baoquyen_ly
New Member
Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết nối
Luận văn ThS. Kỹ thuật điện tử -- Trường Đại học Công nghệ. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2010
Chương 1: Laser phát xung ngắn và một số ứng dụng của Laser. Chương 2: Các phương pháp đo xung ngắn. Chương 3: Nghiên cứu và phát triển hệ đo xung quang học cực ngắn
phát xung ng
1.1.1. Phương pháp biến điệu độ phẩm chất buồng cộng hưởng (Q-switching)
.....................................................................................................................4
1.1.2. Phương pháp chiết tách năng lượng buồng cộng hưởng Dumping
(Dumping cavity)........................................................................................6
1.1.3. Phương pháp buồng cộng hưởng dập tắt (Quenching cavity)................8
1.1.4. Phương pháp quá độ buồng cộng hưởng (Resonator transient) ..........10
1.1.5. Phương pháp chọn lọc thời gian – phổ (Spectro – temporal – selection)
...................................................................................................................10
1.1.6. Phương pháp kích thích sóng chạy (Traveling wave excitation)..........11
1.1.7. Phương pháp phản hồi phân bố (Distributed Feedback - DF).............13
1.1.8. Phương pháp khóa pha (mode-locking) ................................................14
1.2. Các ứng dụng của xung laser cực ngắn .........................................................16
1.2.1. Ứng dụng xung laser cực ngắn trong vật lý, sinh học và hóa học ..........17
1.2.2. Ứng dụng laser xung ngắn trong thông tin quang...................................19
1.2.2.1. Ghép kênh phân chia theo thời gian quang học (Optical time division
multiplexing OTDM) ............................................................................20
1.2.2.2. Việc tách xung đồng hồ quang học.......................................................22
1.2.2.3. Phản xạ kế trong miền thời gian quang học (Optical time domain
reflectometry - OTDR)..........................................................................23
1.2.2.4. Ghép kênh phân chia theo bước sóng (Wavelength Division
Multiplexing -WDM) ............................................................................24
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO XUNG LASER NGẮN
2.1. Phương pháp điện tử để đo xung laser ngắn.................................................28
2.1.1. Photodiode. .................................................................................................28
2.1.2. Streak Camera............................................................................................29
2.2. Phương pháp quang học để đo xung laser cực ngắn. ...................................32
2.2.1. Nguyên tắc chung của phương pháp – Hàm tự tương quan. ..................32
2.2.2. Kỹ thuật đo độ rộng xung laser cực ngắn.................................................37
2.2.2.1. Kỹ thuật đo dựa vào sự huỳnh quang hai photon..............................38
2.2.2.2. Kỹ thuật đo dựa vào sự phát họa ba bậc hai (SHG) ..........................39
2.2.2.3. Kỹ thuật bố trí thực nghiệm hệ đo tự tương quan .............................40
CHƯƠNG III:
NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN
HỆ ĐO XUNG QUANG HỌC CỰC NGẮN
3.1. Hệ đo độ rộng xung quang học cực ngắn tự tương quan sử dụng bộ dịch
chuyển tịnh tiến................................................................................................44
3.1.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ đo. ........................................................................44
3.1.2. Phát triển hệ đo độ rộng xung quang học cực ngắn................................46
3.1.3. Kết quả thực nghiệm ..................................................................................48
3.2. Tính toán lý thuyết và mô phỏng....................................................................50
3.2.1. Tự tương quan giao thoa ...........................................................................50
3.2.1.1. Tính toán lý thuyết ................................................................................50
3.2.1.2. Mô phỏng..............................................................................................53
3.2.2.Tự tương quan cường độ.............................................................................61
3.2.2.1. Tính toán lý thuyết ................................................................................61
3.2.2.2. Mô phỏng..............................................................................................63
3.2.3. So sánh giữa tự tương quan giao và tự tương quan cường độ trong việc
xác định độ rộng của xung quang học cực ngắn .......................................67
