Luận án Nghiên cứu động học khuếch đại xung laser tử ngoại 280 – 320 nm và định hướng ứng dụng trong quan trắc môi trường

Tên luận án:

NGHIÊN CỨU ĐỘNG HỌC KHUẾCH ĐẠI XUNG LASER TỬ NGOẠI 280-320 NM VÀ ĐỊNH HƯỚNG DỤNG TRONG QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG

Ngành:

Quang học

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Luận án này tập trung vào nghiên cứu và phát triển các hệ laser tử ngoại sử dụng tinh thể Lithium Calcium Aluminum Fluoride pha tạp Cerium (Ce:LiCAF) và ứng dụng chúng trong quan trắc môi trường. Bối cảnh nghiên cứu xuất phát từ sự cần thiết của các nguồn laser tử ngoại điều chỉnh bước sóng và có độ đơn sắc cao để giám sát các khí ô nhiễm trong khí quyển như Ozone (O3), Carbon dioxide (CO2), và Sulfur dioxide (SO2), vốn có phổ hấp thụ trong vùng tử ngoại và ảnh hưởng đến môi trường. Mặc dù Ce:LiCAF là môi trường laser tiềm năng, năng lượng đầu ra của các hệ hiện có còn hạn chế, đòi hỏi nghiên cứu khuếch đại sâu hơn cả về lý thuyết và thực nghiệm.

Mục tiêu chính của luận án bao gồm: nghiên cứu động học phổ khuếch đại các xung laser UV sử dụng tinh thể Ce:LiCAF; phát triển hệ khuếch đại các xung laser UV; và bước đầu ứng dụng các nguồn laser UV Ce:LiCAF này trong quan trắc môi trường. Các nội dung nghiên cứu chính đã được thực hiện bao gồm: sử dụng phương trình Frantz-Nodvik mở rộng để nghiên cứu động học phổ khuếch đại các xung laser UV; phát triển hệ thực nghiệm laser phát xung tín hiệu và hệ khuếch đại các xung laser UV; và ứng dụng laser UV Ce:LiCAF vào hệ quang phổ hấp thụ vi sai để nghiên cứu nồng độ khí SO2 và đặc trưng tán xạ của một số hạt sol khí phổ biến.

Kết quả nghiên cứu đã thành công trong việc nghiên cứu tường minh động học phổ của bộ khuếch đại Ce:LiCAF tám lần truyền qua, khảo sát ảnh hưởng của công suất laser bơm, công suất và bước sóng laser tín hiệu lên công suất laser sau khuếch đại, đồng thời chứng minh hiện tượng thu hẹp phổ và dịch đỉnh phổ trong quá trình khuếch đại. Luận án đã phát triển thành công hệ khuếch đại các xung laser UV băng rộng bốn lần truyền qua, đạt công suất 54 mW với hệ số khuếch đại ~8, và hệ khuếch đại các xung laser UV băng hẹp bốn lần truyền qua, đạt công suất 49 mW với hệ số khuếch đại ~7. Các kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy sự phù hợp cao. Ngoài ra, luận án còn bước đầu ứng dụng laser UV Ce:LiCAF trong hệ quang phổ hấp thụ vi sai để xác định mật độ khí SO2 với độ chính xác cao (sai số 6%) và nghiên cứu đặc trưng tán xạ theo góc của các hạt sol khí như carbon đen, carbon nâu và nước ô nhiễm bằng lý thuyết tán xạ Mie, chỉ ra các vùng bước sóng UV tối ưu cho khảo sát tán xạ ngược. Những kết quả này không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn mở ra triển vọng ứng dụng thực tiễn trong nhiều lĩnh vực như y học, sinh học và đặc biệt là quan trắc môi trường.