Nghiên cứu quá trình phát siêu liên tục trong sợi tinh thể quang tử với lõi được lấp đầy bởi carbon disulfide trong vùng hồng ngoại gần

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình khoa học nghiên cứu riêng tơi dƣới hƣớng dẫn TS Lê Văn Hiệu, kết trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khoa học khác Tác giả luận văn Lê Thị Hà i LỜI CẢM ƠN Đề tài “Nghiên cứu trình phát siêu liên tục sợi tinh thể quang tử với lõi lấp đầy carbon disulfide vùng hồng ngoại gần” nội dung chọn để nghiên cứu làm luận văn thạc sĩ sau hai năm theo học chƣơng trình cao học chuyên ngành Vật l l thuyết Vật l to n trƣờng Đại học Hồng Đức Để hồn thành q trình nghiên cứu hoàn thiện luận văn này, lời tơi xin tỏ lịng cảm ơn sâu sắc tới ngƣời thầy - TS Lê Văn Hiệu, BM Vật lý, Khoa khoa học tự nhiên, Đại học Hồng Đức Trong trình làm việc thực Luận văn, tơi nhận đƣợc hƣớng dẫn tận tình thầy Thầy động viên, khích lệ tơi vƣợt qua khó khăn cơng việc, nhƣ đặt c c vấn đề nghiên cứu có t nh thời cao tạo hứng khởi nghiên cứu để theo đuổi đề tài Luận văn Nghiên cứu đƣợc tài trợ Quỹ Phát triển khoa học công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số 103.03-2020.19 Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ Nhân dịp này, xin cảm ơn Ph ng Đào tạo sau đại học, Trƣờng Đại học Hồng Đức, lãnh đạo khoa KHTN, ộ môn Vật l c c thầy cô công tác trƣờng tạo điều kiện, thời gian đóng góp nh ng kiến qu u cho tơi suốt q trình nghiên cứu Cuối cùng, xin cảm ơn nh ng ngƣời thân, bạn è, đồng nghiệp ên tôi, động viên tơi hồn thành khóa học Luận văn Trân trọng cảm ơn! h nh H ng 25 tháng 05 năm 2021 Tác giả luận văn Lê Thị Hà ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Phƣơng ph p nghiên cứu Dự kiến kết đạt đƣợc Nội dung nghiên cứu CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ SỢI TINH THỂ QUANG TỬ 1.1 Mở đầu 1.2 Sợi tinh thể quang tử (PCF) 1.3 Các loại sợi tinh thể quang tử 1.3.1 Sợi tinh thể Index Guiding 1.3.2 Sợi tinh thể Bandgap Guiding 1.4 Phƣơng ph p chế tạo PCF CHƢƠNG 2: SỰ LAN TRUYỀN ÁNH SÁNG TRONG MÔI TRƢỜNG ĐIỆN MÔI - PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU…………………………….12 2.1 Sự lan truyền tuyến t nh môi trƣờng điện môi 12 2.2 Sự lan truyền phi tuyến sợi quang 16 2.3 Phát siêu liên tục hiệu ứng phi tuyến sợi tinh thể quang tử 20 2.3.1 Tán xạ Raman 22 2.3.2 Tự điều chế pha (SPM) 23 2.3.3 Điều chế chéo pha (XPM) 25 2.3.4 Trộn bốn sóng (FWM) 25 Phƣơng ph p nghiên cứu 27 2.4.1 Phƣơng ph p số (Slip-Step-Fourier) 27 Phƣơng ph p mô 29 2.4.2.1 Giới thiệu phần mềm Lumerical MODE Solutions 29 2.4.2.2 Thiết lập tham số mô cho sợi tinh thể quang tử 30 iii CHƢƠNG 3: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH PHÁT SIÊU LIÊN TỤC TRONG SỢI TINH