- Quang Học Phi Tuyến- Giáo viên hướng dẫn :PGS.TS Trần Thị Tâm - Nhóm thực hiện : 1. - Ngô Đức Thuận Nội Dung Giới thiệu về Quang Phi Tuyến Những hiện tượng Phi Tuyến bậc hai Hiệu ứng Pockels và Kerr Những hiện Tượng Phi Tuyến bậc ba Tán xạ Ramam và Brellouin Ứng dụng Quang Phi Tuyến Giới Thiệu Về Quang Phi TuyếnCâu hỏi vui : Có thể thay đổi màu của ánh sáng đơn sắc không ?Đáp án : Mời các bạn theo dõi. - vào ra Giới Thiệu Về Quang Phi Tuyến Những nguồn sáng thông thường có CĐĐT yếu, E ~ 103V/cm.Vậy khi ánh sáng truyền trong môi trường, các tính chất của môi trường như: chiết suất, hệ số hấp thụ v.v.. - Không phụ thuộc vào cường độ ánh sáng → các phương trình của trường điện từ là các phương trình tuyến tính → Quang học tuyến tính Với nguồn sáng Laser thì E ~ 108 V/cm.Nên thông số quang học của môi trường phụ thuộc vào cường độ ánh sáng, các phương trình của trường điện từ trở thành phi tuyến → Quang học phi tuyến Giới Thiệu Về Quang Phi TuyếnQuang phi tuyến đượcmở đầu bằng phát minhvề sự tạo sóng hài bậc haicủa Peter Pranken năm1961,một thời gian ngắnsau khi Laser ra đờivàonăm 1960. - Peter Pranken ) Giới Thiệu Về Quang Phi Tuyến Định Nghĩa : Quang học phi tuyến là một phân ngành của quang học, nghiên cứu về sự tương tác phi tuyến tính của ánh sáng với môi trường. Một khi cường độ ánh sáng đạt đến một mức giới hạn nào đó, ta có thể quan sát được những tương tác phi tuyến tính liên quan chủ yếu đến sự biến đổi phi tuyến của vectơ phân cực P của môi trường theo cường độ điện trường E của ánh sángGiới Thiệu Về Quang Phi TuyếnChúng ta có thể điều khiển“n” bằng chính ánh sáng hoặcđiều khiển một chùm tia bằngchùm tia khác. - Tính chấtmôi trường thay đổi Cónhiều ứng dụng quan trọngtrong khoa học Giới Thiệu Về Quang Phi TuyếnVậy : Câu trả lời cho câu hỏi trên là có thểthay đổi màu sắc của ánh sáng đơn sắc nhờchùm tia Laser. - Giới Thiệu Về Quang Phi TuyếnĐộ cảm phi tuyến. - χij là độ cảm tuyến tính. - Giới Thiệu Về Quang Phi TuyếnĐộ phân cực : 01. - Độ phân cực bậc ba : Pi = χ E j Ek El 3 ( 3) ijkl Giới Thiệu Về Quang Phi Tuyến Sự phi tuyến quang học xuất hiện như thế nào. - Cường độ điện trường của sóng ánh sáng phải vào cỡ điện trường nguyên tử. - 2 / me 2 N =7Eat ≈ 2 ×10 esu Giới Thiệu Về Quang Phi TuyếnMôi trường phi tuyến tính. - Trong phần lớn các trường hợp các tham số vĩ mô: ε, μ, σ có thể xem như không phụ thuộc vào cường độ của trường. - Khi đó các hệ thức trên là tuyến tính → môi trường tuyến tính. Khi môi trường có các tham số trên phụ thuộc vào cường độ của trường → môi trường phi tuyến. - D =ε0ε( E )E, B = µ0 µ( H )H, J =σ( E )E, Hiện Tượng Phi Tuyến Bậc 2. - (OR) Hiện Tượng Phi Tuyến Bậc 2Độ phân cực bậc 2 là. - χ ( 2 ) E 2 e −2iωt + C.C.) Khi đó χ (2) là một tensơ bậc hai 2ω ω χ ( 2) ωHiện Tượng Phi Tuyến Bậc 2 Hiện Tượng Phi Tuyến Bậc 2Các hiệu ứng liên quan đến Phi Tuyến bậc 2 :Các hiện tượng Trường tới Kết quảTổng