3.3. Fit giữa kết quả mô phỏng với dữ liệu thực nghiệm để tìm ra độ rộng xung
chính xác...........................................................................................................69
3.3.1. Mô phỏng xác định dạng xung laser dựa trên dữ liệu của tự tương quan
cường độ........... ..........................................................................................70
3.3.2. Với dữ liệu thực nghiệm thứ nhất.............................................................75
3.3.3. Với dữ liệu thực nghiệm thứ hai ...............................................................78
3.3.4. Với dữ liệu thực nghiệm thứ ba.................................................................80
KẾT LUẬN ...........................................................................................................................83
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................85
A.1. Kết quả thực nghiệm phép đo độ rộng xung laser.......................................87
A.2. Code mô phỏng tự tương quan giao thoa .....................................................92
A.3. Code mô phỏng tự tương quan cường độ .....................................................96
A.4. Fit giữa dữ liệu thực nghiệm với kết quả mô phỏng....................................99
Ngày nay laser, đặc biệt là các laser cực ngắn, đã trở thành một công cụ
không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khoa học cũng như ứng dụng
kỹ thuật. Nhờ có laser, quang phổ laser đã có được những thành tựu vĩ đại trong
ngành vật lý nguyên tử, vật lý phân tử, vật lý plasma, vật lý chất rắn, phân tích
hóa học và cho tới cả những ngành ít liên quan như nghiên cứu môi trường, y
học hay công nghệ sinh học… Cùng với những ứng dụng không ngừng mở rộng
của laser là những tiến bộ trong việc tạo ra các nguồn laser cực ngắn. Các xung
laser cực ngắn ra đời, cho phép các nhà khoa học có thể nghiên cứu các quá
trình xảy ra cực nhanh trong vật lý cũng như trong hóa học. Bằng việc tạo ra các
xung quang học cực ngắn cỡ femto giây (10-15 s) và Atto giây (10-18 s), chúng ta
có thể nắm bắt được sự chuyển đổng của các electron trong nguyên tử. Nhờ các
xung cực ngắn mà các nhà khoa học đã có thể đo được khoảng thời gian của
từng bước phản ứng của quá trình quang hợp, thậm chí có thể nhờ các xung
laser để điều khiển các phản ứng hóa học một cách định hướng để tổng hợp các
hợp chất mà bằng các phương pháp khác rất khó đạt được. Trong điện tử, viễn
thông, các xung laser cực ngắn cho phép tạo ra các cảm biến siêu nhạy và thực
hiện lấy mẫu quang điện trong các mạch điện tử có tốc độ cao. Để có thể truyền
nhiều tín hiệu trên một đường truyền, người ta thực hiện việc ghép kênh tín hiệu.
Trong thông tin quang, có hai phương pháp ghép kênh chủ yếu là OTDM (ghép
kênh quang học phân chia theo thời gian) và WDM (ghép kênh phân chia theo
tần số). Tuy nhiên, dù có ghép kênh theo kiểu nào đi chăng nữa thì độ rộng cực
ngắn của các xung là vô cùng cần thiết trong việc nâng cao tốc độ truyền. Với
OTDM, các xung đòi hỏi đủ ngắn để đảm bảo không có sự chồng lấn giữa các
xung khi chúng được ghép thành tín hiệu truyền trong một cửa sổ truyền; còn
với WDM, các xung quang học cực ngắn sẽ đảm bảo cho các tín hiệu tránh được
hiện tượng nhiễu xuyên kênh (ISI) và giảm được độ rộng của kênh.
Tuy nhiên, để có thể khai thác được hết những ưu điểm của xung quang
học cực ngắn mà chúng ta đã nêu ở trên thì việc đo đạc chính xác độ rộng của
xung là điều hết sức quan trọng. Với những xung quang học cực ngắn (cỡ femto
giây), các thiết bị điện tử thông thường sẽ không thể đo được. Người ta có thể sử
dụng các thiết bị điện tử đặc biệt như streak camera để đo các xung laser có độ
rộng cỡ vài trăm femto giây, tuy nhiên giá thành của các thiết bị này lại rất đắt
nên nó không được sử dụng phổ biến. Xuất phát từ yêu cầu đó, tui đã chọn đề tài
“ Nghiên cứu và phát triển hệ đo xung quang học cực ngắn” để thực hiện trong
luận văn này.
Luận văn được chia thành 3 chương:
+ Chương I. Laser phát xung ngắn và một số ứng dụng của laser.
+ Chương II. Các phương pháp đo xung ngắn.
+ Chương III. Nghiên cứu và phát triển hệ đo xung quang học cực ngắn
Trong chương I, luận văn trình bày về một số phương pháp phát laser xung
ngắn: Phương pháp điều biến độ phẩm chất của buồng cộng hưởng (Q
switching), phương pháp chiết tách năng lượng buồng cộng hưởng dumping
(Dumping cavity), phương pháp buồng cộng hưởng dập tắt (Quenching cavity),
phương pháp quá độ buồng cộng hưởng (Resonator transient), phương pháp
chọn lọc thời gian-phổ (Spectro temporal selection), phương pháp kích thích
sóng chạy (Travelling wave excitation), phương pháp phản hồi phân bố
(Distributed feedback), phương pháp khóa mode trong buồng cộng hưởng
(Mode-locking).
