệ số phản
xạ của gương ra là 65% và hệ số truyền qua ban đầu của chất hấp thụ bão hòa là
50%, phù hợp với kết quả tối ưu bằng mô hình lý thuyết. Mô hình laser Nd:YAG với
bộ thông số tối ưu đã được xây dựng thành công và cho kết quả với năng lượng
xung ra > 20 mJ, độ rộng xung ra ~ 8 ns, đáp ứng yêu cầu của đầu phát cho máy đo
xa laser.
8 trang |
Chia sẻ: thanhle95 | Lượt xem: 348 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Tối ưu hóa buồng cộng hưởng laser Nd: YAG nhỏ gọn điều biến phẩm chất thụ động dùng cho máy đo xa laser đơn xung, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Kỹ thuật Điện tử – Vật lý – Đo lường
M. N. Công, , D. C. Dũng, “Tối ưu hóa buồng cộng hưởng đo xa laser đơn xung.” 222
TỐI ƯU HÓA BUỒNG CỘNG HƯỞNG LASER Nd:YAG NHỎ GỌN
ĐIỀU BIẾN PHẨM CHẤT THỤ ĐỘNG DÙNG
CHO MÁY ĐO XA LASER ĐƠN XUNG
Mai Nguyệt Công1*, Nguyễn Văn Thương1,
Phan Nguyên Nhuệ2, Dương Chí Dũng2
Tóm tắt: Bài báo trình bày về kết quả nghiên cứu tối ưu hóa buồng cộng hưởng
Laser Nd:YAG điều biến phẩm chất thụ động bằng tinh thể hấp thụ bão hòa
Cr4+:YAG bơm bằng đèn flash nhằm đáp ứng các yêu cầu về năng lượng xung
(>15 mJ), độ rộng xung (<10 ns), đồng thời nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng
bơm. Thông qua việc mô hình hóa và giải phương trình tốc độ biểu diễn động học
của buồng cộng hưởng laser, chúng tôi đã sử dụng tinh thể Nd:YAG có kích thước
cố định Ф4×50 làm thanh hoạt chất và hai thông số làm biến tối ưu, bao gồm: hệ số
phản xạ của gương ra, hệ số truyền qua ban đầu của chất hấp thụ bão hòa
Cr4+:YAG. Kết quả khảo sát thực nghiệm cho thấy, thông số tối ưu của hệ số phản
xạ của gương ra là 65% và hệ số truyền qua ban đầu của chất hấp thụ bão hòa là
50%, phù hợp với kết quả tối ưu bằng mô hình lý thuyết. Mô hình laser Nd:YAG với
bộ thông số tối ưu đã được xây dựng thành công và cho kết quả với năng lượng
xung ra > 20 mJ, độ rộng xung ra ~ 8 ns, đáp ứng yêu cầu của đầu phát cho máy đo
xa laser.
Từ khóa: Đo xa laser; Laser Nd:YAG; Điều biến phẩm chất thụ động; Tinh thể bão hòa Cr4+:YAG.
1. MỞ ĐẦU
Gần đây, các laser rắn điều biến phẩm chất thụ động được nghiên cứu và sử dụng rộng
rãi với vai trò là nguồn phát bức xạ nhỏ gọn, công suất tương đối cao, độ rộng xung cỡ
nano giây cho các nhu cầu khác nhau, như cảm biến khoảng cách, gia công vật liệu, các
thiết bị y tế, [1]. Một laser như vậy bao gồm tinh thể hoạt chất (thường là Nd:YAG) kết
hợp với lớp hấp thụ bão hòa Cr4+ :YAG và hệ hai gương tạo thành buồng cộng hưởng
(BCH) laser điều biến phẩm chất thụ động. Kỹ thuật điều biến phẩm chất thụ động có
nhiều ưu điểm như giá thành rẻ, kết cấu nhỏ gọn, đơn giản trong chế tạo do chỉ sử dụng
một chất hấp thụ bão hòa để điều biến phẩm chất BCH. Chất hấp thụ bão hòa có thể ở
trạng thái rắn, lỏng, chất hữu cơ hoặc tinh thể, Những năm gần đây, tinh thể hấp thụ bão
hòa được nghiên cứu chế tạo và sử dụng ngày càng nhiều. Sự phát hiện ra các tinh thể pha
tạp các ion hấp thụ hoặc chứa các tâm màu đã nâng cao đáng kể độ bền và độ tin cậy của
khóa phẩm chất thụ động. Trong số đó, tinh thể Cr4+:YAG [2-5] đã được sử dụng nhiều để
điều biến phẩm chất cho các laser rắn sử dụng hoạt chất pha tạp ion Nd3+. Điều này là nhờ
tiết diện hấp thụ lớn của ion Cr4+ và các đặc tính hóa học, cơ học, chịu nhiệt tốt của tinh
thể nền YAG.
