Đặc trưng lưỡng ổn định của giao thoa kế fabry perot có chứa đicloroetan”

i LỜI CẢM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi, thực hướng dẫn TS Nguyễn Văn Hóa Các kết nêu luận văn trung thực chưa khác cơng bố Thanh Hóa, ngày tháng 11 năm 2019 Người cam đoan Ngô Thị Tâm ii LỜI CẢM ƠN Luận văn “Đặc trưng lưỡng ổn định giao thoa kế Fabry-Perot có chứa Đicloroetan” hoàn thành hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Văn Hóa, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy đặt đề tài, dẫn dắt tận tình động viên tơi suốt q trình thực với lịng người thầy người thân ruột thịt… để tơi hồn thành luận văn Trong q trình làm việc thực luận văn, tơi nhận hướng dẫn tận tình Thầy Thầy động viên, khích lệ tơi vượt qua khó khăn công việc, đặt vấn đề nghiên cứu có tính thời cao tạo hứng khởi nghiên cứu để theo đuổi đề tài luận văn Nhân dịp này, xin cảm ơn Phòng Quản lý Đào tạo sau đại học, Trường Đại học Hồng Đức, BCN Khoa KHTN, Bộ môn Vật lý anh chị công tác trường tạo điều kiện, thời gian đóng góp ý kiến q báu cho tơi suốt q trình nghiên cứu Cuối cùng, xin cảm ơn người thân, bạn bè ln bên tơi, động viên tơi hồn thành khóa học luận văn Trân trọng cảm ơn! Thanh Hóa, ngày tháng 11 năm 2019 Tác giả Ngô Thị Tâm iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Mục đích nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Dự kiến kết đạt Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Chương KHÁI QUÁT VỀ HIỆN TƯỢNG LƯỠNG ỔN ĐỊNH QUANG HỌC 1.1 Hiện tượng lưỡng ổn định quang học 1.2 Điều kiện để xảy hiệu ứng lưỡng ổn định quang học …………………….7 1.3 Môi trường chiết suất phi tuyến 1.4 Môi trường hấp thụ bão hòa 11 Chương ĐẶC ĐIỂM CỦA TÍN HIỆU TRUYỀN QUAGIAO THOA KẾ FABRY – PEROT CÓ CHỨA DICLOROETAN 12 2.1 Cấu tạo nguyên lí hoạt động giao thoa kế Fabry-Perot phi tuyến 12 2.1.1 Cấu tạo 12 2.1.2 Nguyên lí hoạt động 12 2.1.3 Sự giao thoa nhiều tia 14 2.2 Quan hệ vào - cường độ 15 2.2.1 Tính tia truyền qua sau qua F-P: tia từ M2 17 2.2.2 Tính tia phản xạ sau qua NFPI: tia từ gương M1 20 2.3 Đặc trưng lưỡng ổn định 21 2.3.1 Ảnh hưởng pha ban đầu (initial phase) 21 2.3.2 Ảnh hưởng hệ số phản xạ……………………………………… 23 2.3.3 Ảnh hưởng tham số lên đặc trưng lưỡng ổn định 24 2.4 Ổn định cường độ tín hiệu laser 25 iv 2.5 Khảo sát thí nghiệm tính lưỡng ổn định giao thoa kế Fabry-Perot chứa Dicloroetan bơm laser YAG:Nd 27 2.5.1 Mơ tả thí nghiệm 27 2.5.2 Kết thảo luận 29 2.5.2.1 Chuẩn thiết bị 29 2.5.2.2 Tính lưỡng ổn định 30 2.5.2.3 Sự phân bố lại không gian chùm laser 34 KẾT LUẬN 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 v DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hệ quang học có hệ số truyền qua T  T ( I ) Hình 1.2 Sự phụ thuộc T vào I Hình 1.3 Sự phụ thuộc I vào I vào Hình 1.4.