tần số ω 1,ω 2 ω 3 = ω 1+ ω 2Tạo hoạ ba bậc hai ω ω 3 = ω +ω = 2ωHiệu tần số ω 1,ω 2 ω 3 = ω 1- ω 2Chỉnh lưu tần số ω ω 3= ω - ω = 0Khuếch đại tham số (OPA) ω 3,ω 1 ω 1 khuếch đại + ω 2 ω 1 + ω 2= ω 3 giống như hiệu tần số nhưng người ta chỉ quan tâm đến ω 1 mà không phải là ω 2 Tạo Họa Ba Bậc Hai Định Nghĩa : đó là hiện tượng một sóng sáng đi vào một tinh thể phi tuyến sẽ phát ra một sóng sáng có tần số gấp đôi. Tạo họa ba bậc hai được tìm ra bởi P.A.Frankin, A.E.Hill, C.W.Peters và G.Weinreich ở đại học Michigan, Ann Arbor vào năm 1961, sau một năm kể từ khi sáng chế ra laser RubyTổng tần số ω 1,ω 2 ω 3 = ω 1+ ω 2Tạo hoạ ba bậc hai ω ω 3 = ω +ω = 2ω Tạo Họa Ba Bậc Hai ω2 ω2 χ ( 2) ω 3 = ω1 + ω 2 ω1 ω1Ứng dụng : Điều chỉnh bức xạ ω2 trong vùng phổ tử ngoại ω3 ω1Tạo Họa Ba Bậc Hai Tạo Tần Số Phách ω2 ω2 χ ( 2) ω 3 = ω1 − ω 2 ω1 ω1Ứng dụng: Photon tần số thấp,khuếch đại trong sự hiện diện của ω2photon tần số cao. - ω3Tạo Tần Số Phách Hiệu ứng quang Pockels Định nghĩa: Hiệu ứng Pockels là một hiệu ứng vật lý ở môi trường lưỡng chiết trong trường điện không đổi và chiết suất n(E) tỉ lệ với điện trường áp vào.⇒ Là hiệu ứng Quang tuyến tính. - Hiệu ứng quang PockelsỨng dụng :Bộ điều biến dọc, ngang.Bộ điều biến phân tích quangBộ điều biến cừng độ … HIỆU ỨNG KERR Định nghĩa: là một hiệu ứng vật lý xảy ra trên một số vật liệu trong suốt, trong đó chiết suất thay đổi dưới tác động của điện trường bên ngoài. - Chiết suất trong hiệu ứng Kerr tỷ lệ thuận với bình phương của cường độ điện trường ngoài. - Cũng là hiệu ứng Quang Tuyến Tính HIỆU ỨNG KERRPhân loại : Có hai loai hiệu ứng Kerr.1. - Hiệu ứng Kerr ACỨng dụng. - Công tắc điên quang Điều biến tín hiệu trong viễn thông Kĩ thuật đo điện trường bằng phương pháp tiếp xúc … Hiện Tượng Phi Tuyến Bậc 3 A1 A2 χ ( 3) A3 Dạng tổng quát của trường điện tới là. - E1e −iω1t + E2 e −iω 2t + E3e −iω 3t Độ phân cực phi tuyến bậc ba: P (3) (ω. - E (ω ) |2 E (ω ) Hiện Tượng Phi Tuyến Bậc 3 Trường quang học tới. - E (ω)e −iωt + C.C. Độ cảm phi tuyến : χeff = χ (1. - 4π | E (ω) |2 χ ( 3) Độ cảm bậc ba sẽ có 22 thành phần và sự phụ thuộc tần số của chúng là : ωi ,3ωi , (ωi +ωj +ωk. - i, j , k =1,2,3 Chiết suất : n 2 =1 +4π χeff Hiện Tượng Phi Tuyến Bậc 3Các hiệu ứng liên quan đến Phi Tuyến bậc 3 :Các hiện tượng Trường tới Kết quảBão hoà các hiệu ứng ω ω 4=ω -ω +ω =ωtuyến tínhBoã hoà chéo nhau ω 1,ω 2 ω 4 = ω 1- ω 2+ ω 2 = ω 1Tạo hoạ ba bậc ba ω ω 4 = ω + ω + ω = 3ω(TGH) ω 1 , ω 2, ω 3 ω 4 = ω 1- ω 2+ ω 3Trộn bốn sóngTrộn bốn sóng suy biến ω , k1≠ k2≠ k3 ω 4 = ω - ω + ω = ωHiệu ứng Raman (hay ω ω ω S =ω -ω v ;ω A =ω +ω vBrilloin) cưỡng bức ω tần số phân tử v Tự hội tụ và tự lệch tiêu Chùm Laser có dạng cường độ tuân theo phân bố Gauss. - Nó có thể cảm ứng dạng chiết suất phân bố Gauss bên trong mẫu quang phi tuyến. - χ ( 3)Sự trộn sóng λ Λ= 2n0S in θ( /2 ) Liên hợp pha quang họcGương liên hợp pha