Hiện nay, laser và đặc biệt là những laser cực ngắn đang có rất nhiều những
ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực: vật lý học, hóa học, công nghệ sinh học, y
học, điện tử và viễn thông... nên trong chương I, tui có đề cập tới một số ứng
dụng của laser nói chung và laser cực ngắn nói riêng
Trong chương II, tui tìm hiểu và trình bày một số phương pháp đo xung
quang học cực ngắn. Các phương pháp đó có thể được chia thành 2 loại: Phương
pháp điện tử và phương pháp quang học. Với phương pháp điện tử, luận văn
trình bày về việc đo xung quang học cực ngắn sử dụng photodiode và streak
camera. Cơ sở của phương pháp quang học của việc đo xung quang học cực
ngắn là dựa trên kỹ thuật huỳnh quang hai photon và sự phát họa ba bậc hai trên
cơ sở hàm tự tương quan.
Trong chương III, luận sẽ trình bày về sơ đồ hệ đo độ rộng xung quang học
cực ngắn theo phương pháp tự tương quan. Dựa trên những thông số của thực
nghiệm, luận văn tiến hành tính toán lý thuyết cũng như mô phỏng quá trình đo.
Để có được kết quả đo độ rộng xung là chính xác nhất, tui thực hiện fit giữa dữ
liệu thực nghiệm với kết quả mô phỏng với mô phỏng với việc giả sử dạng xung
tại lối vào khác nhau.
Luận văn này được thực hiện dưới sự hướng dẫn tận tình của GS.TS
Nguyễn Đại Hưng, cùng các anh chị tại phòng Quang tử, Trung tâm Điện tử học
lượng tử, Viện Vật lý, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Tuy nhiên, do
còn những hạn chế về sự hiểu biết cũng như những sơ suất trong quá trình thực
hiện, nên bản luận văn sẽ không tránh khỏi những sai sót. Kính mong các thầy
cô, cùng các anh chị đóng góp, chỉ bảo để bản luận văn được hoàn thiện hơn.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Luận văn ThS. Kỹ thuật điện tử -- Trường Đại học Công nghệ. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2010
Chương 1: Laser phát xung ngắn và một số ứng dụng của Laser. Chương 2: Các phương pháp đo xung ngắn. Chương 3: Nghiên cứu và phát triển hệ đo xung quang học cực ngắn
phát xung ng
1.1.1. Phương pháp biến điệu độ phẩm chất buồng cộng hưởng (Q-switching)
.....................................................................................................................4
1.1.2. Phương pháp chiết tách năng lượng buồng cộng hưởng Dumping
(Dumping cavity)........................................................................................6
1.1.3. Phương pháp buồng cộng hưởng dập tắt (Quenching cavity)................8
1.1.4. Phương pháp quá độ buồng cộng hưởng (Resonator transient) ..........10
1.1.5. Phương pháp chọn lọc thời gian – phổ (Spectro – temporal – selection)
...................................................................................................................10
1.1.6. Phương pháp kích thích sóng chạy (Traveling wave excitation)..........11
1.1.7. Phương pháp phản hồi phân bố (Distributed Feedback - DF).............13
1.1.8. Phương pháp khóa pha (mode-locking) ................................................14
1.2. Các ứng dụng của xung laser cực ngắn .........................................................16
1.2.1. Ứng dụng xung laser cực ngắn trong vật lý, sinh học và hóa học ..........17
1.2.2. Ứng dụng laser xung ngắn trong thông tin quang...................................19
1.2.2.1. Ghép kênh phân chia theo thời gian quang học (Optical time division
multiplexing OTDM) ............................................................................20
1.2.2.2. Việc tách xung đồng hồ quang học.......................................................22
1.2.2.3. Phản xạ kế trong miền thời gian quang học (Optical time domain
reflectometry - OTDR)..........................................................................23
1.2.2.4. Ghép kênh phân chia theo bước sóng (Wavelength Division
Multiplexing -WDM) ............................................................................24
CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐO XUNG LASER NGẮN
2.1. Phương pháp điện tử để đo xung laser ngắn.................................................28
2.1.1. Photodiode. .................................................................................................28
2.1.2. Streak Camera............................................................................................29
2.2. Phương pháp quang học để đo xung laser cực ngắn. ...................................32
2.2.1. Nguyên tắc chung của phương pháp – Hàm tự tương quan. ..................32
2.2.2. Kỹ thuật đo độ rộng xung laser cực ngắn.................................................37
