Đang tải... (xem toàn văn)
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH TRẦN QUỐC VŨ NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG TÁN SẮC CỦA SỢI TINH THỂ QUANG TỬ MẠNG LỤC GIÁC ĐỀU ĐƯỢC THẨM THẤU CÁC CHẤT LỎNG ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG PHÁT SIÊU LIÊN T[.]
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH TRẦN QUỐC VŨ NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG TÁN SẮC CỦA SỢI TINH THỂ QUANG TỬ MẠNG LỤC GIÁC ĐỀU ĐƯỢC THẨM THẤU CÁC CHẤT LỎNG ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG PHÁT SIÊU LIÊN TỤC LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ NGHỆ AN, 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG TÁN SẮC CỦA SỢI TINH THỂ QUANG TỬ MẠNG LỤC GIÁC ĐỀU ĐƯỢC THẨM THẤU CÁC CHẤT LỎNG ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG PHÁT SIÊU LIÊN TỤC LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Chuyên ngành: QUANG HỌC Mã số: 9440110 Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Đinh Xuân Khoa PGS.TS Chu Văn Lanh NGHỆ AN, 2021 i LỜI CAM ĐOAN Được hướng dẫn khoa học tận tình GS.TS Đinh Xuân Khoa PGS.TS Chu Văn Lanh luận án “Nghiên cứu đặc trưng tán sắc sợi tinh thể quang tử mạng lục giác thẩm thấu chất lỏng định hướng ứng dụng phát siêu liên tục” hồn thiện Tơi xin cam đoan kết luận án trung thực, chưa có luận án khác, nội dung luận án đăng 11 tạp chí chuyên ngành nước Tác giả luận án Trần Quốc Vũ ii LỜI CẢM ƠN Luận án không công sức cá nhân tơi mà cịn có đóng góp nhiệt tình người Thầy, bạn bè, đồng nghiệp gia đình tơi Đầu tiên, tơi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc đến GS.TS Đinh Xuân Khoa PGS.TS Chu Văn Lanh, công tác Trường Đại học Vinh, q thầy tận tình hướng dẫn tơi hồn thành tốt luận án Xin chân thành cảm ơn Viện Sư phạm Tự nhiên Thầy, Cô giáo ngành Vật lý Trường Đại học Vinh; PGS.TS Phạm Hồng Minh, Viện Vật lý, Viện Hàn lâm Khoa học Cơng nghệ Việt Nam, tận tình truyền đạt kiến thức cho suốt thời gian học tập Tơi xin chân thành cảm ơn Phịng Đào tạo Sau đại học Trường Đại học Vinh; Sở Giáo dục Đào tạo tỉnh An Giang; Ban lãnh đạo Trường trung học phổ thông Chuyên Thủ Khoa Nghĩa, thành phố Châu Đốc, tỉnh An Giang, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi học nghiên cứu sinh hồn thành luận án Cuối xin trân trọng gửi đến Ba, Mẹ lịng biết ơn vơ vàn, hy sinh đời cho từ buổi đầu học thành đạt Cảm ơn lời động viên, an ủi chị em tơi Ngồi ra, thành cơng tơi khơng thể thiếu người vợ Phạm Võ Duyên Minh hai đứa thân yêu Trần Minh Anh Thư Trần Minh Thư, họ nguồn động lực lớn giúp tơi vựơt qua khó khăn gặp phải suốt thời gian học tập làm luận án Tôi xin gửi đến người lời biết ơn sâu sắc nhất! Nghệ An, ngày 08 tháng năm 2021 