THỂ QUANG TỬ VỚI LÕI ĐƢỢC LẤP ĐẦY BỞI CARBON DISULFIDE TRONG VÙNG HỒNG NGOẠI GẦN 30 3.1 Giới thiệu 30 3.2 Cấu trúc sợi tinh thể quang tử với lõi đƣợc lấp đầy CS2 32 3.3 Vật liệu sử dụng thiết kế sợi tinh thể quang tử 32 3.4 Tối ƣu hóa đặc tính tán sắc sợi tinh thể quang tử với lõi đƣợc ơm đầy CS2 33 3.5 Sự phát siêu liên tục cấu trúc tối ƣu 38 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 40 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ………………………………… 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 iv CÁC CHỮ VIẾT TẮT FWM: Trộn bốn sóng PCF: Sợi tinh thể quang tử SCG: Q trình phát siêu liên tục SPM: Quá trình tự điều chế pha SRS: Tán xạ Raman SSFM: Phƣơng ph p t ch – ghép XPM: Điều chế chéo pha ZDW: Bƣớc sóng tán sắc khơng v DANH MỤC CÁC BẢNG BIỀU Bảng 3.1 Các hệ số Sellmeier silica CS2 [33, 34] 34 Bảng Đƣờng kính lõi CS2 với giá trị khác Ʌ f 35 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Mặt cắt index guiding với lõi làm từ silica [14] Hình 1.2 Sơ đồ chiết suất thủy tinh/khơng khí truyền dẫn PCF (trái) với cấu hình chiết suất (phải) [14] Hình 1.3 Ảnh chụp mặt cắt ngang sợi suspended NL_50B [4] Hình 1.4 Mơ tả khoảng cách dải quang tử mẫu [19] Hình 1.5 Các loại khác sợi tinh thể loại bandgap: (a) Sợi lõi rỗng Bragg [12] (d) Sợi dạng lưới lục giác - PBF5B3 Hình 1.6 Kỹ thuật chế tạo sợi tinh thể quang tử từ phôi Hình 1.7 Tháp kéo sợi để chế tạo PCF Viện Công nghệ Vật liệu Điện tử, Warsaw, Ba Lan 10 Hình 1.8 Chế tạo sợi tinh thể quang tử: (a) tạo mao quản riêng lẻ, (b) hình thành phơi, (c) vẽ phơi trung gian, (d) vẽ sợi cuối 10 Hình 2.1 (a) Phổ khuyếch đại Raman thủy tinh nóng chảy (b) Giản đồ mức lượng trình tán xạ Raman 23 Hình 2.2 Tự biến điệu pha phụ thuộc thời gi n tạo a) dịch pha phi tuyến b) dịch tần số xung Gauss 24 Hình 2.3 Hình mơ tả trộn bốn sóng 27 Hình 2.4 Gi o diện củ phần mềm MODE Solutions 30 Hình 3.1 Sơ đồ mặt cắt ngang cấu trúc PCF với lõi bơm đầy CS2 Dc l đường kính lõi 33 Hình 3.2 Chiết suất tuyến tính silica CS2 sử dụng mơ số 34 Hình 3.3 Các đặc điểm phân tán chế độ PCF cho giá trị hệ số f lấp đầy phạm vi từ 0.20 đến 0.80 số mạng ( ) 1.0 μm (b) 1.5 μm (c) 2.0 μm v (d) 2.5 μm 36 vii Hình 3.4 Sự phân bố cường độ trường chế độ mode sợi tinh thể quang tử với Λ = 1.5 µm v f = 0.30 37 Hình 3.5 Tính toán số đường cong tán sắc cấu trúc sợi tối ưu với lõi lấp đầy CS2 38 Hình 3.6 Tính tốn số đặc tính mode hiệu dụng hệ số phi tuyến sợi tối ưu PCF với lõi bơm đầy CS2 38 Hình 3.7 Cường độ phổ PCF với lượng khác 39 Hình 3.8 Các tính tốn số phổ đầu (a) tiến hóa theo thời gian (b) - (c) xung dọc theo sợi quang sợi tinh thể quang tử với lõi lấp đầy CS2 41 viii MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Quang sợi nh ng lĩnh