Đồ thị xác định giá trị N T theo Ivào Hình: 2.1 Buồng phi tuyến Fabry – Perot chứa Đicloroetam 12 Hình 2.2 Sơ đồ miêu tả nguyên lí hoạt động giao thoa kế 13 Hình 2.3.Sự phản xạ ánh sáng qua hai gương 14 Hình 2.4.Sự phản xạ tia sáng qua hai gương với góc tới α góc khúc xạ β 15 Hình 2.5 Tai biến gấp phụ thuộc hệ số điều khiển (Iin) tham số tách  22 Hình 2.6 Tính chất vào NFPI chứa DCE d = 10mm, n = 5.10-8 cm2/W cho giá trị pha ban đầu - 0,04, 0.06 -0,08 ( = 1,06m, R = 0,95, α=0) 22 Hình 2.7 Tai biến gấp phụ thuộc tham số điều khiển Iin tham số tách R với  = -0.06, d = 10mm, n = 5.10-8 cm2/W,  = 1,06m, α=0 23 Hình 2.8 Tính chất vào NFPI chứa DCE d = 10mm; n = 5.10-8cm2/w cho ba giá trị hệ số phản xạ 0.93, 0.95, 0.97 với  = 1,06m,  = - 0,06, α=0 24 Hình 2.9 Ngưỡng đóng ngưỡng mở phụ thuộc tham số tách  với 24 Hình 2.10 Ngưỡng đóng ngưỡng mở phụ thuộc tham số tách R với  =0.06 và-0.08, α=0 24 Hình 2.11 Biên độ xung laser trước sau NFPI phi tuyến 26 Hình 2.12 Tồn cảnh thí nghiệm khảo sát NFPI- DCE 27 Hình 2.13 Sơ đồ đo công suất chùm tia laser 28 Hình 2.14 Sơ đồ khảo sát phân bố chùm tia laser 28 vi Hình 2.15 Đặc trưng điện áp bơm-cơng suất phát laser YAG:Nd JK23000 29 Hình 2.16 Đặc trưng vào NFPId= 10mm, R=98% 30 Hình 2.17 Quan hệ vào-ra NFPI; Đường liền nét đường theo lý thuyết; Đường có hình chữ nhật với d-10mm; Đường có hình tam giác với d=2 mm 31 Hình 2.18 Đặc trưng lưỡng ổn định NFPI với thay đổi hệ số phản xạ gương cho trường hợp d=10mm 32 Hình 2.19 Đặc trưng lưỡng ổn định NFPI với thay đổi hệ số phản xạ gương cho trường hợp d=2mm 33 Hình 2.20 Ngưỡng phụ thuộc vào hệ số phản xạ 34 Hình 2.21 Ảnh 3-D chùm laser vào Hình 2.22 Ảnh 3-D chùmlaser 35 Hình 2.22 Phân bố hai chiều chùm tia laser YAG:Nd; hình bên trái : phân bố chùm vào; hình bên phải : phân bố chùm trường hợp R=90%, d=10 mm 36 vii DANH MỤC VIẾT TẮT Cuvet: Cuvette - Chậu thủy tinh phịng thí nghiệm NFPI: Nonlinear Fabry-Perot Interferometer - Giao thoa kế Fabry - Perot DCE: DiCloroEthan - Một hợp chất hóa học hữu (C2H4Cl2) có chiết suất phi tuyến MNZI: Nonlinear Mach-Zehnder Interferometer - Giao thoa kế Mach Zehnder phi tuyến TEM00: Transversa ElectroMagnetic - Dao động điện từ ngang (ứng với số m=0 n=0) Nd: Neodim OB: Optical Bistability - Lưỡng ổn định quang học MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết đề tài Một thành cơng quan trọng thiết bị điện tử khả thu nhỏ cấu Điều cho phép đời hệ thống máy tính mạnh với tỉ trọng linh kiện cao tiêu thụ lượng lại thấp Các nhà nghiên cứu tin tưởng thiết bị đạt tới kích thước cỡ nguyên tử phân tử Điều mơ ước thời đại có nhiều thành tựu đạt theo hướng Để minh hoạ cho thiết bị điện tử với kích thước cỡ phân tử, lớp hợp chất bán tinh thể khảo sát lý thuyết thí nghiệm Những tinh thể đóng vai trị thiết bị lưu giữ thông tin cỡ phân tử, chúng