Tác giả luận án Trần Quốc Vũ iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Photonic crystal fiber (PCF) Sợi tinh thể quang tử Zero dispersion wavelength (ZDW ) Bước sóng có tán sắc khơng Generalized Nonlinear Schrưdinger Phương trình Schrưdinger phi tuyến Equation (GNLSE) tính tổng qt Photonic band gap (PBG) Vùng cấm quang tử Total internal reflection (TIR) Phản xạ toàn phần Group velocity dispersion (GVD) Tán sắc vận tốc nhóm Nonlinear Schrưdinger Equation (NLSE) Phương trình Schrödinger phi tuyến Supercontinuum generation (SG) Phát siêu liên tục High optical dispersion (HOD) Tán sắc quang bậc cao Split-step Fourier method (SSFM) Phương pháp Fourier chia bước Stimulated Raman scattering (SRS ) Tán xạ Raman cưỡng Super continuum (SC) Siêu liên tục Self-phase modulation (SPM) Tự biến điệu pha Fourwave mixing (FWM) Trộn sóng Soliton fission (SF) Sự tách soliton Optical wave-breaking (OWB) Hãm sóng quang Dispersion wave (DW) Sóng tán sắc Stimulated Brillouin scattering (SBS) Tán xạ Brillouin cưỡng iv DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN ÁN Kí hiệu Đơn vị Nghĩa n Khơng thứ ngun Chiết suất tuyến tính n2 Khơng thứ nguyên Chiết suất phi tuyến neff Không thứ nguyên Chiết suất hiệu dụng c 2,998.108 m/s Vận tốc ánh sáng chân không [Hz] Tần số môi trường 0 8,85.10-12 F/m Độ điện thẩm chân không μ0 1,26.10-6 H/m Độ từ thẩm chân không k0 [cm-1] Hằng số sóng Lc [dB/m] Suy hao giam giữ Aeff [μm2] Diện tích mode hiệu dụng , 0 [μm] Bước sóng ánh sáng γ [(W.km)-1] Hệ số phi tuyến [dB/km] Hệ số suy hao [cm-1] Hằng số lan truyền P0 [KW] Công suất cực đại xung laser vào L [μm] Độ dài lan truyền D [ps/km.nm] Tham số tán sắc DM [ps/km.nm] Tán sắc vật liệu Dw [ps/km.nm] Tán sắc ống dẫn sóng [rad/s] Tần số góc sóng quang r, t [C/m3] Véc tơ mật độ điện tích [A/m2] Véc tơ mật độ dòng điện j r, t v [V/m] Véc tơ cường độ điện trường [C/m2] Véc tơ cảm ứng điện [A/m] Véc tơ cường độ từ trường [T] Véc tơ cảm ứng từ P r, t [C/m2] Véc tơ phân cực điện cảm ứng hR(t) Không thứ nguyên Hàm phản ứng Raman S [ps/km.nm2] Tham số độ dốc tán sắc z [cm] Chiều dài sợi quang 0 [fs] Độ rộng thời gian xung vào Tr Không thứ nguyên Hằng số Raman LD [cm] Chiều dài đặc trưng tán sắc LNL [cm] Chiều dài đặc trưng phi tuyến Lfiss [cm] Chiều dài tách soliton LMI [cm] Chiều dài điều chế không ổn định 2 [ps2/km] Độ tán sắc bậc vận tốc nhóm N Số vơ hướng Số bậc soliton Khơng thứ ngun Thời gian chuẩn hóa Khơng thứ ngun Qng đường lan truyền chuẩn hóa 3 Không thứ nguyên Đặc trưng cho hiệu ứng tán sắc bậc S không thứ nguyên Đặc trưng cho hiệu ứng tự dựng xung R Không thứ nguyên Đặc trưng cho hiệu ứng tự dịch chuyển tần số [μm] Hằng số mạng d [μm] Đường kính lỗ khí Dc [μm] Đường kính lõi E