vực thu hút đƣợc nhiều ý nhà khoa học giới hai thập kỷ qua có nhiều ứng dụng thực tế, đặc biệt hệ thống truyền dẫn thông tin [21] Sợi quang cổ điển thông thƣờng đƣợc chế tạo ba lớp (lõi, vỏ lớp bảo vệ), chiết xuất lớp lõi ln lớn chiết xuất lớp vỏ để đảm bảo ánh sáng lan truyền sợi tuân theo quy tắc phản xạ khúc xạ ánh sáng Mặc dù, sợi quang học cổ điển với nhiều ƣu điểm độ bền, mát thấp lan truyền khoảng cách lớn, nhiên có nh ng hạn chế thiết kế chế tạo Vì mở rộng phát triển sợi quang có cấu trúc cổ điển vấn đề mang tính thời lĩnh vực Sợi tinh thể quang tử với linh động thiết kế chế tạo trở thành thay hồn hảo cho sợi quang cổ điển Khơng giống nhƣ nh ng sợi quang thông thƣờng, lõi vùng vỏ sợi quang tử đƣợc làm loại vật liệu, tính chất truyền dẫn ánh sáng sợi quang tử bắt nguồn từ có mặt nh ng lỗ khí Do đa dạng cách xếp lỗ khí (bằng cách thay đổi khoảng cách hay bán kính chúng) nên sợi quang tử có khả điều khiển mạnh phản xạ ánh sáng gi a lõi tinh thể quang vùng phản xạ (lớp vỏ) Ngoài việc sử dụng vật liệu khác bao gồm silica tinh khiết, chất với hệ số phi tuyến cao, hay lỗ kh đƣợc ơm đầy chất lỏng có độ phi tuyến cao mở bƣớc nhảy vọt thiết kế sợi quang Hiện sợi tinh thể quang tử đƣợc sử dụng nhiều ứng dụng kh c nhƣ c c thiết bị phi tuyến, dụng cụ cảm biến, đặc biệt nguồn phát siêu liên tục đƣợc sử dụng y học, quang phổ học hay thiết bị đo lƣờng [13,18] Phƣơng ph p chung để tạo nguồn phát siêu liên tục sử dụng sợi tinh thể quang tử đƣợc chế tạo từ silica thủy tinh mềm có độ phi tuyến cao Silica thích hợp nghiên cứu vùng ánh sáng nhìn thấy vùng hồng ngoại gần Tuy nhiên độ phi tuyến silica tƣơng đối thấp [21] Trong c c vật liệu thủy tinh mềm có độ phi tuyến cao nhƣ chalcogenide, tellurite thƣờng có độ suốt tốt vùng hồng ngoại gi a thích hợp nghiên cứu vùng Nhờ độ phi tuyến cao, phổ xung đầu thu đƣợc với độ mở rộng ổn định Tuy nhiên, c c sợi tinh thể đƣợc làm từ vật liệu gi thành thƣờng lớn ởi thƣờng yêu cầu hệ thống ơm phức tạp [41-42] Để khắc phục nh ng hạn chế này, đề tài sử dụng phƣơng ph p lấp đầy chất lỏng có độ phi tuyến cao vào lớp lõi sợi tinh thể quang tử Nhờ độ phi tuyến cao độ suốt tốt chất lỏng, cho phép thu đƣợc phổ đầu với độ kết hợp cao, nhiễu mà khơng làm thay đổi thơng số hình học [33, 37] Mặc dù phƣơng ph p đƣợc nhà khoa học giới sử dụng rộng rãi nh ng năm gần [10, 37] Tuy nhiên tối ƣu cấu trúc với c c đặc t nh ăng thông rộng, độ kết hợp cao phổ vùng phổ khác thách thức thật Kết hợp gi a phƣơng ph p l thuyết phƣơng ph p mô phỏng, nghiên cứu trình phát siêu liên tục sợi tinh thể quang tử lõi rỗng đƣợc lấp đầy Carbon disulfide với c c đặc điểm thu đƣợc nhƣ t n sắc cực phẳng, ăng thông rộng độ kết hợp cao phổ cho xung cực ngắn nano giây, pico giây femto