2.2.2.1. Kỹ thuật đo dựa vào sự huỳnh quang hai photon..............................38
2.2.2.2. Kỹ thuật đo dựa vào sự phát họa ba bậc hai (SHG) ..........................39
2.2.2.3. Kỹ thuật bố trí thực nghiệm hệ đo tự tương quan .............................40
CHƯƠNG III:
NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN
HỆ ĐO XUNG QUANG HỌC CỰC NGẮN
3.1. Hệ đo độ rộng xung quang học cực ngắn tự tương quan sử dụng bộ dịch
chuyển tịnh tiến................................................................................................44
3.1.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ đo. ........................................................................44
3.1.2. Phát triển hệ đo độ rộng xung quang học cực ngắn................................46
3.1.3. Kết quả thực nghiệm ..................................................................................48
3.2. Tính toán lý thuyết và mô phỏng....................................................................50
3.2.1. Tự tương quan giao thoa ...........................................................................50
3.2.1.1. Tính toán lý thuyết ................................................................................50
3.2.1.2. Mô phỏng..............................................................................................53
3.2.2.Tự tương quan cường độ.............................................................................61
3.2.2.1. Tính toán lý thuyết ................................................................................61
3.2.2.2. Mô phỏng..............................................................................................63
3.2.3. So sánh giữa tự tương quan giao và tự tương quan cường độ trong việc
xác định độ rộng của xung quang học cực ngắn .......................................67
3.3. Fit giữa kết quả mô phỏng với dữ liệu thực nghiệm để tìm ra độ rộng xung
chính xác...........................................................................................................69
3.3.1. Mô phỏng xác định dạng xung laser dựa trên dữ liệu của tự tương quan
cường độ........... ..........................................................................................70
3.3.2. Với dữ liệu thực nghiệm thứ nhất.............................................................75
3.3.3. Với dữ liệu thực nghiệm thứ hai ...............................................................78
3.3.4. Với dữ liệu thực nghiệm thứ ba.................................................................80
KẾT LUẬN ...........................................................................................................................83
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................85
A.1. Kết quả thực nghiệm phép đo độ rộng xung laser.......................................87
A.2. Code mô phỏng tự tương quan giao thoa .....................................................92
A.3. Code mô phỏng tự tương quan cường độ .....................................................96
A.4. Fit giữa dữ liệu thực nghiệm với kết quả mô phỏng....................................99
Ngày nay laser, đặc biệt là các laser cực ngắn, đã trở thành một công cụ
không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu khoa học cũng như ứng dụng
kỹ thuật. Nhờ có laser, quang phổ laser đã có được những thành tựu vĩ đại trong
ngành vật lý nguyên tử, vật lý phân tử, vật lý plasma, vật lý chất rắn, phân tích
hóa học và cho tới cả những ngành ít liên quan như nghiên cứu môi trường, y
học hay công nghệ sinh học… Cùng với những ứng dụng không ngừng mở rộng
của laser là những tiến bộ trong việc tạo ra các nguồn laser cực ngắn. Các xung
laser cực ngắn ra đời, cho phép các nhà khoa học có thể nghiên cứu các quá
trình xảy ra cực nhanh trong vật lý cũng như trong hóa học. Bằng việc tạo ra các
xung quang học cực ngắn cỡ femto giây (10-15 s) và Atto giây (10-18 s), chúng ta
có thể nắm bắt được sự chuyển đổng của các electron trong nguyên tử. Nhờ các
xung cực ngắn mà các nhà khoa học đã có thể đo được khoảng thời gian của
từng bước phản ứng của quá trình quang hợp, thậm chí có thể nhờ các xung
laser để điều khiển các phản ứng hóa học một cách định hướng để tổng hợp các
hợp chất mà bằng các phương pháp khác rất khó đạt được. Trong điện tử, viễn
thông, các xung laser cực ngắn cho phép tạo ra các cảm biến siêu nhạy và thực
hiện lấy mẫu quang điện trong các mạch điện tử có tốc độ cao. Để có thể truyền
nhiều tín hiệu trên một đường truyền, người ta thực hiện việc ghép kênh tín hiệu.