r, t D r, t H r, t B r, t vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 0.1: a) Sợi quang thơng thường b) Một số loại sợi tinh thể quang tử Hình 0.2: Cấu trúc sợi quang thơng thường Hình 0.3: Cấu trúc hình học sợi quang PCF Hình 1.1: Hình dạng hình học tinh thể quang tử (a) 1D (b) 2D (c) 3D 10 Hình 1.2: Sơ đồ mặt cắt PCF lõi đặc [4 - 7] 12 Hình 1.3: Mặt cắt ngang PCF lõi rỗng đầu tiên, với khoảng cách 12 lỗ 4,9 μm đường kính lõi 14,8 μm [4 - 7] Hình 1.4: Các thơng số PCF [7] 13 Hình 1.5: Mơ hình biểu diễn mặt cắt ngang qua (a) sợi quang thông 14 thường [1 - 3] (b) PCF lõi rắn [4 - 7] Hình 1.6: Quá trình chế tạo PCF 17 Hình 1.7: Tiền mẫu PCF (Hình a, b, c, d, e, f) 18 Hình 1.8: Biểu diễn diện tích mode hiệu dụng [28, 31] 21 Hình 1.9: Minh họa giam giữ mát ánh sáng truyền dẫn 26 PCF [34] Hình 1.10: Mất mát uốn cong PCF [36] 27 Hình 1.11: Đồ thị biểu diễn chiết suất tuyến tính n toluen, nitrobenzen, 43 benzen thủy tinh silica nung chảy theo bước sóng λ Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc hình học PCF với lõi thẩm thấu hợp chất thơm 47 Hình 2.2: Phần thực chiết suất hiệu dụng phụ thuộc vào bước sóng PCF 49 có số mạng Ʌ = 1,0 µm thừa số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0,3 đến 0,8 Hình 2.3: Phần thực chiết suất hiệu dụng phụ thuộc vào bước sóng PCF 50 có số mạng Ʌ = 1,5 µm thừa số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0,3 đến 0,8 Hình 2.4: Phần thực chiết suất hiệu dụng phụ thuộc vào bước sóng PCF 51 có số mạng Ʌ = 2,0 µm thừa số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0,3 đến 0,8 vii Hình 2.5: Phần thực chiết suất hiệu dụng phụ thuộc vào bước sóng PCF 52 có số mạng Ʌ = 2,5 µm thừa số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0,3 đến 0,8 Hình 2.6: Diện tích mode hiệu dụng phụ thuộc vào bước sóng PCF có 55 số mạng Ʌ = 1,0 µm thừa số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0,3 đến 0,8 Hình 2.7: Diện tích mode hiệu dụng phụ thuộc vào bước sóng PCF có 56 số mạng Ʌ = 1,5 µm thừa số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0,3 đến 0,8 Hình 2.8: Diện tích mode hiệu dụng phụ thuộc vào bước sóng PCF có 57 số mạng Ʌ = 2,0 µm thừa số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0,3 đến 0,8 Hình 2.9: Diện tích mode hiệu dụng phụ thuộc vào bước sóng PCF có 58 số mạng Ʌ = 2,5 µm thừa số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0,3 đến 0,8 Hình 2.10: Tán sắc phụ thuộc vào bước sóng PCF có số mạng 61 Ʌ = 1,0 µm thừa số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0,3 đến 0,8 Hình 2.11: Tán sắc phụ thuộc vào bước sóng PCF có số mạng 62 Ʌ = 1,5 µm thừa số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0,3 đến 0,8 Hình 2.12: Tán sắc phụ thuộc vào