giây vùng tán sắc thông thƣờng Nh ng nguồn đƣợc sử dụng rộng rãi quang phổ học [21] hay công nghệ đo lƣờng [18, 40] Mục tiêu nghiên cứu - Thiết kế đề xuất đƣợc cấu trúc sợi tinh thể quang tử lõi rỗng đƣợc lấp đầy chất lỏng Carbon disulfide với c c đặc t nh thu đƣợc nhƣ t n sắc sắc phẳng vùng t n sắc thƣờng Chúng tơi chọn CS2 có chiết suất phi tuyến cao n2 = 3.2 x 10-19 m2/W λ = 1550 nm [6] (cao xấp xỉ 11 lần so với silica n2 = 2.79 x 10-20 m2/W [6]) ên cạnh CS2 suốt vùng ƣớc sóng rộng - 12 µm) [9] 3.2 Cấu trúc sợi tinh thể quang tử với lõi đƣợc lấp đầy CS2 Mặt cắt ngang cấu trúc sợi tinh thể quang tử đƣợc mô tả nhƣ Hình 3.1 Nó ao gồm v ng lỗ kh xếp hình lục gi c Chất đƣợc làm ằng silica tinh khiết Hệ số lấp đầy lớp võ đƣợc x c định ởi cơng thức f = d/Ʌ, d đƣờng k nh lỗ kh Ʌ số mạng (khoảng c ch gi a hai lỗ kh gần nhau) Đƣờng k nh lõi đƣợc x c định ởi mối quan hệ: Dc = Ʌ - 2d Chúng giả sử rằng, lõi đƣợc ơm đầy ởi chất lỏng CS2 Hình 3.1 Sơ đồ mặt cắt ngang cấu trúc PCF với lõi bơm đầy CS2 Dc l đường kính lõi 3.3 Vật liệu sử dụng thiết kế sợi tinh thể quang tử Chúng sử dụng vật liệu silica tinh khiết Trong lõi đƣợc ơm đầy ởi CS2 Chiết suất c c vật liệu sử dụng đƣợc mô tả ằng c ch sử dụng công thức Sellmeier có dạng: B3 2 B12 B2  n ( )       C1 2  C 2  C3 (3.1) đó, Bi Ci(μm2) c c hệ số Sellmeier đƣợc trình ày ảng 3.1 32 Bảng 3.1 Các hệ số Sellmeier silica CS2 [36, 38] Hệ số Sellmeier Giá trị Silica B1 B2 B3 C1 C2 C3 Carbon disulfide (CS2) B1 C1 0.6694226 0.4345839 0.8716947 4.4801 x 10-3 μm2 1.3285 x 10-2 μm2 95 341482 μm2 1.50387 3.049 x 10-2 μm2 Hình 3.2 Mơ tả chiết xuất silica CS2 Trong trƣờng hợp này, chiết suất CS2 lớn chiết xuất silica qu trình lan truyền nh s ng tuân theo định luật phản xạ tồn phần nh s ng Hình 3.2 Chiết suất tuyến tính silica CS2 sử dụng mơ số 3.4 Tối ƣu hóa đặc tính tán sắc sợi tinh thể quang tử với lõi đƣợc bơm đầy CS2 Mục đ ch việc tối ƣu hóa cấu trúc đề xuất đƣợc cấu trúc với c c đặc t nh t n sắc phẳng nằm tồn ộ t n sắc thơng thƣờng Từ nghiên cứu qu trình ph t siêu liên tục ƣớc sóng ớm 1.55 µm Để làm điều này, xem xét cấu trúc cấu trúc với số mạng Ʌ thay đổi từ 1.0 μm đến 2.5 μm với ƣớc 0.5 hệ số lấp f thay đổi từ 0.20 đến 0.80 với ƣớc 0.05 33 Trong tất c c trƣờng hợp, đƣờng k nh lõi CS2 nhỏ 0.53 µm với Ʌ = 1.0 µm f = 0.8 Đƣờng k nh lõi CS2 lớn 2.20 µm Ʌ = 2.5 µm f = 0.2 Đƣờng k nh lõi c c trƣờng hợp đƣợc mô tả nhƣ ảng Bảng 3.2 Đƣờng kính lõi CS2 với giá trị khác Ʌ f d/Ʌ Ʌ (µm) 1.0 1.5 2.0 2.5 0.20 0.88 1.32 1.76 2.20 0.25 0.85 1.28 1.70 2.13 0.30 0.82 1.23 1.64 2.05 0.35 0.79 1.19 1.58 1.98 0.40 0.76 1.14 1.52 1.90 0.45 0.73 1.10 1.46 1.83 0.50 0.70 1.05 1.40 1.75 0.55 0.67 1.01 1.34 1.68 0.60 0.64 0.96 1.28 1.60 0.65 0.61 0.91 1.22 1.53 