I. Tổng quan về buồng cộng hưởng
Buồng cộng hưởng quang học là một phần thiết yếu trong cấu trúc của laser Nd. Nó cho phép ánh sáng lưu chuyển theo một hành trình khép kín, tạo ra hiệu ứng khuếch đại. Có nhiều cách phân loại buồng cộng hưởng, trong đó phân loại theo chủng loại laser và nguyên lý lưu chuyển ánh sáng là phổ biến nhất. Các buồng cộng hưởng có thể được chia thành ba loại chính: buồng cộng hưởng khối, buồng cộng hưởng dẫn sóng và buồng cộng hưởng hỗn hợp. Mỗi loại có những đặc điểm riêng biệt, ảnh hưởng đến tính chất của vật lý laser. Ví dụ, buồng cộng hưởng khối thường được sử dụng cho các laser rắn, trong khi buồng cộng hưởng dẫn sóng thường được chế tạo dưới dạng sợi quang. Việc lựa chọn cấu hình buồng cộng hưởng phù hợp là rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến hiệu suất và khả năng đồng chỉnh của laser.
1.1 Phân loại buồng cộng hưởng
Buồng cộng hưởng có thể được phân loại theo nhiều tiêu chí khác nhau. Phân loại theo chủng loại laser cho thấy sự đa dạng trong thiết kế và ứng dụng. Buồng cộng hưởng khối thường có kích thước lớn và được sử dụng cho các laser công suất cao. Ngược lại, buồng cộng hưởng dẫn sóng có kích thước nhỏ hơn và thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu tính di động cao. Việc phân loại này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về cấu trúc mà còn giúp tối ưu hóa thiết kế cho từng loại laser cụ thể. Đặc biệt, trong bối cảnh phát triển laser mini, việc hiểu rõ các loại buồng cộng hưởng là rất cần thiết để cải thiện hiệu suất và tính năng của sản phẩm.
II. Cơ sở động học của laser rắn được Q switch thụ động
Cơ sở động học của laser Nd được kích thích bằng phương pháp bơm quang học là một yếu tố quan trọng trong việc phát triển buồng cộng hưởng mini. Phương pháp Q-switching cho phép tạo ra các xung laser ngắn với năng lượng cao, điều này rất quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghệ hiện đại. Khi sử dụng Q-switching, độ phẩm chất Q của buồng cộng hưởng có thể được điều chỉnh để tối ưu hóa hiệu suất phát laser. Điều này có nghĩa là khi độ phẩm chất Q thấp, năng lượng có thể tích lũy mà không phát ra laser, và khi mở màn chắn, năng lượng này sẽ được phát ra dưới dạng xung ngắn. Các cơ chế hoạt động của Q-switching bao gồm cơ, quang điện, quang âm và hấp thụ thụ động, mỗi loại có những ưu điểm và nhược điểm riêng.
2.1 Phương pháp Q switching
Phương pháp Q-switching là một trong những kỹ thuật quan trọng nhất trong việc điều khiển laser. Kỹ thuật này cho phép tạo ra các xung laser với năng lượng cao và thời gian ngắn, điều này rất hữu ích trong các ứng dụng như y tế và công nghiệp. Q-switching hoạt động bằng cách điều chỉnh độ phẩm chất Q của buồng cộng hưởng, cho phép tích lũy năng lượng trước khi phát ra. Khi mở màn chắn, năng lượng tích lũy sẽ được phát ra dưới dạng xung laser mạnh. Điều này không chỉ giúp tăng cường hiệu suất mà còn mở ra nhiều khả năng ứng dụng mới cho laser mini trong các lĩnh vực khác nhau.
III. Một số vấn đề vật lý trong buồng cộng hưởng mini cho laser Nd YAG
Trong việc thiết kế buồng cộng hưởng mini cho laser Nd:YAG, có nhiều vấn đề vật lý cần được xem xét. Đầu tiên là việc tối ưu hóa cấu trúc buồng cộng hưởng để giảm thiểu mất mát do nhiễu xạ và tăng cường thể tích mode. Các yếu tố như hình dạng gương, khoảng cách giữa các gương và chất liệu của buồng cộng hưởng đều ảnh hưởng đến hiệu suất của laser. Thứ hai, việc sử dụng các gương phản xạ có hệ số phản xạ khác nhau cũng là một yếu tố quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất phát laser. Cuối cùng, việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp đo lường quang học cũng rất cần thiết để đảm bảo rằng các thông số vật lý trong buồng cộng hưởng được duy trì ở mức tối ưu.
3.1 Tối ưu hóa cấu trúc buồng cộng hưởng
Tối ưu hóa cấu trúc của buồng cộng hưởng mini là một trong những thách thức lớn nhất trong việc phát triển laser Nd. Cấu trúc buồng cộng hưởng cần phải được thiết kế sao cho giảm thiểu mất mát do nhiễu xạ và tối đa hóa thể tích mode. Việc lựa chọn hình dạng gương và khoảng cách giữa các gương là rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất phát laser. Ngoài ra, việc sử dụng các vật liệu có tính chất quang học tốt cũng là một yếu tố quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất của laser. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng việc sử dụng các gương phản xạ có hệ số phản xạ cao có thể giúp tăng cường hiệu suất phát laser một cách đáng kể.