bước sóng PCF có số mạng 64 Ʌ = 2,0 µm thừa số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0,3 đến 0,8 Hình 2.13: Tán sắc phụ thuộc vào bước sóng PCF có số mạng 65 Ʌ = 2,5 µm thừa số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0,3 đến 0,8 Hình 2.14: Giam giữ mát phụ thuộc vào bước sóng PCF có số 68 mạng Ʌ = 1,0 µm thừa số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0,3 đến 0,8 Hình 2.15: Giam giữ mát phụ thuộc vào bước sóng PCF có số 69 mạng Ʌ = 1,5 µm thừa số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0,3 đến 0,8 Hình 2.16: Giam giữ mát phụ thuộc vào bước sóng PCF có số 70 mạng Ʌ = 2,0 µm thừa số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0,3 đến 0,8 Hình 2.17: Giam giữ mát phụ thuộc vào bước sóng PCF có số 71 mạng Ʌ = 2,5 µm thừa số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0,3 đến 0,8 viii Hình 2.18: Đặc trưng tán sắc PCF - T chọn để SC 74 Hình 2.19: Đặc trưng tán sắc PCF - B chọn để SC 75 Hình 2.20: Đặc trưng tán sắc mode PCF cho sợi # F1, # F2 # F3 76 Các đường thẳng đứng đứt nét bước sóng bơm: 1030 nm 1560 nm tương ứng Hình 3.1: a) Sự phát triển phổ dọc theo chiều dài sợi; b) Sơ đồ phổ tương 80 ứng xung mở rộng; c) Phổ SC: Cường độ phổ khảo sát cho hai PCF có chiều dài cm 10 cm với tán sắc thường (# I_0,30) Xung đầu vào có độ rộng 350 fs lượng 2,5 nJ cho sợi có chiều dài cm 10 cm Hình 3.2: a) Sự phát triển phổ dọc theo chiều dài sợi; b) Sơ đồ phổ tương 82 ứng xung mở rộng; c) Phổ SC: Cường độ phổ khảo sát cho hai sợi có chiều dài cm 10 cm có tán sắc dị thường (#I_0,35) Xung đầu vào có độ rộng 450 fs lượng nJ Hình 3.3: a) Sự mở rộng SC dọc theo sợi; b) Phổ SC 84 lượng xung khác phạm vi 0,01 nJ - 0,1 nJ mức độ kết hợp tính từ 20 cặp riêng lẻ với nhiễu ngẫu nhiên lượng xung 0,1 nJ, cho # F1 Hình 3.4: a) Sự mở rộng SC dọc theo sợi; b) Phổ SC 86 lượng xung khác phạm vi 0,05 nJ - 0,5 nJ mức độ kết hợp tính từ 20 cặp riêng lẻ với nhiễu ngẫu nhiên lượng xung 0,5 nJ, cho # F2 Hình 3.5: (a) Sự mở rộng SC dọc theo sợi (b) Phổ SC 88 lượng xung khác phạm vi 0,01 nJ - 0,06 nJ mức độ kết hợp tính từ 20 cặp riêng lẻ với nhiễu ngẫu nhiên lượng xung 0,06 nJ, cho # F3 ix Hình 3.6: a) Sự mở rộng SG sợi # f1 với tất đặc trưng tán sắc 91 thường cho lượng xung đầu vào khác cho cm lan truyền; b) Phổ SC cho lượng xung đầu vào khác mức độ kết hợp bậc tính tốn cho 20 cặp xung riêng lẻ có nhiễu ngẫu nhiên, cho # f1 (c) Sự mở rộng trình truyền xung # f1 hàm độ dài lan truyền với lượng xung đầu vào 3,0 nJ phổ xung ba vị trí khác dọc theo sợi Hình 3.7: (a) Sự mở rộng SG sợi # f2 với hai ZDW cho lượng 94 xung đầu vào khác 1,0 cm lan truyền (b) Phổ SC cho lượng xung đầu vào khác độ kết hợp bậc tính tốn với 20 cặp xung riêng lẻ có