0.70 0.58 0.87 1.16 1.45 0.75 0.55 0.82 1.10 1.38 0.80 0.52 0.78 1.04 1.30 Thực tế, c c lỗ kh v ng ao quanh lõi ảnh hƣởng mạnh mẽ đến c c đặc t nh phân t n sợi PCF, đặc iệt hình dạng vị tr ƣớc sóng t n sắc ằng khơng (ZDW) Trong đó, vịng lỗ kh lớp ngồi đóng vai tr quan trọng việc thay đổi độ m t, đặc iệt với c c mode cao [32] Trong mô phỏng, sử dụng hệ số lấp đầy không đổi cho tất c c v ng PCF để đơn giản hóa việc chế tạo sợi tƣơng lai Hình 3 mơ tả đặc t nh t n sắc sợi tinh thể quang tử thay đổi Ʌvà f Kết cho thấy rằng, đặc t nh t n sắc sợi đƣợc điều chỉnh 34 ằng c ch thay đổi hệ số lấp đầy f số mạng Ʌ Ngoài tất c c trƣờng hợp, sợi tinh thể tồn t n sắc phẳng vùng nghiên cứu Hình 3.3 Các đặc điểm phân tán chế độ PCF cho giá trị hệ số f lấp đầy phạm vi từ 0.20 đến 0.80 số mạng (a) 1.0 μm (b) 1.5 μm (c) 2.0 μm v (d) 2.5 μm Đối với Ʌ = 1.0 µm, đƣờng cong t n sắc sợi nằm hồn tồn vùng t n sắc thơng thƣờng Trong trƣờng hợp Ʌ = 1.5µm, đƣờng cong t n sắc sợi nằm vùng t n sắc thông thƣờng phần trƣờng hợp tồn hai chế độ t n sắc thông thƣờng t n sắc dị thƣờng Trong c c trƣờng hợp c n lại, sợi tinh thể quang tử có ZDW > 0, đƣờng cong t n sắc tồn vùng t n sắc thƣờng vùng dị thƣờng Đối với trƣờng hợp hệ số lấp đầy f không đổi, độ t n sắc nhƣ ƣớc sóng t n sắc ằng khơng dịch chuyển theo chiều dài ƣớc sóng phẳng tăng số mạng Λ Trong đó, với gi trị Λ, ZDW thƣờng dịch chuyển ph a c c sóng dài giảm hệ số lấp đầy 35 Dựa mục đ ch an đầu việc tối ƣu hóa, chúng tơi chọn cấu trúc PCF với c c thông số cấu trúc: Λ = 1.5 µm f = 0.30 Hình 3.4 mơ tả phân bố cƣờng độ trƣờng mode ản cấu trúc tối ƣu sợi tinh thể quang tử, đƣờng cong t n sắc cấu trúc tối ƣu đƣợc iểu diễn nhƣ Hình 3.5 Hình 3.4 Sự phân bố cường độ trường chế độ mode sợi tinh thể quang tử với Λ = 1.5 µm v f = 0.30 C c tham số cấu trúc đƣợc lựa chọn ởi vì: Sợi có c c đặc tính t n sắc nằm tồn ộ vùng t n sắc thƣờng với độ phẳng tốt Ngoài ra, độ t n sắc ƣớc sóng ơm ằng – ps/nm/km, gần với trục hoành so với tất c c trƣờng hợp với c c số mạng thu đƣợc đặc t nh t n sắc vùng t n sắc thƣờng Hình 3.5 ính tốn số đường cong tán sắc cấu trúc sợi tối ưu với lõi lấp đầ CS2 36 Hình 3.6 mơ tả đặc t nh mode hiệu dụng hệ số phi tuyến cấu trúc tối ƣu mode ản Trong trƣờng hợp này, ởi đƣờng k nh lõi tƣơng đối nhỏ, dẫn đến mode hiệu dụng cấu trúc tối ƣu có gi trị nhỏ vùng nghiên cứu Ngoài ra, mode hiệu dụng chế độ mode ản tăng tuyến t nh theo ƣớc sóng Đối với ƣớc sóng 0.5 μm, mode hiệu dụng ằng 2.60 μm2, ƣớc sóng 2.0 μm, mode hiệu dụng ằng 4.11 μm2 Hình 3.6 Tính tốn số đặc tính mode hiệu dụng hệ số phi tuyến sợi tối ưu PCF với lõi bơm đầy CS2 3.5 Sự phát siêu liên tục cấu trúc tối ƣu Trong mô phỏng, sử c c thông số: độ dài sợi L = 20 cm, xung Gauss với f = 90 fs, hệ số fR= 0.89, τ1 = 1.68 ps, τ2 = 0.14 ps [39], chiết suất phi tuyến CS2 n2= 3.1 × 10-19 m2/ W [39] ƣớc sóng ơm 1.55 μm Ngồi ra, chúng tơi nghiên cứu qu trình ph t siêu liên tục cấu trúc tối ƣu trƣờng hợp qu trình truyền c c phƣơng thức lan truyền ản Hình 3.7(a) mơ tả mở rộng phổ thay đổi lƣợng ơm xung đầu vào chiều dài sợi 20 cm Trong trƣờng hợp lƣợng xung đầu vào nhỏ nJ, việc mở rộng phổ an đầu chủ yếu từ qu trình tự điều chế pha (SPM) Sự đổ hàm sóng (OW ) đầu xuất lƣợng xung đầu vào cao nJ Kết c n cho thấy rằng, độ rộng phổ tăng lên lƣợng xung đầu vào tăng lên 37 Hình 3.7.Cường độ phổ củ PCF với lượng khác nh u Đối với lƣợng xung đầu vào nJ, mở rộng phổ xung đầu thu đƣợc với ăng thông rộng 1040 nm xung quanh ƣớc sóng ơm từ 1252nm đến 2292 nm chiều dài lan truyền khoảng 20 cm ên PCF, đƣợc mơ tả nhƣ Hình 3.7 (b) Hình mô tả phổ đầu tiến triển theo thời gian xung dọc theo khoảng c ch lan truyền với lƣợng xung đầu vào nJ Trong trƣờng hợp này, vị tr ƣớc sóng ơm nằm vùng t n sắc thƣờng, mở rộng phổ an đầu chủ yếu qu trình tự điều iến pha, đƣợc đặc trƣng ởi phổ thời gian có dạng hình ch S đƣợc mơ tả nhƣ Hình 8( ) Tiếp theo, quan s t thấy mở rộng thêm phổ vùng ƣớc sóng ngắn qu trình đổ hàm sóng (OW ), mơ tả nhƣ hình 8(a) OW xuất iên ph a ƣớc sóng ngắn khoảng c ch lan truyền cm tạo ƣớc sóng xung quanh 20 μm Sau khoảng c ch lan truyền cm, phổ đƣợc mở rộng nhƣng không đối xứng với mở rộng lớn ph a ƣớc sóng dài khoảng c ch lan truyền tăng lên Ở miền c n lại (vùng với ƣớc sóng dài) OW xuất sau chiều dài lan truyền 14 cm tạo ƣớc sóng xung quanh μm Đối với khoảng c ch lan truyền xa hơn, lƣợng xung đƣợc phân phối lại từ khu vực trung tâm đến c c vùng ph a Điều dẫn đến việc c c mép phổ phẳng không mở rộng n a chiều dài lan truyền tiếp tục tăng 38 Hình 3.8 Các tính tốn số phổ đầu (a) tiến hóa theo thời gian (b) - (c) xung dọc theo sợi quang sợi tinh thể quang tử với lõi lấp đầy CS2 Một kết kh c quan s t đƣợc, là, ởi c c thành phần tần số kh c thƣờng có vận tốc lan truyền kh c dẫn đến thời gian trễ gi a c c tần số kh c Điều đƣợc thể rỏ khoảng c ch lan truyền lớn, đƣợc mơ tả nhƣ hình hình 3.8(c) 39 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trong luận văn này, chúng tơi trình ày mơ số đặc t nh quang học sợi tinh thể quang tử đƣợc làm từ thủy tinh nguyên chất với lõi đƣợc lấp đầy ởi chất lỏng có độ phi tuyến cao CS2 Để thu đƣợc cấu trúc tối ƣu với c c đặc t nh mong muốn t n sắc phẳng nằm tồn ộ vùng t n sắc thƣờng chúng tơi khảo s t lƣợng lớn c c trƣờng hợp thay đổi số mạng hệ số lấp đầy Cấu trúc tối ƣu với c c tham số: số mạng Λ = 1.5 μm, hệ số lấp đầy f = 0.3 Với cấu trúc này, độ t n sắc ƣớc sóng ơm 55 μmcó gi trị ằng -8,1 ps/nm/km, diện t ch mode hiệu dụng đạt 6μm2 