hoạt động dựa sở hiệu ứng đường ngầm electron proton truyền qua hố chúng hoàn toàn có đặc trưng lưỡng ổn định Như biết, hệ điện tử bao gồm khối gắn kết với thông qua cổng, khóa, hệ điều khiển… Các linh kiện coi chuyển mạch hoạt động hệ lưỡng ổn định Tốc độ làm việc hệ phụ thuộc vào nhiều yếu tố phụ thuộc lớn vào tốc độ chuyển mạch Vì để làm tăng tốc độ làm việc hệ điện tử người ta tìm cách làm tăng tốc độ chuyển mạch Có nhiều loại chuyển mạch: khí, điện tử, quang - cơ, quang - điện, quang - quang Trong loại chuyển mạch đó, chuyển mạch quang - quang mà tiêu biểu linh kiện lưỡng ổn định quang học với tác nhân chùm laser với cường độ lớn, loại chuyển mạch với nhiều ưu điểm, đặc biệt có tốc độ chuyển mạch lớn (thời gian chuyển mạch ngắn) nên xu hướng gần người ta trọng tới việc nghiên cứu linh kiện lưỡng ổn định quang học Cho đến nhiều linh kiện lưỡng ổn định quang học quan tâm nghiên cứu như: laser với chất hấp thụ bão hòa; cặp photodiode-LED; giao thoa kế phi tuyến: Fabry-Perot, Mach-Zehnder, Michelson Các linh kiện ứng dụng cơng nghệ chế tạo mạch biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số Trong linh kiện trên, giao thoa kế phi tuyến, đặc biệt giao thoa kế Fabry- Perot phi tuyến, với cấu trúc đơn giản, sở để chế tạo nhiều thiết bị lưỡng quang học [1], [2], [7] Với hi vọng tìm hiểu phương pháp xây dựng khảo sát linh kiện lưỡng ổn định quang học nói chung thơng qua việc nghiên cứu giao thoa kế Fabry-Perot phi tuyến làm sở cho phương pháp nghiên cứu hệ lưỡng ổn định, chọn đề tài: “Đặc trưng lưỡng ổn định giao thoa kế Fabry-Perot có chứa Đicloroetan” cho luận văn Mục đích nghiên cứu - Dẫn quan hệ vào-ra tín hiệu truyền qua Giao thoa kế FabryPerot nhúng Dicloroetan - Khảo sát (bằng lí thuyết thực nghiệm) cách tổng quát ảnh hưởng tham số vật lí lên quan hệ ra, qua đicloroetan hoạt động linh kiện lưỡng ổn định Từ phân tích trên, nội dung nghiên cứu luận văn tập trung vào vấn đề sau: 2.1 Trên sở giao thoa kế cổ điển Fabry-Perot đề xuất đưa thêm môi trường phi tuyết tuân theo hiệu ứng quang học Kerr mơi trường hấp thụ bão hịa gương phản xạ vào kết cấu Dựa hai hiệu ứng phi tuyến, phản hồi ngược giao thoa sóng ánh sáng xây dựng phương trình phi tuyến mô tả quan hệ vào-ra cường độ quang 2.2 Từ khảo sát đặc trưng lưỡng ổn định giao thoa kế phi tuyến, rút yếu tố định tính lưỡng ổn định chúng, từ thảo luận định hướng xây dựng hệ tham số ảnh hưởng đến tính chất lưỡng ổn định 2.3 Cài đặt thí nghiệm chứng minh giao thoa kế có đặc trưng lưỡng ổn định Phương pháp nghiên cứu Thực nội dung nghiên cứu trên, phương pháp sau sử dụng : - Những định luật vật lí quang học sóng, quang phi tuyến, quang lượng tử vật lí laser, đặc biệt lí thuyết lan truyền sóng ánh sáng mơi trường - Bằng phần mềm lập trình, khảo sát phương trình phi