chuyên đề quang học chương 3 mở đầu về quang học phi tuyến

TS. Ngô Thị Phương Khoa Vật lí Chuyên đề Quang học Advanced Optics [1] Giáo trình quang học, Nguyễn Trần Trác – Diệp Ngọc Anh [2] Bài tập quang học tập 2 – Tổ Vật lí đại cương – k. Lý - ĐHSP Tp.HCM [3] Hiệu ứng quang học phi tuyến , Trần Tuấn – Lê Văn Hiếu Tài liệu tham khảo [3] Hiệu ứng quang học phi tuyến , Trần Tuấn – Lê Văn Hiếu [4] Quang phi tuyến, Trần Tuấn [5,6,7…] Tài liệu khác 2 Chuyên ChuyênChuyên Chuyên đ đđ đề Quang QuangQuang Quang h hh học cc c T. P. Ngô Nội dung môn học Chương 1: Hiện tượng tán sắc ánh sáng Chương 2: Phân cực ánh sáng Chương 3: Mở đầu về quang học phi tuyến 3.1 Giới thiệu 3.2 Sự phân cực Chương 4: Những khái niệm cơ bản về QHPT 3 Chuyên ChuyênChuyên Chuyên đ đđ đề Quang QuangQuang Quang h hh học cc c T. P. Ngô Giới thiệu Phát minh ra laser (cường độ ánh sáng mạnh, tính đơn sắc cao…) 1960 4 Chuyên ChuyênChuyên Chuyên đ đđ đề Quang QuangQuang Quang h hh học cc c T. P. Ngô Ngành học mới? Giới thiệu Quang học phi tuyến tính  Laser trong quang phổ học + Tính đơn sắc cao  giải quyết bài toán cấu trúc mỏng + Mật độ năng lượng cao  các phương pháp quang phổ mới + … nghiên cứu sự trả lời/ đáp trả của 1 nguyên tử/vật chất đối với 1 nguồn sáng mạnh 5 Chuyên ChuyênChuyên Chuyên đ đđ đề Quang QuangQuang Quang h hh học cc c T. P. Ngô đối với 1 nguồn sáng mạnh Quang điện tử + thiết bị thu phát hình ảnh + máy đọc đĩa nén và video + màn hình phẳng tinh thể lỏng, tivi … + máy in laser; máy đọc mã vạch + cáp quang; hệ viễn thông cáp + máy định vị laser, máy kết nối vệ tinh… Đôi dòng lịch sử… • 1960: Townes phát minh ra laser • 1961: Franken et al. quan sát được sóng điều hòa bậc 2 (SHG) • 1962: + Terhune et al. quan sát được sóng điều hòa bậc 3 (THG) + Nicolaas Bloembergen phát triển lí thuyết về quang phi tuyến  khởi đầu cho Quang học phi tuyến 6 Chuyên ChuyênChuyên Chuyên đ đđ đề Quang QuangQuang Quang h hh học cc c T. P. Ngô + Woodbury et al. lần đầu chứng minh được tán xạ cưỡng bức Raman + Armstrong et al. công thức hóa các mối liên hệ đối xứng hoán vị tổng quát trong quang phi tuyến • 1973: Hasegawa et al. lần đầu tiên đoán lí thuyết về tổng hợp soliton trong sợi quang • 1976: Gibbs et al. chứng minh và giải thích optical bistability • 1980: Mollenauer et al. công nhận sự tổng hợp soliton trong sợi quang Giới thiệu Sóng tới Sóng phát ra Phân tử Sóng ánh sáng tác động lên phân tử 7 Chuyên ChuyênChuyên Chuyên đ đđ đề Quang QuangQuang Quang h hh học cc c T. P. Ngô  làm phân tử chuyển động và phát ra 1 sóng khác giao thoa với sóng tới Năng lượng photon của ánh sáng tới Năng lượng