Sự phát sóng hài bậc II

GVHD: ThS. Nguyễn Thanh Lâm

Nhóm 1: Lê Thị Thùy Dung

Nguyễn Thị Định

Nguyễn Văn Hướng

Lê Vũ Lâm

Hoàng Thị Thúy Nga

R

L2

MỘT SỐ THÔNG TIN CẦN THIẾT

Tài liệu quang phi tuyến:

http://mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20di

en%20tu/Semina%20tren%20lop/seminar.html#6

https://drive.google.com/folderview?id=0B2JJJMzJ

bJcwajNXZWpzdGRTb1MtRXdRN0hrZFhiQQ&u

sp=sharing

http://mientayvn.com/Cao hoc quang dien tu/Semina tren lop/seminar.html

https://drive.google.com/folderview?id=0B2JJJMzJbJcwajNXZWpzdGRTb1MtRXdRN0hrZFhiQQ&usp=sharing

NỘI DUNG

1• Khái niệm sóng hài bậc 2

2• Mô hình & nguyên tắc

3• Vật liệu & ứng dụng

Khái niệm sóng hài bậc 2

Năm 1961, sự phát sóng hai bậc hai đã được

Franken và cộng sự công bố lần đầu tiên: dùng bức

xạ laser Ruby ( = 694 nm) chiếu vào tinh thể

thạch anh, chùm tia ra có bức xạ = 347nm

Lịch sử phát triển

TT.Thạch anh

Bức xạ tới

694nm

Bức xạ ra

347nm(SHG)

Năm 1960, xuất hiện nguồn sáng Laser

hiệu ứng quang học phi tuyến.

Franken

Khái niệm sóng hài bậc 2

Khái niệm:

SHG là quá trình phi tuyến, trong đó những photon tương

tác với vật liệu phi tuyến, kết quả là tạo ra những photon

mới có năng lượng gấp đôi (do đó tần số gấp đôi và bước

sóng giảm một nửa so với photon ban đầu).

Đây là một trường hợp của sự phát tần số tổng.

SHGR

L2

Mô hình & nguyên tắc

Mô hình dao động tử điều hòa – dao động tử phi tuyến

• Xét điện trường tác động vào môi trường vật chất

• Các lực gây ra gia tốc cho electron

• Fhạt nhân tùy thuộc vào điện trường mạnh hoặc yếu

Điện trường yếu:

Điện trường mạnh:


Xét điện trường yếu. Ta có:

Nghiệm x của phương trình này có dạng:

Tức là electron dao động điều hòa với tần số ω.

Nếu viết biểu thức cường độ điện trường dưới dạng số phức:



Xét điện trường mạnh. Ta có:

Nghiệm x của phương trình này có dạng:

tEmea

Emea

tEme

tx

2cos/

4

1

2

/

2cos

/)( 2

0

2

22

0

22

0

2

0

2

22

0

2

0

022

0

2

Tức là chiếu vào điện trường tần số ω nhưng electron lại

dao động với tần số 2ω .

Nếu viết biểu thức cường độ điện trường dưới dạng số phức:



Mô hình phát sóng hài bậc 2

Dùng bức xạ của Laser Ruby (694nm) chiếu

lên tinh thể sẽ cho bức xạ có tần số gấp đôi.

Laser Ruby

6943ATinh thể

L

Kính lọc

2 2


Nguyên tắc

Hiệu ứng quang phi tuyến bậc 2: Khảo sát các tính chất

quang của môi trường phi tuyến và bỏ qua các số hạng phi

tuyến lớn hơn bậc 2.

332 42 EdEPNL

...42 3)3(2)1(

0 EEdEP

P: Độ phân cực của môi trường

0: hằng số điện môi trong chân không

E: cường độ điện trường

(i): hằng số

D = 0E + P = E

Trong quang phi tuyến: n2 = 1 + (1)


Sự phát sóng hài bậc 2

Nếu chiều dài tinh thể là L (z=L), ta có:

2

24

2

22

02

2

2

12

1sin

)0()(

kL

kL

LEd

LE

kz

kz

zeEdizE kzi

2

12

1sin

)0()( 2/2

2

02

Điện trường điều hoà bậc hai tại mặt ra của tinh thể:

Dùng bức xạ laser Ruby ( = 694nm)

chiếu vào tinh thể sẽ cho bức xạ có

tần số gấp đôi ( = 347nm).

L

Laser Ruby Tinh thểω 2ω


Cường độ của sóng và 2

2

0

)(2

1zEI

2

2

0

2

2 )(2

1zEI

2

22

2

222/3

0

0

2

2222

2

2/3

0

2

2

12

1sin

)0()2()(

2

2

12

1sin

)0(2

kL

kL

LInn

d

kL

kL

LIdI

Do đó:


Hiệu suất biến đổi SHG:

Hiệu suất đạt cực đại và có giá trị:

Khi

2

2

2

222/3

0

02

2

12

1sin

)0()2()(

2)0(

)(

kL

kL

LInn

d

I

LIeSHG

2

3

222/3

0

0 )0(2 LIn

deSHG

1sin

lim

2

12

1sin

2

2

0

2

x

x

kL

kL

x


Điều kiện cực đại của hàm sin2x/x2:

Là nghiệm của của phương trình siêu việt x = tgx

và

Chọn n=1

0sin

2

2

x

x

dx

d

k

nLnkL

kkL

c

00

kLc

Điều kiện đồng bộ về không gian (sự hợp pha)


Xét điều kiện:

x 0 4,49 7,73 10,10

1 0,047 0,016 0,008

Bảng giá trị và vị trí các cực đại của hàm sin2x/x2.

2

2sin

x

x

0)()2(4

22

nnkkk


Do đó điều kiện trên không thỏa mãn trong môi

trường tán sắc bình thường.

Trong môi trường tinh thể lưỡng chiết, điều kiện

trên có thể thỏa mãn


• Xét tinh thể đơn trục âm KDP:

• Dựa vào ellipsoid chiết suất ta tìm được hướng truyền

của tia tới lập với trục quang học một góc θ thỏa mãn

công thức:

)()( oe nn


2

2

2

2

2

sincos

)(

1

eoe nnn

Góc thỏa mãn điều kiện hợp pha θd

22

0

22

22

0

2

02sin

nn

nn

e

d

2

2

2

max

2

2

1

2

1sin

kL

kL

P

Pc

Vật liệu

Vật liệu phát sóng hài bậc hai

Tinh thể KDP:

- Công thức phân tử KH2PO4

- Là tinh thể đơn trục âm

Tinh thể KTP:

- Công thức phân tử KTiOPO4

- Là tinh thể lưỡng trục (hai trục)

Ứng dụng

Kính hiển vi sóng hài

Huỳnh quang nhiều photon Sự phát sóng hài

Đều là quá trình phi tuyến

Xuyên sâu cao với bước sóng IR

•Là kính hiển vi không kết hợp

•Làm phai màu ảnh

•Làm hỏng ảnh

•Biến màu

•Là kính hiển vi kết hợp

•Không mất mát năng lượng/Không

hấp thu/ làm phai màu ảnh

•không làm hỏng ảnh

•Không biến màu

Ứng dụng

Độ suy giảm thấp nhất ở bước sóng

khoảng 1200 đến 1300 nm

Xuyên sâu trong mẫu sinh vật

Có tác dụng trong vùng ánh sáng khả

kiến

Giảm huỳnh quang

Không làm hỏng ảnh

Thích hợp với chất xơ, sợi

Không nhạy với đầu thu silic

Các đặc điểm của kính hiển vi sóng hài

Ứng dụng

Tinh thể photonic từ vật liệu sinh học (trong tự nhiên)

Ứng dụng

Sự phân bào bì phôi cá ngựa

SHG:

Tinh thể hóa dãy vi cấu trúc hình ống

Thu nhỏ sau khi vi cấu trúc hình ống phân tán.

Ứng dụng

SHG của tinh bột

Ứng dụng

SHG trong sợi gân

SHG từ protein

Ứng dụng

Vẽ nên các tính chất của vật liệu

Tìm kiếm tinh thể photonic có nguồn gốc sinh học

Phát triển ngành sinh vật học

Những kết luận về kính hiển vi sóng hài

Độ tương phản tăng lên đáng kể

Độ phân giải: 400nm

Độ xuyên sâu >1.5mm

Tính không xâm nhập

Quan sát được thời kỳ phôi kéo dài

(SHG rất nhạy với cấu trúc phân tử)

Nghiên cứu màng mỏng

Ảnh sâu bên trong của mô

Ứng dụngĐèn laser xanh lá

Ở đây cần chuẩn bị những dụng cụ để chế tạo đèn laser xanh lá như sau:

- Một máy cấp nguồn

- Một bộ phát laser hồng ngoại 808nm công suất tầm 500mw

- Một tinh thể

Cấu tạo

Ứng dụng

Bố trí thí nghiệm

Ứng dụng

Xin Chân Thành

Cảm Ơn Thầy Và Các

Bạn!!!

Sự phát sóng hài bậc II

Science

Transcript of Sự phát sóng hài bậc II