Thời gian qua, nhiều công bố khoa học đã trình bày các kết quả nghiên cứu lý thuyết và
thực nhiệm về laser sử dụng môi trường pha tạp Nd, được điều biến bằng tinh thể
Cr:YAG. Xuất phát từ việc lập và giải hệ phương trình tốc độ, các tác giả đã xác định
được mối quan hệ giữa các tham số BCH với các đặc trưng phát xạ của laser làm cơ sở để
tính toán tối ưu hóa thông số BCH [5-10]. Tuy nhiên, trong các công trình nghiên cứu này,
các tác giả đã xấp xỷ một số giá trị thực nghiệm để đưa vào trong tính toán lựa chọn thông
số tối ưu và chưa có sự khảo soát thực nghiệm cho nhiều cấu hình BCH khác nhau. Một số
nghiên cứu chỉ tập trung vào việc nâng cao công suất, giảm độ rộng xung laser mà chưa
chú ý đến việc nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng bơm hay giảm ngưỡng phát laser mà
vẫn đảm bảo phát được bức xạ laser như yêu cầu của từng ứng dụng.
Nghiên cứu khoa học công nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Hội thảo Quốc gia FEE, 10 - 2020 223
Trong bài báo này, chúng tôi trình bày các kết quả nghiên cứu tối ưu cấu hình BCH
laser Nd:YAG để ứng dụng vào máy đo xa laser cầm tay đơn xung. Laser phát ra cần đáp
ứng các yêu cầu về năng lượng xung (>15 mJ), độ rộng xung (<10 ns), đồng thời hiệu quả
sử dụng năng lượng bơm cần được nâng cao. Để đáp ứng các yêu cầu này, ngoài việc tối
ưu BCH laser để có thể phát laser có năng lượng và độ rộng xung đảm bảo mà còn phải tối
ưu năng lượng bơm và ngưỡng phát của laser. Các đặc trưng mong muốn của bức xạ laser
có thể đạt được bằng cách thay đổi các thông số thiết kế laser như: hệ số truyền qua ban
đầu của chất hấp thụ bão hòa, nồng độ pha tạp, kích thước của môi trường hoạt chất, độ
phản xạ gương đầu ra, cũng như công suất bơm,... Việc xác định các tham số laser tối ưu
trong nghiên cứu của chúng tôi dựa trên việc mô hình hóa, giải phương trình tốc độ biểu
diễn động học của BCH laser để rút ra sự phụ thuộc của các tham số bức xạ laser vào các
thống số thiết kế. Sau đó, chúng tôi tiến hành thực nghiệm xây dựng các cấu hình BCH
khác nhau nhằm khảo sát ngưỡng phát laser và kiểm chứng các kết quả tính toán từ đó lựa
chọn thông số thiết kế phù hợp nhất cho ứng dụng cụ thể.
Do yêu cầu về kích thước nhỏ gọn và dựa vào kết quả khảo sát các đầu phát laser tương
tự, chúng tôi đã lựa chọn tinh thể Nd:YAG, nồng độ pha tạp Nd 1% có kích thước cố định
Ф4×50 làm môi trường hoạt chất và hai thông số làm biến tối ưu, bao gồm: hệ số phản xạ
của gương ra (R), hệ số truyền qua ban đầu của chất hấp thụ bão hòa Cr4+:YAG (T0).
2. CƠ SỞ CỦA QUÁ TRÌNH PHÁT XẠ LASER
ĐIỀU BIẾN PHẨM CHẤT THỤ ĐỘNG
2.1. Nguyên lý hoạt động của laser điều biến phẩm chất thụ động
Về cơ bản cấu tạo chung của một máy laser gồm có các bộ phận chính (hình 1) BCH
chứa thanh tinh thể, nguồn bơm, bộ điều biến phẩm chất (Q-switch) và khoang phản xạ.
Hình 1. Cấu tạo cơ bản của laser r n Nd:YAG, Q-switch thụ động.
Hình 2 là sơ đồ các mức năng lượng của laser rắn, Q-switch thụ động. Trong đó, môi
trường hoạt chất Nd:YAG có trạng thái cơ bản am0; trạng thái bơm am1; trạng thái laser
trên am2; trạng thái laser dưới am3. Môi trường hấp thụ bão hòa Cr
4+:YAG có bốn mức
năng lượng sa1, sa2, sa3, sa4. Laser Nd:YAG hoạt động theo sơ đồ bốn mức năng lượng
tương ứng với bốn trạng thái của môi trường hoạt chất. Quá trình nghịch đảo mật độ được
thực hiện theo cơ chế sau: Nhờ quá trình bơm các hạt từ trạng thái cơ bản am0 nhảy lên
trạng thái bơm am1. Do thời gian sống của điện tử ở trạng thái này ngắn và trạng thái laser
trên am2 sát với trạng thái bơm nên các hạt dịch chuyển về trạng thái am2 nhanh chóng và
không bức xạ. Ở trạng thái laser trên, thời gian sống của các hạt lớn (cỡ 230μs) nên các hạt
tồn tại ở trạng thái này một thời gian mới dịch chuyển về mức laser dưới am3. Nghịch đảo
Kỹ thuật Điện tử – Vật lý – Đo lường
M. N. Công, , D. C. Dũng, “Tối ưu hóa buồng cộng hưởng đo xa laser đơn xung.” 224
mật độ tích lũy được thiết lập giữa mức am2 và am3. Trạng thái laser dưới am3 có thời gian
sống rất bé, các hạt nhanh chóng trở về trạng thái cơ bản am0 và không phát bức xạ.
Hình 2. Sơ đồ các mức năng lượng của laser Nd:YAG, Q-switch thụ động bằng Cr4+:YAG.
Hình 2 cũng mô tả các mức năng lượng của chất hấp thụ bão hòa, quá trình hấp thụ
dịch chuyển từ trạng thái cơ bản as1 lên trạng thái kích thích trên sa3 là quan trọng nhất đối
với quá trình Q-switch thụ động dựa trên sự thay đổi phi tuyến của hệ số hấp thụ theo
cường độ bức xạ bơm. Thời gian sống của trạng thái kích thích sa3 đủ lớn để lưu giữ các
hạt ở trạng thái này đồng thời làm giảm mật độ các hạt ở trạng thái cơ bản một cách nhanh
chóng. Lúc đó, chất hấp thụ bão hòa gần như trong suốt đối với bức xạ bước sóng laser,
tức là cho phép bức xạ laser truyền trong BCH. Khi đạt được điều kiện ngưỡng phát cùng
với nghịch đảo mật độ lớn trong môi trường hoạt chất sẽ tạo được xung laser ngắn với
năng lượng cao. Ngoài ra, trong chất hấp thụ bão hòa còn xảy ra quá trình hấp thụ từ trạng
thái kích thích sa2 lên trạng thái sa4 gây ra sự mất mát năng lượng không tránh khỏi trong
chất hấp thụ bão hòa.
2.2. Phương trình tốc độ
Từ nguyên lý hoạt động của laser Nd:YAG được Q-switch thụ động ta lập hệ phương
trình tốc độ mô tả sự tiến triển của xung laser (1), (2), (3) [5, 9]. Ba phương trình này mô
tả sự thay đổi theo thời gian của mật độ photon (∅), mật độ nghịch đảo laser (n), và mật độ
nguyên tử mức cơ bản của chất hấp thụ bão hòa (ns1).
(1)
(2)
(3)
trong đó, là mật độ photon trong BCH; là tỷ số tiết diện tương tác hiệu dụng của môi
trường khuếch đại và của chất hấp thụ bão hòa; là mật độ nghịch đảo độ tích lũy tức thời
của laser; là mật độ ở trạng thái cơ bản của chất hấp thụ bão hòa; là tổng mật độ
của chất hấp thụ bão hòa; là tiết diện phát xạ kích thích; là tiết diện hấp thụ dịch
chuyển từ trạng thái cơ bản và là tiết diện hấp thụ dịch chuyển từ trạng thái kính thích
của chất hấp thụ bão hòa; và tương ứng là chiều dài của thanh hoạt chất và chất hấp
thụ bão hoà; là thời gian ánh sáng truyền một vòng trong BCH, với là chiều dài
Nghiên cứu khoa học công nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Hội thảo Quốc gia FEE, 10 - 2020 225
quang học của BCH laser; là mất mát photon do các quá trình nhiễu xạ, hấp thụ, tán
xạ,... trên một vòng truyền trong BCH; là nhân tố giảm nghịch đảo laser; là tốc độ ánh
sáng trong chân không; là hệ số phản xạ của gương ra BCH;
Trong hệ phương trình trên, đã bỏ qua ảnh hưởng của tốc độ bơm và sự thay đổi mật độ
của môi trường hoạt chất và chất hấp thụ bão hòa, do xung laser phát ra rất ngắn so với
thời gian sống của ion Nd (cỡ 230 μs) và Cr (cỡ 4 μs) ở trạng thái kích thích [1] và rất
ngắn so với xung bơm của đèn flash (hàng chục ms)
Hệ phương trình trên là cơ sở toán học để khảo sát các đặc trưng phát xạ của laser.
Từ hệ phương trình trên, JJ Degman [6], X Zhang và cộng sự đã dẫn ra biểu thức tính
toán năng lượng, công suất và động rộng xung như sau [8]:
(4)
(5)
Trong đó: các tham số khác của hệ thống như kích thước tinh thể Nd:YAG, chiều dài
quang học BCH, các hằng số được xác định trước. Các giá trị được tính
thông qua các giá trị và R, bao gồm:
, với T0 là hệ số truyền qua ban đầu của chất hấp thụ bão hòa;
là mật độ nghịch đảo ngưỡng, tại đó, độ
khuếch đại bằng độ tổn hao; T0 là độ truyền qua ban đầu của chất hấp thụ;
, với biểu thị vai trò của
sự hấp thụ từ trạng thái kích thích so với hấp thụ từ trạng thái cơ bản và ; trong
đó, nt là mật độ nghịch đảo tại thời điểm xung đạt cực đại;
, với nf là
mật độ nghịch đảo cuối cùng, ngay sau khi kết thúc xung laser.
Độ rộng xung (W) được xấp xỉ hoá bằng cách sử dụng các đại lượng được dẫn ra trước
đây là năng lượng (E) và công suất đỉnh (P)
(6)
Các biểu thức trên cho phép khảo sát sự phụ thuộc của năng lượng xung laser và độ dài
xung vào các thông số quang học của BCH (mà quan trọng nhất là 2 thông số: hệ số truyền
qua ban đầu T0 của chất hấp thụ; và hệ số phản xạ R của gương ra) để từ đó tính toán giá
trị cụ thể của các thông số đó.
Các tác giả [9, 10] đã có những tính toán với các cấu hình BCH cụ thể và đã rút ra mối
quan hệ giữa năng lượng xung laser ra theo T0 và theo độ phản xạ của gương ra R. Trong
tính toán này, một số thông số của BCH được xác định trước bao gồm: Kích thước thanh
tinh thể Nd:YAG (Φ4×50mm), chiều dài quang học BCH (l’=100 mm).
Kỹ thuật Điện tử – Vật lý – Đo lường
M. N. Công, , D. C. Dũng, “Tối ưu hóa buồng cộng hưởng đo xa laser đơn xung.” 226
Các đồ thị này cho phép ta lựa chọn giá trị T0 và R của BCH theo yêu cầu cho trước về
năng lượng xung laser ra. Đa số các công bố khoa học thời gian qua chủ yếu tập trung vào
việc tối ưu hóa tham số T0 và R để thu được năng lượng xung laser ra lớn nhất. Tuy nhiên,
hình 3 (a) mới chỉ thể hiện được sự phụ thuộc của năng lượng xung ra vào các giá trị T0 và
R mà dựa vào đó chúng ta có thể lựa chọn được bộ tham số tối ưu cho laser để năng lượng
ra là lớn nhất, chưa chú ý đến độ rộng xung và ngưỡng phát của laser. Mối quan hệ giữ độ
rộng xung laser với T0 và R cũng đã được thiết lập trên mô hình lý thuyết thông qua giải
hệ phương trình tốc độ (1)-(3) (hình 3).
(a) (b)
Hình 3. Kết quả khảo sát lý thuyết Laser Nd:YAG, điều biến phẩm chất thụ động
bằng tinh thể Cr: YAG.
(a) Sự phụ thuộc của năng lượng xung ra theo R theo các giá trị T0;
(b) Độ rộng xung theo R và theo T0 với l’=100 mm.
Các đường cong trên hình 3 (a) cho phép lựa chọn tối ưu các giá trịnh R và T0 để đạt
được xung laser ra có năng lượng và độ rộng xung mong muốn. Rõ ràng không thể đồng
thời đạt được năng lượng cực đại và độ rộng xung ra cực tiểu. Như vậy, để đáp ứng được
các yêu cầu nhất định về năng lượng xung ra và độ rộng xung, chúng ta cần tìm ra giá trị R
và T0 thích hợp. Trong ứng dụng cụ thể của chúng tôi, yêu cầu về năng lượng xung > 15
mJ và độ rộng xung < 10 ns, dựa vào kết quả tính toán lý thuyết (hình 3) ta thấy T0 < 0,5.
Hơn nữa, với một giá trị T0, để độ rộng xung thu được <10 ns thì hệ số phản xạ của gương
ra R > Rmax (với Rmax là hệ số phản xạ ứng với giá trị cực đại của năng lượng laser ra). Căn
cứ trên các đường cong ở hình 3, chúng tôi đã lựa chọn được ba giá trị T0 khác nhau (30%,
40% và 50%) và tương ứng lựa chọn các giá trị R (từ các gương sẵn có) để khảo soát lần
lượt là 50%, 65%, 73% để thiết lập thực nghiệm 6 cấu hình BCH mà theo tính toán lý
thuyết, laser ra có các đặc trưng năng lượng và độ rộng xung đảm bảo yêu cầu.
3. KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM CÁC CẤU HÌNH BCH LASER
Với các thông số BCH đã lựa chọn, chúng tôi đã thiết lập hệ thí nghiệm laser Nd:YAG
điều biến phẩm chất thụ động bằng tinh thể Cr4+:YAG bơm bằng đèn xenon. Thanh hoạt
chất và đèn được đặt song song nhau trong khoang phản xạ gương tiết diện elip. Tinh thể
hấp thụ bão hòa được đặt giữa thanh tinh thể Nd:YAG và gương phản xạ 100%. BCH
được thiết kế theo dạng Fabry-Perot có hai gương phẳng phẳng đặt cách nhau 100 mm.
Trong thực nghiệm, các cấu hình BCH đều sử dụng cùng một đèn bơm, khoang phản xạ,
chỉ thay đổi các giá trị R và T0. Một tụ điện có điện dung 20 μF được sử dụng để tích trữ
năng lượng bơm cho đèn flash trong tất cả các cấu hình BCH. Ngưỡng phát laser của các
cấu hình BCH được khảo sát thông qua điện áp nạp vào tụ. Hình 4 là ảnh chụp hệ thống
Nghiên cứu khoa học công nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Hội thảo Quốc gia FEE, 10 - 2020 227
thực nghiệm khảo sát hoạt động của laser được chúng tôi thiết lập trên bàn quang học. Hệ
thống thí nghiệm bao gồm đầu phát laser (1), mạch nguồn bơm và các thiết bị đo. Mạch
điều khiển đèn bơm (2) có nhiệm vụ tích điện vào tụ, tạo xung mồi để kích hoạt đèn bơm.
Máy đo năng lượng 13PEM001 của Melles Griot (5) kết hợp với đầu thu năng lượng (3)
để đo năng lượng của xung laser. Đầu thu photodiode nhanh S5971 của Hamamatsu (tần
số cắt 100MHz) (4) kết hợp với dao động ký TDS 2022C 200MHz (6) để khảo sát đặc
trưng thời gian của xung laser. Photodiode này được đặt để thu nhận xung laser phản xạ
tán xạ từ mặt của đầu thu năng lượng (3).
Hình 4. Ảnh chụp hệ thống thực nghiệm khảo sát hoạt động của laser
1- Đầu phát laser; 2- Mạch điểu khiển đèn bơm; 3- Đầu thu năng lượng xung laser;
4- Photodiode nhanh; 5- Máy đo năng lượng; 6- Dao động ký.
Sau khi hiệu chỉnh các cấu hình BCH, chúng tôi tăng dần điện áp nạp cho tụ và kích
hoạt đèn bơm để khảo sát ngưỡng phát laser đồng thời ghi lại thông tin năng lượng xung từ
máy đo năng lượng, độ rộng xung từ dao động ký. Kết quả khảo sát các cấu hình BCH
được thể hiện trong bảng 1.
Bảng 1. Kết quả khảo sát hoạt động của các cấu hình BCH laser Nd:YAG.
T0 R 50% 65% 73%
30% Cấu hình 1
E= 32,9 mJ
W = 6 ns
Up = 845 V
- -
40% Cấu hình 2
E = 32,3 mJ
W = 9,7 ns
Up = 785 V
Cấu hình 3
E = 19,9 mJ
W = 8,7 ns
Up = 735 V
-
50% Cấu hình 4
E = 21,3 mJ
W = 8,6 ns
Up = 750 V
Cấu hình 5
E = 25,3 mJ
W = 6,7 ns
Up = 660 V
Cấu hình 6
E = 18 mJ
W = 7,4 ns
Up = 800 V
Kết quả khảo sát cho thấy, tất cả các cấu hình BCH đã lựa chọn khảo sát đều có đặc
trưng phát xạ laser đảm bảo các yêu cầu về năng lượng xung ra và độ rộng xung. Kết quả
này phù hợp với các tính toán lý thuyết trước đó. Tuy nhiên, các cấu hình BCH cho giá trị
1
2
3
4
5
6
Kỹ thuật Điện tử – Vật lý – Đo lường
M. N. Công, , D. C. Dũng, “Tối ưu hóa buồng cộng hưởng đo xa laser đơn xung.” 228
năng lượng xung laser khác nhau. Có cấu hình BCH cho năng lượng xung ra cao (cấu hình
1, cấu hình 2), nhưng ngưỡng bơm laser lại lớn, có cấu hình BCH cho xung laser năng
lượng thấp hơn nhưng lại có ngưỡng bơm thấp. Từ kết quả khảo sát, ta nhận thấy cấu hình
5 (R = 65%, T0 = 50%) là cấu hình có ngưỡng phát laser nhỏ nhất, tiếp đến là cấu hình 3,
và cấu hình 4.
Kết quả khảo sát trên cho ta các bước để xác định cấu hình BCH tối ưu theo năng
lượng xung ra và độ rộng xung và đảm bảo năng lượng bơm nhỏ nhất. Đầu tiên, xác định
định hệ số truyền qua ban đầu cực đại của chất hấp thụ bão hòa từ yêu cầu về năng lượng
xung ra. Tiếp theo, xác định hệ số phản xạ của gương ra, tương ứng với hệ số truyền qua
ban đầu đảm bảo yêu cầu về độ rộng xung. (Giá trị R được chọn gần với Rmax nhất). Dựa
vào kết quả tối ưu này, chúng tôi đã chế tạo thành công đầu phát laser Nd:YAG điều biến
phẩm chất thụ động có các đặc trưng bức xạ laser đáp ứng yêu cầu cho ứng dụng trong
máy đo xa laser cầm tay.
4. KẾT LUẬN
Bài báo trình bày những tính toán lý thuyết và khảo sát thực nghiệm các cấu hình BCH
laser Nd:YAG điều biến phẩm chất thụ động bằng tinh thể Cr4+:YAG. Với mục đích tối ưu
các thông số BCH đáp ứng yêu cầu về năng lượng và độ rộng xung ứng dụng trong máy
đo xa laser cầm tay. Trên cơ sở đó, bài báo đã đưa ra cách chọn các giá trị tối ưu cho BCH
không những đáp ứng yêu cầu về năng lượng, độ rộng xung mà còn tận dụng tối đa năng
lượng bơm cho các hệ laser này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Koechner, W., “Solid-State Laser Engineering”. 2006. 1.
[2]. Shimony, Y., Z. Burshtein, and Y. Kalisky, “Cr4+:YAG as passive Q-switch and
Brewster plate in a pulsed Nd:YAG laser”. Quantum Electronics, IEEE Journal of,
1995. 31: p. 1738-1741.
[3]. Jazi, M., et al., “Pulsed Nd:YAG passive Q-switched laser using Cr4+:YAG crystal.”
Optics & Laser Technology, 2012. 44: p. 522–527.
[4]. Zhang, X., et al., “Optimization of Cr4+-doped saturable-absorber Q-switched
lasers”. Quantum Electronics, IEEE Journal of, 1998. 33: p. 2286-2294.
[5]. Swiderski, J., et al., “Numerical analysis of a passively Q-switched Nd: YAG laser
with a Cr 4+: YAG exhibiting ESA”. Opto-electronics Review, 2005. 13: p. 43-50.
[6]. Degnan, J., “Optimization of Passively Q-Switched Lasers”. IEEE Journal of
Quantum Electronics, 1995. 31: p. 1890-1901.
[7]. Zhang, X., et al., “Modeling of passively Q-switched lasers”. JOSA B, 2000. 17: p.
1166-1175.
[8]. Chen, Y.-F., Y.P. Lan, and H.L. Chang, “Analytical model for design criteria of
passively Q-switched lasers”. Quantum Electronics, IEEE Journal of, 2001. 37: p.
462-468.
[9]. Nhue, P.N., D.C. Dung, and L.H. Hai, “Temporal characteristics of flash-lamp
pumped Nd:YAG lasers and passively Q-switched with a Cr:YAG saturable
absorber”. Journal of Science and Technique - Le Quy Don Technical University,
2014. 162: p. 70-78.
[10]. Nhuệ, P.N., D.C. Dũng, and L.H. Hải. “Một số kết quả nghiên cứu laser Nd:YAG Q-
Switch thụ động bằng tinh thể Cr:YAG, Bơm bằng đèn Flash” in Advances in Optics
Photonics Spectroscopy & Applications VIII. 2014. Đà Nẵng.
Nghiên cứu khoa học công nghệ
Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Hội thảo Quốc gia FEE, 10 - 2020 229
ABSTRACT
OPTIMIZATION OF THE RESONATOR FOR COMPACT PASSIVE Q-SWITCHED
ND:YAG LASER USED IN SINGLE-PULSE LASER RANGEFINDER
The paper presents the results of our research on optimization of flash pumped
compact Q-Switched Nd:YAG laser resonator using Cr4+:YAG saturable absorber
passively Q-switched crystal, to meet the requirements such as output energy (>15
mJ), pulse-width (<10 ns) with maximization of the pump energy efficiency. By
modeling and solving the rate equation