tuyến vẽ đồ thị biểu diễn quan hệ vào-ra, sau đánh giá thảo luận đặc trưng lưỡng ổn định giao thoa kế dựa đồ thị thu với tham số thiết kế cụ thể - So sánh kết thu từ thực nghiệm với kết khảo sát lý thuyết Dự kiến kết đạt Tìm hiểu phương pháp xây dựng khảo sát linh kiện lưỡng ổn định quang học nói chung thông qua việc nghiên cứu giao thoa kế FabryPerot phi tuyến làm sở cho phương pháp nghiên cứu hệ lưỡng ổn định Đối tượng phạm vi nghiên cứu Giao thoa kế Fabry-Perot, phân tích điều kiện để có linh kiện lưỡng ổn định Khảo sát thí nghiệm lưỡng ổn định giao thoa kế Fabry-Perot có chứa Dicloroetan bơm laser Thủy tinh: Nd Nội dung nghiên cứu Luận văn trình bày với bố cục gồm: Mở đầu, hai chương nội dung phần kết luận chung Chương I: Giới thiệu tổng quan lưỡng ổn định quang học, nguyên lí hoạt động giao thoa kế, chủ yếu giao thoa kế Fabry-Perot Từ phân tích điều kiện cần để có linh kiện lưỡng ổn định đưa hướng nghiên cứu cho chương sau Chương II: Nghiên cứu đặc trưng lưỡng ổn định giao thoa kế FabryPerot phi tuyến Tính tốn để đưa công thức quan hệ vào-ra cường độ quang Xây dựng đồ thị cho phương trình đó, nhận xét đồ thị cho phương trình đó, nhận xét ảnh hưởng tham số: hệ số hấp thụ, độ dày mơi trường hệ số 24 Hình 2.8 Tính chất vào NFPI chứa DCE d = 10mm; n = 5.10-8cm2/w cho ba giá trị hệ số phản xạ 0.93, 0.95, 0.97 với  = 1,06m,  = - 0,06, α=0 2.3.3 Ảnh hưởng tham số lên đặc trưng lưỡng ổn định Để thấy cách cụ thể ảnh hưởng tham số lên đặc trưng lưỡng ổn định NFPI, ta khảo sát thay đổi ngưỡng cường độ chuyển trạng thái ISW-on ISW-off vào pha ban đầu (hình 2.9) hệ số phản xạ 10 80 ISW-ON 60 40 ISW-OFF -0.12 -0.10 20 -0.08 -0.06 -0.04 ISW-ON ISW-OFF(W/cm2) ISW-ON ISW-OFF(W/cm2) gương (hình 2.10) 10 Off Point ISW-ON 80 ISW-OF 60 40 20 0.77 Hình 2.9 Ngưỡng đóng ngưỡng mở phụ thuộc tham số tách  với R = 0.95,α=0 -0.06 0.81 0.85 0.89 0.93 0.97 Hình 2.10 Ngưỡng đóng ngưỡng mở phụ thuộc tham số tách R với  =- 0.06 và-0.08, α=0 Từ hình 2.9 ta thấy với hệ số phản xạ số, ISWon giảm nhanh pha ban đầu tăng dần, lúc ISW-off giảm chậm Hiệu hai ngưỡng giảm khơng Từ hình 2.10, ta thấy với pha ban đầu số ISW-on tăng nhanh hệ số phản xạ 25 tăng ISW-off giảm chậm, hiệu số chúng tăng nhanh từ Trong trường hợp có điểm, đường cong tai biến không tồn Điểm gọi "điểm tách" (off - point) Điểm tách xác định cặp giá trị hệ số phản xạ pha ban đầu Dựa vào phương trình tai biến trình, điều kiện xuất lưỡng ổn định quang học Mặc dù lý thuyết tai biến giúp cho việc xem xét cách định tính tồn q trình phải dựa vào giải tích để mơ tả định lượng Tuy nhiên tính chất tai biến tai biến gấp, ngưỡng ngưỡng (lá dưới) điểm tách tính tốn thảo luận Kết cho thấy khả trực quan để hình dung trình lượng tử trừu tượng mà dựa khái niệm đơn giản quan sát tai biến gấp Qua NFPI khai triển linh kiện lưỡng ổn định tham số cấu tạo (hệ số chiết suất phi tuyến, pha ban đầu, hệ số phản xạ gương, độ dày mơi trường phi tuyến) có cách chọn thích hợp Qua việc khảo sát thảo luận thấy NFPI với tham số thích hợp hoạt động linh kiện lưỡng ổn định quang học Tính chất q báu có nhiều ứng dụng mà ứng dụng giới thiệu 2.4 Ổn định cường độ tín hiệu laser Trong thơng tin quang thiết bị đo đạc điều khiển laser độ ổn định biên độ xung laser quan trọng Với xung laser có biên độ ổn định tăng thêm độ xác tín hiệu thu kết tăng thêm độ xác phép đo đếm Tuy nhiên, việc ổn định biên độ xung laser, thông qua ổn định máy phát ổn định được, song nhiều trường hợp gặp nhiều khó khăn thăng giáng nguồn nuôi, xê dịch hệ thống quang thay đổi độ theo thời gian khí hậu linh kiện quang Do cấu trúc bền vững đầu phát laser mà nguyên nhân xử lý kịp thời, kết xung laser phát với biên độ 26 không ổn định Để khắc phục thiếu sót này, chúng tơi đề xuất sử dụng giao thoa kế Fabry-Perot phi tuyến- hoạt động thiết bị lưỡng ổn định, để ổn định biên độ xung laser trước đưa vào sử dụng Để khảo sát khả ổn định xung laser giao thoa kế NFPI, ta giả thiết chuỗi N xung laser có cường độ thay đổi theo thời gian mô tả hàm sau:  I in t   (1  n) I e ( t  n6 T ) T (2.19) Trong T độ rộng xung, I0 biên độ, n số ngẫu nhiên thay đổi khoảng từ đến N, chuỗi xung qua NFPI có tham số d =10mm; n = 5.10-8cm2/w; R = 0.97;  = 1,06m;  =- 0,06, α = Thay (2.19) vào (2.16) phương pháp số ta tính dạng xung vào dạng xung hình 2.11 Hình 2.11 Biên độ xung laser trước sau NFPI phi tuyến Từ đường cong hình 2.11 ta thấy với chuỗi xung vào có độ rộng xung khơng đổi biên độ thay đổi, sau qua giao thoa kế NFPI biến điệu trở thành chuỗi xung có biên độ gần Ngoài ta thấy tỉ lệ biên độ xung vào thứ sáu xung vào thứ gần hai, xung tương ứng Nếu xung khuếch đại lần kết có chuỗi xung laser biên độ khơng thay đổi 27 NFPI sử dung tái phân bố lại không gian chùm tia laser dạng Gau xơ giống NMZI Do chương không nêu lại kết mà thay vào kết khảo sát thực nghiệm 2.5 Khảo sát thí nghiệm tính lưỡng ổn định giao thoa kế FabryPerot chứa Dicloroetan bơm laser Thủy tinh:Nd 2.5.1 Mơ tả thí nghiệm Tồn cảnh thí nghiệm khảo sát đặc trưng lưỡng ổn định NFPI chứa DCE bơm Thủy tinh:Nd laser chuẩn bị mơ tả hình 2.12 Gương Đầu đo Diafram DCE Đầu laser Gương Laser He-Ne định hướng Máy đo cơng suất Hình 2.12 Tồn cảnh thí nghiệm khảo sát NFPI- DCE Đầu Laser Thủy tinh:Nd JK2000 cấu tạo hoạt chất có chiều dài 100mm đường kính 8mm hai đèn bơm Xenon Buồng cộng hưởng gồm hai gương đặt cách khoảng 700mm, gương cầu bán kính cong 1000mm có hệ số phản xạ 100% gương phẳng có hệ số phản xạ 80% Trong buồng cộng hưởng đặt Diafram có đường kính 4mm với mục đích lọc mode ngang, cho phát mode TEM00 có phân bố Gau xơ Sau gương đặt cuvet chứa DCE Hai mặt bên cuvet gắn với hai gương phẳng Các gương thay đổi với hệ số phản xạ khác Nhờ laser He-Ne đặt phía gương 100% ta định hướng cho tồn thiết bị 28 trùng với trục buồng cộng hưởng Phía sau cuvet đặt đầu thu khác gắn với chúng thiết bị thị (Ô xi lơ, máy đo cơng suất, hình máy tính máy phân tích chùm tia) Sơ đồ thí nghiệm cụ thể trình bày hình 2.13 hình 2.14 cho phép đo công suất phân bố chùm tia, tương ứng R1 R2 Bộ kính lọc Power Mettet Laser thuỷ tinh Nd JK2000 Ivào DCE IRa Thấu kính Hình 2.13 Sơ đồ đo cơng suất chùm tia laser Cuvet (lọ) đựng đầy DCE có kích thước 40mm10mm10mm (hoặc 15mm15mm2mm) đặt gương có hệ số phản xạ thay đổi từ 95% đến 75% Laser Thủy tinh:Nd hoạt động với bước sóng 1,06 m có lượng thay đổi từ 0.001 tới 0.005 J Năng lượng chùm laser thay đổi nhờ điều khiển điện áp cấp cho đèn bơm Laser phát chế độ tự do, xung phát có độ rộng khoảng 230s Hệ số phi tuyến DCE xác định vào khoảng 5.10-8 cm2/W, hệ số hấp thụ tuyến tính =0 [37] Thiết bị đo bao gồm: R1 R2 Bộ kính lọc Beam Analize r Laser thuỷ tinh Nd JK2000 Ivào DCE IRa Thấu kính Hình 2.14 Sơ đồ khảo sát phân bố chùm tia laser 1) Máy sóng Hp 54610B (500 MHz) để xác định dạng xung độ rộng xung laser (độ xác ns) ; 2) Đồng hồ đo công suất lượng xung laser Melles Griot Power 13PM001/5 (độ xác 0,001 mJ/mW); 29 3) Máy phân tích chùm tia Melles Griot LS-IV xác định phân bố lượng theo không gian chùm tia laser Bằng phần mềm máy tính thiết bị phân tích chùm tia, phân bố lượng tiết diện ngang chùm tia laser ghi nhận, so sánh 2.5.2 Kết thảo luận 2.5.2.1 Chuẩn thiết bị Laser Thủy tinh: Nd chỉnh phát ổn định chế độ đơn mốt TEM00 nhờ khe chắn có bán kính 4mm Trước vào nghiên cứu tính lưỡng ổn định, đặc trưng điện áp bơm công suất phát laser khảo sát trình bày hình 2.15 Hình 2.15 Đặc trưng điện áp bơm-cơng suất phát laser YAG:Nd JK23000 Từ hình ta thấy đặc trưng gần tuyến tính với sai số phép đo lớn  2W Ngoài ngưỡng phát (giá trị công suất mà máy thu nhận được) hệ khảo sát xác định điện áp bơm 0,9 KV Ngưỡng tằng lên 0,95 kV đặt thêm NFPI (chưa có DCE) vào hệ Như mát chung hệ đánh giá tăng ngưỡng mà đầu thu nhận 30 2.5.2.2 Tính lưỡng ổn định C«n g st [w] 2.5 1.5 0.5 20 30 40 50 60 Công suất bơm [W] Hỡnh 2.16 c trưng vào NFPI d= 10mm, R=98% Trước hết chúng tơi khảo sát NFPI chứa DCE có độ dày 10 mm với hai gương có hệ số phản xạ 98% Sự phụ thuộc công suất vào công suất vào thể hình 2.16 Ta nhận thấy phụ thuộc vào NFPI chứa DCEcó dạng đường cong trễ Hiện tượng nhảy mức xảy lân cận giá trị công suất vào 42 W (ứng với điện áp bơm 1,25kV) Tại bước nhảy khơng ổn định Điều giải thích sau: thứ nguồn cấp điện áp không ổn định nên công suất phát thay đổi với sai số 2W nói trên, thứ hai không ổn định lại trùng vào vùng ngưỡng nhảy mức (vùng khơng ổn định NFPI, cơng suất nhận