nhiễu ngẫu nhiên, cho # f2 (c) Sự mở rộng trình truyền xung # f2 hàm độ dài lan truyền với lượng xung đầu vào 1,0 nJ biểu đồ phổ xung ba vị trí khác dọc theo sợi Hình 3.8: (a) Sự mở rộng SG # f3 cho lượng xung đầu vào khác cho 1,0 cm lan truyền (b) Phổ SC cho lượng xung đầu 96 vào khác mức độ kết hợp bậc tính tốn với 20 cặp xung riêng lẻ có nhiễu ngẫu nhiên, cho # f3 (c) Sự mở rộng trình truyền xung # f3 hàm độ dài lan truyền với lượng xung đầu vào 3,0 nJ phổ xung ba vị trí khác dọc theo sợi x DANH MỤC CÁC BIỂU BẢNG Bảng 1.1: Tổng quan phát triển PCF tử năm 1978 đến [27, 11 88] Bảng 1.2: Các tham số tán sắc toluen, nitrobenzen, benzen silica [39 - 42 44] Bảng 2.1: Các tham số cho cấu trúc PCF thiết kế để thực 47 mô Bảng 2.2: Các giá trị chiết suất hiệu dụng bước sóng 1,55 µm với 54 số mạng Ʌ = 2,0 µm; Ʌ = 2,5 µm thừa số lấp đầy thay đổi từ 0,3 đến 0,8 Bảng 2.3: Các giá trị diện tích mode hiệu dụng PCF bước sóng 1,55 59 µm với số mạng Ʌ = 2,0 µm; Ʌ = 2,5 µm thừa số lấp đầy thay đổi từ 0,3 đến 0,8 Bảng 2.4: Các giá trị tán sắc PCF bước sóng 1,55 µm với số 66 mạng Ʌ = 2,0 µm; Ʌ = 2,5 µm thừa số lấp đầy thay đổi từ 0,3 đến 0,8 Độ tán sắc D có đơn vị ps/nm/km Bảng 2.5: Các giá trị giam giữ mát PCF bước sóng 1,55 µm với 72 số mạng Ʌ = 2,0 µm; Ʌ = 2,5 µm thừa số lấp đầy thay đổi từ 0,3 đến 0,8 Giam giữ mát Lc có đơn vị dB/cm Bảng 3.1: Các đặc trưng phi tuyến # f2 93 Bảng 3.2: Các đặc trưng phi tuyến # f3 95 xi MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN ÁN DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN ÁN DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ SỢI TINH THỂ QUANG TỬ VÀ MƠ HÌNH VẬT LÝ CHO PHÁT SIÊU LIÊN TỤC 1.1 Tinh thể quang tử 1.2 Sợi tinh thể quang tử 10 1.3 Phân loại PCF 12 1.4 Cơ chế dẫn sáng PCF 13 1.5 Ưu điểm PCF so với sợi quang thông thường 15 1.6 Ứng dụng PCF 16 1.7 Phương pháp chế tạo PCF 16 1.8 Tính chất đặc trưng PCF 19 1.8.1 Tính chất đơn mode cao PCF 19 1.8.2 Đặc trưng chiết suất hiệu dụng 20 1.8.3 Đặc trưng diện tích mode hiệu dụng hệ số phi tuyến 21 1.8.4 Đặc trưng tán sắc PCF 23 1.8.5 Mất mát PCF 25 1.8.5.1 Mất mát hấp thụ 25 1.8.5.2 Giam giữ mát 26 1.8.5.3 Mất mát uốn cong 27 1.9 Mơ hình vật lý cho phát siêu liên tục 28 xii 1.9.1 Phương trình lan truyền xung sợi quang 28 1.9.1.1 Lan truyền xung ngắn 30 1.9.1.2 Lan truyền xung cực ngắn 32 1.9.2 Phương pháp số để giải phương trình lan truyền 35 1.10 Một số tính chất vật lý silica hợp chất thơm 40 KẾT LUẬN CHƯƠNG 44 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA PCF LÕI RỖNG THẨM THẤU CÁC HỢP CHẤT THƠM 45 2.1 Giới thiệu chương 45 2.2 Cấu trúc PCF lõi rỗng thẩm thấu hợp chất thơm 46 2.3 Nghiên cứu đặc trưng PCF lõi rỗng với mạng lục giác thẩm thấu hợp chất thơm 48 2.3.1 Đặc trưng chiết suất hiệu dụng 48 2.3.2 Đặc trưng diện tích mode hiệu dụng 54 2.3.3 Đặc trưng tán sắc 60 2.3.4 Đặc trưng giam giữ mát 67 2.4 Tối ưu tham số cấu trúc PCF đặc trưng tán sắc để ứng dụng phát siêu liên tục 72 KẾT LUẬN CHƯƠNG 77 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU PHÁT SIÊU LIÊN TỤC TRONG PCF LÕI RỖNG THẨM THẤU HỢP CHẤT THƠM 78 3.1 Giới thiệu chương 78 3.2 Nghiên cứu SC PCF lõi rỗng thẩm thấu toluen 80 3.3 Nghiên cứu SC PCF lõi rỗng thẩm thấu nitrobenzen 83 3.4 Nghiên cứu SG PCF lõi rỗng thẩm thấu benzen 89 KẾT LUẬN CHƯƠNG 97 xiii KẾT LUẬN CHUNG 98 CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO 102 MỞ ĐẦU Trong kỷ 20, sợi quang thơng thường (Hình 0.1a) sử dụng để truyền thông tin dạng xung quang ngắn với tốc độ cực cao khoảng cách dài Kể từ năm 1970 đến tốc độ phát triển công nghệ thật đáng kinh ngạc trở thành vấn đề quan trọng mạng viễn thơng tồn cầu [1, 2] Ngồi việc sử dụng lĩnh vực thông tin quang, sợi quang thông thường ứng dụng nhiều lĩnh vực khác y học, gia công, cảm biến,… Trong trình lan truyền mát độ tán sắc yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng truyền sợi quang học Bằng cách tạo chế biến đổi độ tán sắc đem lại cơng nghệ hồn thiện lĩnh vực thơng tin quang ngày [3] Một bước ngoặt có tính đột phá cơng nghệ quang sợi vào năm 1996, Russell đồng nghiệp đưa loại sợi quang gọi sợi tinh thể quang tử (photonic crystal fiber - PCF) (Hình 0.1b) [4] Kể từ đó, PCF nghiên cứu chuyên sâu hai thập kỷ nhiều nhà khoa học lớn họ PCF có nhiều ưu điểm so với loại sợi quang học thơng thường Một PCF coi tinh thể lượng tử ánh sáng, với cấu trúc đối xứng hai chiều bao gồm khu vực trung tâm bao quanh mạng tạo nhiều lỗ khơng khí chạy song song với trục sợi [5] Sau phát PCF nghiên cứu việc ứng dụng lĩnh vực quang học nhiều nhà khoa học quan tâm PCF có tính chất thú vị cho ứng dụng phi tuyến có khả giam giữ ánh sáng lớn có khả điều khiển độ tán sắc [6] Một điều thú vị, PCF với bước sóng ứng với độ tán sắc khơng thích hợp cho việc phát siêu liên tục [7] Các tham số ảnh hưởng đến độ tán sắc PCF tham số hình học cấu trúc loại mạng, kích thước đường kính lỗ khí, khoảng cách lỗ khí vật liệu thẩm thấu vào lỗ khí [8] Trong khoảng thời gian từ năm 1996 đến năm 2006, nghiên cứu chủ yếu tập trung cho PCF bơm vào lỗ mạng lõi không khí nghiên cứu chế dẫn ánh sáng PCF [5, 9] PCF lõi đặc cấu trúc vi mô [10] Các nghiên cứu PCF sử dụng chất khí bơm vào lỗ mạng lõi chứng tỏ tính chất trội ứng dụng vượt bậc PCF so với sợi quang thông thường Đồng thời nghiên cứu PCF khí cịn tồn số hạn chế dải bước sóng tán sắc khơng hẹp, tính phi tuyến PCF khí nhỏ Những hạn chế làm ảnh hưởng không nhỏ đến ứng dụng PCF công nghệ sợi quang