PCM M s PCM M Điều chỉnh độ lệch bằng PCM Môi trường gây lệch PCMs Môi trường gây lệch PCM Trộn 4 sóng suy biến (DFWM) Tất cả 3 chùm tia tới A1, A2 và A3 nên được xuất phát từ một nguồn kết hợp. Chùm thứ 4 A4, sẽ có pha, độ phân cực, và hướng truyền giống như A3. Cường độ của A4 có thể lớn hơn A3 A1 A2 χ ( 3) A3 A4 Tán xạ Raman & Brellouin Tán xạ Brillouin: bao gồm sóng âm, sự dịch chuyển tần số nhỏ Tán xạ Raman : dao động phân tử các phonon quang học, dịch chuyển lớn hơn Quá trình Raman & Brellouin Trộn các dao động cơ học bằng chùm ánh sáng trong môi trường phi tuyến Mechanical var. - khoảng cách nội nguyên tử trong phân tử hoặc mật độ trong chất rắn hoặc lỏng Phổ tần số của ánh sáng bị thay đổi trong khi phonon được phát ra hoặc hấp thụ Tán xạ Brillouin “n” là hàm của cường độ, hiệu ứng Debye- Sears (sóng âm tán xạ ánh sáng với sự dịch chuyển Doppler. - Rồi sự phân cực điện tử tạo ra sự biến đổi áp lực Ánh sáng có thể bơm một sóng âm Sau đó nó bị tán xạ trở lại với tần số hơi khác chút ít.Tán xạ Brillouin Máy tán xạ Brillouy ở ĐH Hawii Tán xạ Raman Khoảng cách nội nguyên tử trong phân tử bị thay đổi khi đám mây electron dịch chuyển vị trí Liên quan đến những trạng thái dao động của phân tử Ở đây biến là vi mô trong khi trong Brillouin là vĩ môTán xạ RamanSơ đồ máy quang phổ Raman Ứng dụng Quang Phi Tuyến Nghiên cứu chiết suất phi tuyến dẫn đến chế tạo các vật liệu phi tuyến có nhiều ứng dụng trong kĩ thật, biến đổi tính chất của nhiều vật liệu như sợ nanô phi tuyến, kim cương phi tuyến (do BBO) chế tạo … Kim cương PT do BBO chế tạo Ứng dụng Quang Phi Tuyến Hiệu ứng phi tuyến như Tán xạ Raman & Brellouin có nhiều ứng dụng quan trọng như như nhận biết các chất (laser Ramam. - Tạo cơ sở cho việc nghiên cữu khoa học ứng dụng …Ứng dụng Quang Phi Tuyến Lưu Ý Quang Phi Tuyến là một lĩnh rộng và đến nay vẫn còn được nghiên cứu.Vì vậy trong khuôn khổ một bài tiểu luận nên chúng tôi không thể đền cập hết các vấn đề.Chúng tôi sẽ gợi ý cho các bạn nghiên cữu tiếp các vấn đề sau nếu các bạn quan tâm đến nó :1. - Lí thuyết cơ học lượng tử của một độ cảm quang phi tuyến3. - Biến cố cảm ứng quang học và hấp thụ photon5. - Quang học phi tuyến cừng độ mạnh và cực mạnh. - Kết LuậnNghiên cữu về Quang Phi Tuyến cần nhỡ những vấn đề sau :1. - Định Nghĩa QPT :Nghiên cứu về sự tương tác phi tuyến tính của ánh sáng với môi trường.2. - Sự phi tuyến bậc 2 , 3 và các hiệu ứng liên quan đến nó.3. - Hiệu ứng điện quang Pockels và Kerr.4. - Tán xạ Ramam và Brellouin. - http://people.na.infn.it/~marrucci/labpage/index.htm[6].GT Quang Học của Nguyễn Trần TRác –Diệp Ngọc Anh.[7].N.Bloembergen, Nonlinear optics (Nobel prize http://www.mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien %20tu/Sach/Qu ang%20hoc20phi%20tuyen/Cap_nhat/Cap_nhat.html[9] Một vài hình ảnh tại http://images.google.com.vn/
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt