Sự phát sóng hài bậc II

1. 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
L
2

2. 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

3. NỘI DUNG
1
• Khái niệm sóng hài bậc 2
2
• Mô hình & nguyên tắc
3
• Vật liệu & ứng dụng

4. 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

5. 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.
SHG
R
L
2

6. 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:

7. Mô hình & nguyên tắc
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:
Mô hình dao động tử điều hòa – dao động tử phi tuyến

8. Mô hình & nguyên tắc
Xét điện trường mạnh. Ta có:
Nghiệm x của phương trình này có dạng:
 
tE
mea
E
mea
tE
me
tx 



2cos
/
4
1
2
/
2
cos
/
)( 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 dao động tử điều hòa – dao động tử phi tuyến

9. Mô hình & nguyên tắc
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
6943A
Tinh thể
L
Kính lọc
2 2

10. Mô hình & nguyên tắc
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)

11. Mô hình & nguyên tắc
Sự phát sóng hài bậc 2
Nếu chiều dài tinh thể là L (z=L), ta có:
2
24
2
22
02
2
2
1
2
1
sin
)0()(















kL
kL
LE
d
LE 


















 
kz
kz
zeEdizE kzi
2
1
2
1
sin
)0()( 2/2
2
0
2 





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 thể
ω 2ω

12. Mô hình & nguyên tắc
Cường độ của sóng và 2
2
0
)(
2
1
zEI 





2
2
0
2
2 )(
2
1
zEI 





2
22
2
22
2/3
0
0
2
2222
2
2/3
0
2
2
1
2
1
sin
)0(
)2()(
2
2
1
2
1
sin
)0(
2




































kL
kL
LI
nn
d
kL
kL
LIdI 









Do đó:

13. Mô hình & nguyên tắc
Hiệu suất biến đổi SHG:
Hiệu suất đạt cực đại và có giá trị:
Khi
2
2
2
22
2/3
0
02
2
1
2
1
sin
)0(
)2()(
2
)0(
)(





















kL
kL
LI
nn
d
I
LI
eSHG 






2
3
22
2/3
0
0
)0(2 LI
n
d
eSHG 










1
sin
lim
2
1
2
1
sin
2
2
0
2
















x
x
kL
kL
x

14. Mô hình & nguyên tắc
Điều kiện cực đại của hàm sin2x/x2:
Là nghiệm của của phương trình siêu việt x = tgx
và
Chọn n=1
0
sin
2
2






x
x
dx
d
k
n
LnkL
kkL
c





00
k
Lc



Điều kiện đồng bộ về không gian (sự hợp pha)

15. Mô hình & nguyên tắc
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
2
sin
x
x
  0)()2(
4
22  


 nnkkk
Điều kiện đồng bộ về không gian (sự hợp pha)
 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

16. Mô hình & nguyên tắc
• 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 
Điều kiện đồng bộ về không gian (sự hợp pha)
2
2
2
2
2
sincos
)(
1
eoe nnn



Góc thỏa mãn điều kiện hợp pha θd
   
    22
0
22
22
0
2
02
sin 







nn
nn
e
d
2
2
2
max
2
2
1
2
1
sin









kL
kL
P
Pc



17. 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)

18. 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

19. 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

20. Ứng dụng
Tinh thể photonic từ vật liệu sinh học (trong tự nhiên)

21. 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.

22. Ứng dụng
SHG của tinh bột

23. Ứng dụng
SHG trong sợi gân
SHG từ protein

24. 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

25. Ứng dụng
Đèn 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

26. Ứng dụng
Bố trí thí nghiệm

27. Ứng dụng

28. Xin Chân Thành
Cảm Ơn Thầy Và Các
Bạn!!!