Trong năm gần đây, với việc thẩm thấu chất lỏng vào lớp vỏ lõi PCF mở ứng dụng tiềm phát siêu liên tục [11] Bằng cách lựa chọn chất lỏng, người ta điều khiển đường cong tán sắc phẳng đường tán sắc [12 - 14] Đồng thời việc sử dụng chất lỏng thích hợp cho việc phát siêu liên tục [15] Ngoài ra, cách thẩm thấu hỗn hợp chất lỏng thích hợp vào lỗ khí tạo PCF ứng dụng cảm biến nhiệt có độ nhạy cao [16] Các nghiên cứu PCF thẩm thấu chất lỏng vào lớp vỏ lõi mở ứng dụng đầy hứa hẹn công nghệ sợi quang thu hút quan tâm đặc biệt nhà nghiên cứu thời gian Tuy nhiên nghiên cứu chưa phân tích đầy đủ, tường minh phụ thuộc đại lượng đặc trưng PCF vào tham số cấu trúc chất lỏng sử dụng có tính độc cao người Ở Việt Nam, kể từ năm 2005 đến năm 2015 có số nhóm nghiên cứu Viện Vật liệu, Viện Khoa học Công nghệ, Đại học Bách khoa Hà Nội, Học viện Kỹ thuật Quân có nghiên cứu bước đầu tinh thể quang tử sử dụng khúc xạ âm ống dẫn sóng tinh thể khơng đồng [17, 18], nghiên cứu chế tạo tính chất quang tinh thể quang tử chứa tâm phát xạ [19], nghiên cứu chế tạo cảm biến quang học sở tinh thể quang tử chiều ứng dụng lĩnh vực Sinh - Hóa [20], sợi tinh thể có tán sắc cực phẳng giam giữ mát thấp [21, 22], sợi tinh thể quang tử cho diện tích mode hiệu dụng lớn tán sắc âm lớn [23], sợi đơn mode có tán sắc siêu phẳng với dải bước sóng tán sắc gần không rộng [24] Như vậy, nghiên cứu PCF cịn quan tâm Việt Nam Hơn nữa, kết nghiên cứu khiêm tốn so với nước khác Bên cạnh lý kinh phí phương tiện chưa đủ, liên kết hợp tác không hiệu nghiên cứu chuyên ngành phần ngun nhân Hình 0.1: a) Sợi quang thông thường b) Một số loại sợi tinh thể quang tử Lõi Vỏ Lớp vỏ bảo vệ Hình 0.2: Cấu trúc sợi quang thơng thường Các sợi quang thơng thường (Hình 0.1a Hình 0.2) có ứng dụng tốt thông tin quang số lĩnh vực khác Tuy nhiên sợi quang thông thường tồn số hạn chế liên quan đến cấu trúc như: gặp khó khăn việc thiết kế, khó khăn việc chọn vật liệu (tính chất nhiệt lõi vỏ phải giống nhau), hạn chế mật độ lượng truyền, hạn chế kích thước mode chế độ đơn mode, … Các PCF (Hình 0.1b Hình 0.3) linh hoạt việc thiết kế chế tạo cấu trúc việc chọn loại lõi (lõi đặc hay lõi rỗng), kích thước hình dạng lõi, kiểu mạng, số mạng, hình dạng kích thước lỗ mạng, tự lựa chọn loại vật liệu để thẩm thấu vào lỗ mạng lõi Mỗi thay đổi yếu tố ảnh hưởng lên đại lượng đặc trưng PCF Nhiều công bố quan tâm nghiên cứu ảnh hưởng tham số cấu trúc đường kính lỗ khí d, số mạng Ʌ (khoảng cách từ tâm lỗ khí đến tâm lỗ khí gần nhất) lên các đại lượng đặc trưng PCF bao gồm chiết suất hiệu dụng, diện tích mode hiệu dụng, tán sắc mát [6, 8, 9] Tuy nhiên hạn chế cấu trúc công bố chưa xác định mối liên hệ đại lượng sử dụng kết cho ứng dụng cơng nghệ quang