giá trị nằm mức nằm mức trên), công suất bơm lớn công suất bơm ngưỡng lượng 2W giá trị công suất nhảy lên mức trên, ngược lại công suất bơm nhỏ công suất bơm ngưỡng lượng  2W giá trị công suất nhảy mức Để nghiên cứu cụ thể có tính thuyết phục tính lưỡng ổn định NFPI, cơng suất laser Thủy tinh:Nd thay đổi từ tới 40 W/cm2 sử dụng hai loại Cuvet DCE có chiều dày thay đổi 10mm mm Sau đo công suất xung laser trước vào cuvet sau khỏi cuvet, quan hệ 31 vào - NFPI xây dựng so sánh với kết tính tốn lý thuyết thuyết theo phương trình (2.16) sử dụng tham số: =0, n2=5.10-8cm2, =1,06 m, =-0.06, R=80% trình bày hình 2.17 Hình 2.17 Quan hệ vào-ra NFPI; Đường liền nét đường theo lý thuyết; Đường có hình chữ nhật với d-10mm; Đường có hình tam giác với d=2 mm Từ hình 2.17 thấy rằng: 1) Có sai lệch tính tốn lý thuyết kết thực nghiệm Điều giải thích việc chọn pha ban đầu tính tốn lý thuyết khơng phù hợp với pha ban đầu thí nghiệm Ngồi sai số cịn sai số phép đo mà ta tránh khỏi Tuy nhiên két luận kết thực nghiệm phù hợp tốt với lý thuyết trình bày chương trước 2) Khi độ dày cuvet nhỏ hiệu ứng lưỡng ổn định NFPI xảy với cường độ cao ngược lại Thay đổi gương có hệ số phản xạ khác nhau, đặc trưng lưỡng ổn định đo xây dựng hình 2.18 cho trường hợp cuvet có độ dày 10mm hình 2.19 cho trường hợp cuvet độ dày 2mm 32 Hình 2.18 Đặc trưng lưỡng ổn định NFPI với thay đổi hệ số phản xạ gương cho trường hợp d=10mm Qua hai hình ta thấy đặc trưng lưỡng ổn định thay đổi phụ thuộc vào độ dày cuvet chứa DCE mà phụ thuộc vào hệ số phản xạ hai gương Cường độ [w/cm2] Cường độ [w/cm2] 33 Cường độ vào [w/cm2] Cường độ [w/cm2] Cường độ [w/cm2] Cường độ vào [w/cm2] Cường độ vào [w/cm2] Cường độ vào [w/cm2] Hình 2.19 Đặc trưng lưỡng ổn định NFPI với thay đổi hệ số phản xạ gương cho trường hợp d=2mm Đăc biệt ngưỡng chuyển trạng thái thay đổi lớn theo hệ số phản xạ độ dày cuvet Hình 2.20 cho ta thấy cách rõ rệt, ngưỡng tăng độ dày cuvet giảm hệ số phản xạ gương tăng Cường độ ngưỡng [w/cm2] 34 Hệ số phản xạ gương [%] Hình 2.20 Ngưỡng phụ thuộc vào hệ số phản xạ cho trường hợp d=10mm (đường dưới) d=2mm (đường trên) Khi xảy bước nhảy cường độ độ lệch pha gương (phần tử thứ đối số hàm sin phương trình 2.20) phải có giá trị ngưỡng Tại giá trị trạng thái cộng hưởng NFPI đạt Khi độ dày giảm cường độ vào phải tăng Hơn hệ số phản xạ tăng cường độ điều khiển bên NFPI giảm cường độ phải tăng Rõ ràng kết thực nghiệm cho ta lời giải thích thoả đáng lý thuyết 2.5.2.3 Sự phân bố lại không gian chùm laser Sự phân bố của chùm laser Thủy tinh:Nd trước sau NFPI ghi lại nhờ máy phân tích chùm tia phần mềm xử lý ảnh 3-D cho trường hợp hệ số phản xạ 90%, d=10mm mô tả hình 2.21 hình 2.22 35 Hình 2.21 Ảnh 3-D chùm laser vào Hình 2.22 Ảnh 3-D chùmlaser Từ hình thấy chùm Gau xơ laser Thủy tinh:Nd phân bố lại NFPI trở thành chùm laser có phân bố cường độ mặt trước tương đối (năng lượng phía trước chùm khơng thay đổi dọc theo bán kính chùm) Điều chứng tỏ NFPI chứa DCE có tính lưỡng ổn định chứng minh tính đắn kết lý thuyết trình bày đầu chương Hệ số phản xạ gương độ dày cuvet ảnh hưởng tới hình dạng chùm laser Trên hình 2.23 kết phân tích hai chiều chùm tia laser Thủy tinh:Nd trước sau NFPI với hệ số phản xạ độ dày cuvet khác Từ ta có nhận xét: 1) Cường độ tâm chùm laser tăng hệ số phản xạ gương giảm 2) Nếu sử dụng cuvet mỏng cho chùm phẳng với bán kính tiết diện đầu xung bé Điều cho khả ứng dụng cơng nghệ laser cơng nghệ máy tính cần chùm laser phẳng có bán kính nhỏ Sự phân bố cường độ Sự phân bố cường độ Sự phân bố cường độ tương đối 36 Đường kính [mm] Sự phân bố cường độ Sự phân bố cường độ Sự phân bố cường độ tương đối Sự phân bố cường độ tương đối Đường kính [mm] Đường kính [mm] Đường kính [mm] Hình 2.22 Phân bố hai chiều chùm tia laser Thủy tinh:Nd; hình bên trái : phân bố chùm vào; hình bên phải : phân bố chùm trường hợp R=90%, d=10 mm Hhình bên dưới: ảnh hưởng hệ số phản xạ tới dạng chùm từ 95% tới 80% với d=10mm (trái) d=2mm (phải) 37 KẾT LUẬN Giao thoa kế Fabry-Perot chứa chất phi tuyến, có chiết suất thay đổi theo hiệu ứng Kerr hoạt động máy tai biến Kết tính tốn lý thuyết cho thấy chọn tham số thiết kế phù hợp cho trở thành linh kiện lưỡng ổn định quang học Với thay đổi tham số đặc trưng lưỡng ổn định thay đổi Giao thoa kế Fabry-Perot chứa DCE xây dựng thực nghiệm nhờ nguồn bơm laser Thủy tinh:Nd Các đặc trưng lưỡng ổn định kiểm chứng thí nghiệm so sánh với kết lý thuyết Điều khẳng định NFPI hoạt động linh kiện lưỡng ổn định quang học thực tế Hơn ứng dụng giao thoa kế phi tuyến kiểm chứng thực nghiệm tái phân bố lại không gian chùm tia laser Nhờ NFPI mà chùm tia laser Thủy tinh:Nd có phân bố cường độ theo tiết diện ngang có dạng Gau xơ phân bố lại thành chùm tia có phân bố lượng theo tiết diện ngang Các kết thực nghiệm phù hợp tốt với kết tính tốn lý thuyết 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Thế Bình, Quang học, NXB ĐHQG Hà Nội, 2006 [2] Nguyễn Văn Hoá, Đặc trưng lưỡng ổn định số giao thoa kế phi tuyến, luận án Tiến sĩ vật lý, ĐH Vinh, 2007 [3] H.Q.Quý, V.N.Sáu, Vật lý laser quang phi tuyến ĐH Vinh, 1997 [4] V.N.Sáu, ứng dụng lý thuyết tai biến vào số mơ hình laser Luận án PTS ĐH Vinh, 1996 [5] H.Q Quý.Laser rắn công nghệ ứng dụng NXB Đại học Quốc gia Hà Nội [6] H.Q.Quý, V.N.Sáu, Laser bước sóng thay đổi ứng dụng NXB Đại học Quốc gia Hà Nội [7].H.Q.Quý Quang phi tuyến ứng dụng,(2007), NXB Đại học quốc gia Hà Nội [8] Sakata H (2001), “Photonic analog-to digital conversion by use of nonlinear Fabry-Perot resonators” Appl.Phys.,40,240-248 [9] Robert W.Boyd, Nonlinear optics Third edition