photon của ánh sáng phát ra Năng lượng tăng dần Mức năng lượng phân tử ượng ần Giới thiệu Cường độ ánh sáng mạnh hơn  Kích thích phân tử ở trạng thái năng lượng cao hơn Sóng phát raSóng tới Năng lượng photon của ánh sáng tới Năng lượng photon của AS tới Năng lượng photon của ánh sáng phát ra Năng lượ tăng dần Mức năng lượng phân tử 8 Chuyên ChuyênChuyên Chuyên đ đđ đề Quang QuangQuang Quang h hh học cc c T. P. Ngô Màu sắc mới!!! Phân tử Giới thiệu  Quang học tuyến tính + Phản xạ, khúc xạ, hấp thụ KHÔNG có sự thay đổi tính chất của môi trường hoặc ánh sáng  Quang học phi tuyến tính 9 Chuyên ChuyênChuyên Chuyên đ đđ đề Quang QuangQuang Quang h hh học cc c T. P. Ngô + Hiệu ứng bậc 2 - hiệu ứng điện quang (hiệu ứng Pockels) - sóng điều hòa bậc 2 (SHG) - … + Hiệu ứng bậc 3 - hiệu ứng Kerr - … CÓ sự thay đổi tính chất của môi trường hoặc ánh sáng Giới thiệu Vật chất Sự phân cực Trường điện E 10 Chuyên ChuyênChuyên Chuyên đ đđ đề Quang QuangQuang Quang h hh học cc c T. P. Ngô Moment lưỡng cực p [...]... Chuyên đề Quang học c T P Ngô 11 Giới thiệu Quang học phi tuyến tính Với cường độ ánh sáng mạnh, sự phân cực của môi trường phụ thuộc vào cường độ E Độ cảm điện Sự trả lời hay là Chuyên đề Quang học c T P Ngô 12 Giới thiệu Sự phân cực Quang học cổ điển Quang phi tuyến bậc 2 Môi trường tinh thể không có đối xứng đảo Quang phi tuyến bậc 3 Môi trường tinh thể có đối xứng đảo Chuyên đề Quang học c T P Ngô 13. .. cực Chuyên đề Quang học c T P Ngô 14 Sự phân cực Chuyên đề Quang học c T P Ngô 15 Giới thiệu Tính phân cực tĩnh Số hạng 0 Ví dụ: nước ε(0) = 81 Chuyên đề Quang học c T P Ngô 16 Giới thiệu Tính phân cực quang học Số hạng Hệ số khúc xạ Chuyên đề Quang học c T P Ngô 17 Giới thiệu Hiệu ứng Pockels (18 83) Số hạng Hệ số khúc xạ n thay đổi tuyến tính với cường độ điện trường tĩnh E0 Ứng dụng: thiết bị điện quang. .. hiện tượng quang phi tuyến Nguồn sáng: laser Ruby (λ = 694 ,3 nm) Mẫu thí nghiệm: tinh thể thạch anh Sóng điều hòa bậc 2 thu được ở bước sóng 34 7,1 nm mở rộng phổ của laser về phía ánh sáng xanh, UV… Chuyên đề Quang học c T P Ngô 22 Giới thiệu Chuyên đề Quang học c T P Ngô 23 Giới thiệu Sóng điều hòa bậc 3 (1962) Số hạng Gấp ba tần số Sóng điều hòa bậc 3 trên silic Ứng dụng: kỉ thuật hiển vi phi tuyến, ... vi phi tuyến, chụp ảnh 3D vật thể trong suốt,… Chuyên đề Quang học c T P Ngô 24 Giới thiệu Chuyên đề Quang học c T P Ngô 25 Giới thiệu Hiệu ứng Kerr quang học Môi trường xảy ra hiệu ứng Kerr Số hạng Thanh chắn Đầu ra Hệ số khúc xạ phụ thuộc vào cường độ sáng: n = n(I) Tia sángvới I Không hội tụ Mất mát I nhỏ lớn vì Thời gian Đầu ra (n có dạng ) Sự tự hội