hệ số phi tuyến có gi trị 3000 1/w/km Kết rằng: Với xung đầu vào có ƣớc sóng ơm 55 μm, f = 90 fs lƣợng xung ơm E = nJ, cấu trúc tối ƣu đạt đƣợc với xung đầu ổn định với ăng thơng rộng 1040 nm vùng ƣớc sóng từ 1252 nm đến 2292 nm Ngồi độ rộng ăng thơng lớn tăng lƣợng ơm ởi độ phi tuyến CS2 lớn silica để thu đƣợc độ rộng ăng thông tƣơng tự cần ơm công xuất đầu vào thấp trƣờng hợp silica [25] Điều vô quan trọng, ởi thực tế để tạo c c nguồn Laser với công suất cao th ch thức với nhà nghiên cứu Với c c tham số cấu trúc này, sợi tinh thể quang tử với lõi đƣợc ơm đầy ởi CS2 ứng viên s ng gi cho việc lựa chọn thay c c sợi đƣợc làm từ silica Với việc tạo đƣợc vùng ăng thông rộng với cƣờng độ ơm thấp, sợi tinh thể quang tử với lõi đƣợc ơm đầy ởi CS2 tƣơng lai giải pháp tạo nguồn phát siêu liên tục với chi phí thấp đƣợc ứng dụng rộng rãi thực tiễn 40 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ Bien Chu Van, Dinh Quang Ho, Le Thi Ha, Van Cao Long, Vuvan Hung, Hieu Le Van,“Simulation Study On Supercontinuum Generation At Normal Dispersion Regime Of A Carbon Disulfide-Core Photonic Crystal Fiber”,Communications in Physics, Vol 31, No.2 (2021), pp 169-178, 08683166.DOI: https://doi.org/10.15625/0868-3166/15564 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT [1] Hồ Quang Quý (2006), Cơ sở quang tử học, NX ĐHQGHN [2] Hồ Quang Quý (2007), Quang phi tuyến ứng dụng, NX ĐHQGHN TIẾNG ANH [3] A S Webb, F Poletti, D J Richardson, J K Sahu (2007), “Suspended-core holey fiber for evanescent-field sensing”, Optical Engineering, 46, pp 1-3 [4] C V Lanh, V T Hoang, V C Long, K Borzycki, K D Xuan, V T Quoc, M Trippen ach, R uczyński, and J Pniewski, Laser Physics, 29 (7) (2019) 075107 [5] D Churin, T N Nguyen, K Kieu, R A Norwood, and N Peyghambarian, Opt Mater Express, (9) (2013) 1358-1364 [6] E K Plyler, and C J Humphreys, J Res Nat Bur Standards, 39 (1947) 59-65 [7] G P Agrawal (1984), Fast-Fourier-transform based beam- propagation model for stripe- geometry semiconductor Lasers: Inclusion of axial effects, J Appl Phys 56, 3100 [8] G P Agrawal, (2007), Nonlinear Fiber Optics Academic, San Diego, Calif [9] G Stepniewski, R Kasztelanic, D Pysz, R Stepien, M Klimczak, R Buczynski, Optical Materials Express (8) (2016) 2689-2703 [10] G Vienne, Y Xu, C Jakobsen, H J Deyerl, J B Jensen, T Sorensen, T P Hansen, Y Huang, M Terrel, R K Lee, NA Mortensen , J Broeng, H Simonsen, A Bjarklev, and A Yariv (2004), Ultra-large bandwidth hollow-core guiding in all-silica Bragg fibers with nanosupports, Opt Express 12, pp 3500-3508 [11] H Liu, Y Yu, W Song, Q Jiang, and F Pang, Opto-Electronic Advances, (2) (2019) 1800201-1800209 42 [12] H L Van, R Buczynski, V C Long, M Trippenbach,K Borzycki, A