Trong thông tin quang, có hai phương pháp ghép kênh chủ yếu là OTDM (ghép
kênh quang học phân chia theo thời gian) và WDM (ghép kênh phân chia theo
tần số). Tuy nhiên, dù có ghép kênh theo kiểu nào đi chăng nữa thì độ rộng cực
ngắn của các xung là vô cùng cần thiết trong việc nâng cao tốc độ truyền. Với
OTDM, các xung đòi hỏi đủ ngắn để đảm bảo không có sự chồng lấn giữa các
xung khi chúng được ghép thành tín hiệu truyền trong một cửa sổ truyền; còn
với WDM, các xung quang học cực ngắn sẽ đảm bảo cho các tín hiệu tránh được
hiện tượng nhiễu xuyên kênh (ISI) và giảm được độ rộng của kênh.
Tuy nhiên, để có thể khai thác được hết những ưu điểm của xung quang
học cực ngắn mà chúng ta đã nêu ở trên thì việc đo đạc chính xác độ rộng của
xung là điều hết sức quan trọng. Với những xung quang học cực ngắn (cỡ femto
giây), các thiết bị điện tử thông thường sẽ không thể đo được. Người ta có thể sử
dụng các thiết bị điện tử đặc biệt như streak camera để đo các xung laser có độ
rộng cỡ vài trăm femto giây, tuy nhiên giá thành của các thiết bị này lại rất đắt
nên nó không được sử dụng phổ biến. Xuất phát từ yêu cầu đó, tui đã chọn đề tài
“ Nghiên cứu và phát triển hệ đo xung quang học cực ngắn” để thực hiện trong
luận văn này.
Luận văn được chia thành 3 chương:
+ Chương I. Laser phát xung ngắn và một số ứng dụng của laser.
+ Chương II. Các phương pháp đo xung ngắn.
+ Chương III. Nghiên cứu và phát triển hệ đo xung quang học cực ngắn
Trong chương I, luận văn trình bày về một số phương pháp phát laser xung
ngắn: Phương pháp điều biến độ phẩm chất của buồng cộng hưởng (Q
switching), phương pháp chiết tách năng lượng buồng cộng hưởng dumping
(Dumping cavity), phương pháp buồng cộng hưởng dập tắt (Quenching cavity),
phương pháp quá độ buồng cộng hưởng (Resonator transient), phương pháp
chọn lọc thời gian-phổ (Spectro temporal selection), phương pháp kích thích
sóng chạy (Travelling wave excitation), phương pháp phản hồi phân bố
(Distributed feedback), phương pháp khóa mode trong buồng cộng hưởng
(Mode-locking).
Hiện nay, laser và đặc biệt là những laser cực ngắn đang có rất nhiều những
ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực: vật lý học, hóa học, công nghệ sinh học, y
học, điện tử và viễn thông... nên trong chương I, tui có đề cập tới một số ứng
dụng của laser nói chung và laser cực ngắn nói riêng
Trong chương II, tui tìm hiểu và trình bày một số phương pháp đo xung
quang học cực ngắn. Các phương pháp đó có thể được chia thành 2 loại: Phương
pháp điện tử và phương pháp quang học. Với phương pháp điện tử, luận văn
trình bày về việc đo xung quang học cực ngắn sử dụng photodiode và streak
camera. Cơ sở của phương pháp quang học của việc đo xung quang học cực
ngắn là dựa trên kỹ thuật huỳnh quang hai photon và sự phát họa ba bậc hai trên
cơ sở hàm tự tương quan.
Trong chương III, luận sẽ trình bày về sơ đồ hệ đo độ rộng xung quang học
cực ngắn theo phương pháp tự tương quan. Dựa trên những thông số của thực
nghiệm, luận văn tiến hành tính toán lý thuyết cũng như mô phỏng quá trình đo.
Để có được kết quả đo độ rộng xung là chính xác nhất, tui thực hiện fit giữa dữ
liệu thực nghiệm với kết quả mô phỏng với mô phỏng với việc giả sử dạng xung
tại lối vào khác nhau.
Luận văn này được thực hiện dưới sự hướng dẫn tận tình của GS.TS
Nguyễn Đại Hưng, cùng các anh chị tại phòng Quang tử, Trung tâm Điện tử học
lượng tử, Viện Vật lý, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Tuy nhiên, do
còn những hạn chế về sự hiểu biết cũng như những sơ suất trong quá trình thực
hiện, nên bản luận văn sẽ không tránh khỏi những sai sót. Kính mong các thầy
cô, cùng các anh chị đóng góp, chỉ bảo để bản luận văn được hoàn thiện hơn.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links