tụ? Chuyên đề Quang học c T P Ngô Xung với I... generation - SHG) - Sự ghép pha (phase matching) - Sự mở rộng thông số (parametric amplification) Phi tuyến bậc 3 - Hiệu ứng Kerr - Self and cross-phase modulation - Four-wave mixing Chuyên đề Quang học c T P Ngô 28 Chuyên đề Quang học c T P Ngô 29 Hết chương 3 Chuyên đề Quang học c T P Ngô 30 ... mạnh Chuyên đề Quang học c T P Ngô 19 Giới thiệu Sóng điều hòa bậc 2 (1961) Số hạng Gấp đôi tần số Peter Franken et al vào năm 1961 đã thu được sóng điều hòa bậc 2 (34 7,1 nm) trên nền thạch anh với hiệu suất là 10-4 Ứng dụng: chụp ảnh tế bào cơ, bề mặt vật thể… Chuyên đề Quang học c T P Ngô 20 Giới thiệu Sóng điều hòa bậc 2 (1961) Chuyên đề Quang học c T P Ngô 21 Giới thiệu Thí nghiệm đầu tiên về hiện... không tuyến tính sẽ xuất hiện hiệu ứng Kerr quang học Chùm tia hội tụ nếu n2 > 0 (sự tự hội tụ) - Chùm tia phân kỳ nếu n2 < 0 (sự không hội tụ ) Môi trường không tuyến tính Chuyên đề Quang học c T P Ngô 27 Nội dung môn học Giới thiệu - Sự phân cực Phi tuyến bậc 2 - Sóng điều hòa bậc 2 (second harmonic generation - SHG) - Sự ghép pha (phase matching) - Sự mở rộng thông số (parametric amplification) Phi tuyến. .. trường tĩnh E0 Ứng dụng: thiết bị điện quang (electro-optic devices), ngắt mạch quang học, biến điệu quang học - dễ dàng điều khiển việc ngắt, biến điệu các tín hiệu ánh sáng - hạn chế những dòng điện “dư” trong các quá trình điện tử Chuyên đề Quang học c T P Ngô 18 Giới thiệu Hiệu ứng Kerr (1877) Số hạng Hệ số khúc xạ n thay đổi tuyến tính với bình phương cường độ điện trường tĩnh E0 Xảy ra trong môi trường... lại quang học tuyến tính (cường độ E yếu) • Cùng tần số phát ra • α không phụ thuộc vào cường độ sóng tới • Sóng phát ra chịu 1 độ lệch pha là 2πnL/λ (n là chiết suất của môi trường) và độc lập với cường độ sóng tới • Sự phân cực tuyến tính” gây ra bởi trường E: là hằng số điện môi trong chân không là độ cảm điện tuyến tính của môi trường, liên hệ với n bởi là tensor nếu đó là môi trường dị hướng Chuyên . khác 2 Chuyên ChuyênChuyên Chuyên đ đđ đề Quang QuangQuang Quang h hh học cc c T. P. Ngô Nội dung môn học Chương 1: Hiện tượng tán sắc ánh sáng Chương 2: Phân cực ánh sáng Chương 3: Mở đầu về quang học phi tuyến 3. 1. điều hòa bậc 3 (THG) + Nicolaas Bloembergen phát triển lí thuyết về quang phi tuyến  khởi đầu cho Quang học phi tuyến 6 Chuyên ChuyênChuyên Chuyên đ đđ đề Quang QuangQuang Quang h hh học cc c T cực 13 Chuyên ChuyênChuyên Chuyên đ đđ đề Quang QuangQuang Quang h hh học cc c T. P. Ngô Quang học cổ điển Quang phi tuyến bậc 2  Môi trường tinh thể không có đối xứng đảo Quang phi tuyến bậc 3 