Nghiên cứu động học laser màu phản hồi phân bố sử dụng môi trường hoạt chất lai tạp hữu cơ - nano kim loại

Nhằm nâng cao độ ổn định của một laser xung picô giây điều chỉnh bước sóng bằng việc sử dụng môi trường lai tạp, khả năng phát laser xung picô giây có tần số lặp lại cao và  nắm vững các quá trình động học trong phát laser xung cực ngắn sử dụng môi trường hoạt chất lai vô cơ - hữu cơ, nhóm nghiên cứu do PGS.TS. Đỗ Quang Hòa, Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đứng đầu đã tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu động học laser màu phản hồi phân bố sử dụng môi trường hoạt chất lai tạp hữu cơ - nano kim loại”.

Các nội dung và phạm vi nghiên cứu bao gồm:

- Xây dựng mô hình toán học cho quá trình truyền năng lượng thuận nghịch giữa nanô vàng hoặc bạc với các phân tử màu hữu cơ trên cơ sở các công trình đã công bố.

- Tính toán động học thời gian - phổ của một hoạt động laser màu thay đổi tần số phát có tính đến hiệu ứng dập tắt nội tại.

- Nghiên cứu thực nghiệm trên laser màu phản hồi phân bố bơm bằng laser Nd:YAG tần số 10 Hz sử dụng môi trường hoạt chất lai tạp.

Nhóm nghiên cứu tiếp cận theo hai hướng đó là tiến hành nghiên cứu các mô hình truyền năng lượng giữa các hạt nanô kim loại với các phân tử màu hữu cơ đã được các tác giả công bố, nghiên cứu mô phỏng quá trình phát laser từ một buồng cộng hưởng phản hồi phân bố sử dụng môi trường lai vô cơ - hữu cơ có tính đến tương tác tương hỗ và nghiên cứu thực nghiệm xây dựng hệ laser màu phản hồi phân bố bơm bằng laser Nd:YAG tần số 10 Hz. Các kết quả thu được như sau:

 - Các kết quả nghiên cứu về sự tương tác giữa vật liệu nano vàng dạng cầu có đường kính nhỏ hơn 20 nm với các phân tử màu DCM đã chứng tỏ sự tương tác hai chiều cho/nhận trong môi trường laser màu lai tạp. Sự truyền năng lượng trường gần (dạng cộng hưởng plasmon bề mặt) và trường xa (dạng tương tác lưỡng cực) đă được thể hiện trong tiến trình phát bức xạ laser xung pico-giây sử dụng cấu hình phản hồi phân bố bơm bằng laser xung nano-giây.

- Hoạt động của các laser màu rắn theo cấu hình phản hồi phân bố sử dụng môi trường hoạt chất lai tạp hữu cơ (DCM) - Vô cơ (nano-vàng) có thể phát đơn xung ngắn độ bán rộng khoảng 10 ps do hiệu ứng hấp thụ bão hòa nội tại dập tắt các bức xạ thứ cấp do được tạo thành do dao động hồi phục độ tích lũy tại các mức laser trên. Sử dụng kỹ thuật ổn định nhiệt độ cho môi trường lai tạp có thể nâng cao khả năng sử dụng môi trường laser màu rắn do sự truyền nhiệt tốt của các phần tử nano vàng.

Như vậy, các kết quả này sẽ là cơ sở khoa học đối với lĩnh vực phát triển các môi trường hoạt chất laser màu phát xung ngắn có thể lựa chọn bước sóng tùy ý. Mặt khác, sự ổn định nhiệt của môi trường hoạt chất hạn chế sự suy giảm tuổi thọ và hiệu ứng truyền năng lượng theo hai hướng cho/nhận năng lượng của chất màu là rất quan trọng đối với loại laser này hoạt động ở chế độ tần số cao hoặc liên tục bởi hiệu ứng khử tích lũy bội ba thường gặp trong các môi trường hoạt chất phân tử màu.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 14772/2018) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

P.T.T (NASATI)