trường hợp cụ thể Khơng khí Hợp chất silica Chất lỏng Chất lỏng Hợp chất silica Hình 0.3: Cấu trúc hình học sợi quang PCF: a) Lõi đặc b) Lõi rỗng thẩm thấu chất lỏng Trong công bố gần đây, tác giả thẩm thấu chloroform (CHCl 3) vào lõi PCF [25] Kết nghiên cứu thu hai cấu trúc tối ưu để ứng dụng cho phát siêu liên tục bước sóng bơm 1030 nm Sợi tối ưu thứ có số mạng Λ = 1,0 μm thừa số lấp đầy f = 0,65 có đặc trưng tán sắc thường, có độ tán sắc -24 ps.nm−1.km−1 bước sóng bơm Sợi tối ưu thứ hai có số mạng Λ = 2,0 μm thừa số lấp đầy f = 0,65 có bước sóng tán sắc khơng (ZDW) 1,0 μm nên có đặc trưng tán sắc dị thường bước sóng bơm độ tán sắc bước sóng bơm 7,6 ps.nm–1.km–1 Kết phát siêu liên tục cho hai cấu trúc tối ưu mở rộng phổ dải bước sóng 600 nm - 1260 nm Trong công bố [26], tác giả phát siêu liên tục PCF lõi nước có chiều dài sợi cm Kết thu phổ mở rộng phạm vi bước sóng từ 600 nm đến 1140 nm Các kết thu qua cơng trình đóng góp quan trọng tiến trình nghiên cứu phát siêu liên tục PCF lõi chất lỏng khẳng định ưu điểm PCF thẩm thấu chất lỏng Tuy nhiên, sử dụng chất lỏng diện tích mode hiệu dụng thu lớn; đường cong tán sắc phẳng chưa tiệm cận gần với đường tán sắc không; giam giữ mát lớn Những yếu tố có ảnh hưởng lớn đến độ phẳng khả mở rộng phổ phát siêu liên tục Ngoài ra, cơng bố cịn chưa phân tích đầy đủ tượng vật lý ảnh hưởng lên trình phát siêu liên tục Để khắc phục hạn chế trên, sử dụng phần mềm mô quyền Lumerical Mode Solutions để thiết kế PCF lõi rỗng thẩm thấu hợp chất thơm (toluen, benzen nitrobenzen) Tiếp theo, xây dựng mơ hình vật lý để nghiên cứu truyền sóng ánh sáng PCF, nghiên cứu ảnh hưởng bước sóng, tham số cấu trúc lên đại lượng đặc trưng PCF (chiết suất hiệu dụng, diện tích mode hiệu dụng, tán sắc giam giữ mát) Các kết thu xác định PCF có cấu trúc tối ưu nhằm nâng cao hiệu phát siêu liên tục (SG) với mở rộng phổ lớn siêu phẳng Trong tiến trình chúng tơi phân tích hiệu ứng phi tuyến ảnh hưởng lên trình phát siêu liên tục ... VINH NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG TÁN SẮC CỦA SỢI TINH THỂ QUANG TỬ MẠNG LỤC GIÁC ĐỀU ĐƯỢC THẨM THẤU CÁC CHẤT LỎNG ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG PHÁT SIÊU LIÊN TỤC LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Chuyên ngành: QUANG. .. trưng tán sắc sợi tinh thể quang tử mạng lục giác thẩm thấu chất lỏng định hướng ứng dụng phát siêu liên tục? ?? hoàn thiện Tôi xin cam đoan kết luận án trung thực, chưa có luận án khác, nội dung luận. .. 2.3.3 Đặc trưng tán sắc 60 2.3.4 Đặc trưng giam giữ mát 67 2.4 Tối ưu tham số cấu trúc PCF đặc trưng tán sắc để ứng dụng phát siêu liên tục 72 KẾT LUẬN CHƯƠNG 77 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU PHÁT SIÊU LIÊN TỤC