Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Đo xung laser cực ngắn bằng phương pháp tự tương quan - Nghiên cứu và phát triển thiết bị đo

Luận văn đã nghiên cứu một số ứng dụng của xung laser cực ngắn trong điện tử viễn thông, trong vật lý học, hóa học, sinh học; tìm hiểu một số phương pháp đo xung quang học và nghiên cứu phương pháp đo xung quang học cực ngắn bằng phương pháp quang học... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Đo xung laser cực ngắn bằng phương pháp tự tương quan - Nghiên cứu và phát triển thiết bị đo ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Phương Thị Thúy HằngĐO XUNG LASER CỰC NGẮN BẰNG PHƢƠNG PHÁP TỰ TƢƠNG QUAN: NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ ĐO LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Phương Thị Thúy HằngĐO XUNG LASER CỰC NGẮN BẰNG PHƢƠNG PHÁP TỰ TƢƠNG QUAN: NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN THIẾT BỊ ĐO Chuyên ngành: Vật lí vô tuyến và điện tử Mã số: 604403 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS. TS. Nguyễn Đại Hưng Hà Nội – Năm 2011 MỤC LỤC MỞ ĐẦU……………………………………………………………………….1 CHƢƠNG 1: CÁC ỨNG DỤNG CỦA XUNG LASER NGẮN……………41.1. Ứng dụng xung laser ngắn trong vật lý, sinh học và hóa học…………………41.2. Ứng dụng laser xung ngắn trong thông tin quang…………………………….5 1.2.1. Ghép kênh phân chia theo thời gian quang học (Optical time division multiplexing OTDM)………………………………………………...6 1.2.2. Việc tách xung đồng hồ quang học…………………………………….8 1.2.3. Phản xạ kế trong miền thời gian quang học (Optical time domain reflectometry - OTDR)………………………………………………………...9 1.2.4. Ghép kênh phân chia theo bước sóng (Wavelength Division Multiplexing -WDM)…………………………………………………………10 CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐO XUNG LASER NGẮN………..132.1. Phương pháp điện tử để đo xung laser ngắn………………………………….13 2.1.1. Photodiode……………………………………………………………..13 2.1.2. Streak Camera…………………………………………………………142.2. Phương pháp quang học để đo xung laser cực ngắn………………………….17 2.2.1. Nguyên tắc chung của phương pháp – Hàm tự tương quan. ……….18 2.2.2. Kỹ thuật đo độ rộng xung laser cực ngắn……………………………22 2.2.2.1. Kỹ thuật đo dựa vào sự huỳnh quang hai photon………….22 2.2.2.2. Kỹ thuật đo dựa vào sự phát họa ba bậc hai (SHG)……….24 2.2.2.3. Kỹ thuật bố trí thực nghiệm hệ đo tự tương quan…………26 CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN HỆ ĐO XUNG LASER CỰC NGẮN BẰNG PHƢƠNG PHÁP TỰ TƢƠNG QUAN..........……….353.1. Hệ laser Nd:YVO4 mode-locking ……………….…………………………….353.2. Sound Card (Bo mạch âm thanh) …………………….………….……………373.3. Xây dựng hệ đo độ rộng xung laser cực ngắn bằng phương pháp tự tươngquan………………..…………………………………………………………………39 3.3.1. Xây dựng sơ đồ nguyên lý của hệ đo……………...………………….39 3.3.2. Xây dựng cấu hình hệ đo………………………………………….…..40 3.3.3. Lập trình cho hoạt động của hệ đo…………………………………...423.4. Kết quả thực nghiệm của hệ đo……………………………………………..….453.5. Thảo luận……………………………………………………………………..….47 KẾT LUẬN.......................................................................................................52 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………….…………..53 PHỤ LỤC……………………………………….…………………………….55 MỞ ĐẦU Từ khi được phát minh cho tới nay, laser đã không ngừng được nghiên cứuvà phát triển. Nhờ có laser, quang phổ laser đã có được những thành tựu vĩ đại trongngành vật lý nguyên tử, vật lý phân tử, vật lý plasma, vật lý chất rắn, phân tích hóahọc và cho tới cả những ngành ít liên quan như nghiên cứu môi trường, y học haycông nghệ sinh học… Cùng với những ứng dụng không ngừng mở rộng của laser lànhững tiến bộ trong việc tạo ra các nguồn laser cực ngắn. Các xung laser cực ngắnra đời, cho phép các nhà khoa học có thể nghiên cứu các quá trình xảy ra cực nhanhtrong vật lý cũng như trong hóa học. Bằng việc tạo ra các xung quang học cực ngắncỡ femto giây (10-15 s) và Atto giây (10-18 s), chúng ta có thể nắm bắt được sựchuyển đổng của các electron trong nguyên tử. Nhờ các xung cực ngắn mà các nhàkhoa học đã có thể đo được khoảng thời gian của từng bước phản ứng của quá trìnhquang hợp, thậm chí có thể nhờ các xung laser để điều khiển các phản ứng hóa họcmột cách định hướng để tổng hợp các hợp chất mà bằng các phương pháp khác rấtkhó đạt được. Trong điện tử, viễn thông, các xung laser cực ngắn cho phép tạo racác cảm biến siêu nhạy và thực hiện lấy mẫu quang điện trong các mạch điện tử cótốc độ cao. Các xung laser cực ngắn cho phép truyền nhiều tín hiệu trên một đườngtruyền vì độ rộng của các xung đủ ngắn để đảm bảo không có sự chồng lấn giữa cácxung khi ghép kênh quang học phân chia theo thời gian, đảm bảo cho các tín hiệutránh được hiện tượng nhiễu xuyên kênh (ISI) và giảm được độ rộng của kênh khighép kênh phân chia theo tần số. Tuy nhiên, để có thể khai thác được hết những ưu điểm của xung quang họccực ngắn mà chúng ta đã nêu ở trên thì việc đo đạc chính xác độ rộng của xung làđiều hết sức quan trọng. Nhưng các thiết bị và hệ thống đo điện tử chỉ có khả năngđo được các hiện tượng cực nhanh hay các xung quang học laser cực nhanh với độdài cỡ một vài pico-giây, với những xung quang học cực ngắn (cỡ femto giây), các 1thiết bị điện tử thông thường sẽ không thể đo được. Do đó, việc nghiên cứu và pháttriển các phương pháp, hệ thống đo xung quang học có độ phân giải thời gian caohơn nữa có ý nghĩa vô cùng quan trọng. Vì vậy, tôi đã chọn đề tài “Đo xung lasercực ngắn bằng phương pháp tự tương quan: Nghiên cứu và phát triển thiết bị đo” đểthực hiện trong luận văn này. Nội dung luận văn được chia thành 3 chương: + Chương 1. Các ứng dụng của xung laser ngắn. + Chương 2. Các phương pháp đo xung laser ngắn. + Chương 3. Nghiên cứu và phát triển hệ đo xung laser cực ngắn bằngphương pháp tự tương quan. L ...