N Manh, R Kasztelanic (2018), “Measurement of temperature and concentration influenceon the dispersion of fused silica glass photonic crystal fiber infiltratedwith water-ethanolmixture”, Optics Communications, 407417422 [13] H Tu and S Boppart (2013), Coherent fiber supercontinuum for biophotonic Laser Photonics Rev, 7(5), 628–645 [14] H V Le, V C Long, H T Nguyen, A M Nguyen, R Kasztelanic, and R uczyński, Laser Physics, 28 (11) (2018) 115106 [15] J A Armstrong N Bloembergen, J Ducuing, and P S Pershan, (1962), “Interactions etween light waves in a nonlinear dielectric”, Phys Rev, 127, pp 1918-1939 [16] J Broeng, T Sondergaard, S E Barkou, P M Barbeito, and A jarklev (1999), “Waveguiding by the photonic bandgap effect in optical fi ers”, J Opt A 1, pp 477 - 482 [17] J C Knight, J Broeng, T A Birks, and P St J Russell (1998), Photonic band gap guidance in optical fibers, Science 282, 1476-1478 [18] J M Dudley, G Genty and S Coen (2006), “Supercontinuum generation in photonics crystal fi er”, Rev Mod Phys 781135–84 [19] J Park, S Lee, S E Kim, and O Kyunghwan (2012), “Dispersion control in square lattice photonic crystal fiber using hollow ring defects”, OPTICS EXPRESS Vol 20, No 5281 [20] K J low and D Wood (1989), “Theoretical description of transient stimulated Raman scattering in optical fi ers”, IEEE J Quantum Electron 25 [21] K Masanori and S Kunimasa (2004), “Applicability of classical optical fiber theories to holey fibers”, Optics Letters, Vol 29, Issue 15, pp 1739-1741 43 [22] L C Van, A Anuszkiewicz, A Ramaniuk, R Kasztelanic, K D Xuan, V C Long, M Trippen ach, and R uczyński, Journal of Optics, 19 (12) (2017) 125604 [23] L C Van, V T Hoang, V C Long, K Borzycki, K D Xuan, V T Quoc, M Trippenbach, R uczyński, and J Pniewski, Laser Physics, 30 (3) (2020) 035105 [24] Le Van Hieu (2018), Dispersion Managenement and Supercontinuum Generation in Photonic Crystal Fibers infiltrated with liquids, Doctoral thesis, University of Zielona Góra [25] L E Hooper, P J Mosley, A C Muir, W J Wadsworth, and J C Knight, Opt Express, 19 (6) (2011) 4902-4907 [26] M D Feit and J A Fleck (1978), “Light propagation in graded-index optical fi ers”, Appl Opt, 17, 3990 [27] M Lax, G P Agrawal, M Belic, B J Coffey, and W H Louisell (1985), “Electromagnetic-field distribution in loaded unstable resonators”, J Opt Soc Am A 2, 732.[19] J C Knight, Nature, 424 (2003) 847-851 [28] M Lax, J H atteh, and G P Agrawal (1981), “Channeling of intense electromagnetic eams”, J Appl Phys, 52, 109 [29] M Koshi a and K Saitoh (2003), “Structural dependence of effective area and mode field diameter for holey fi ers”, Optics Express, 11, 1746 [30] N A Mortensen, J R Folkenberg, M D Nielsen, and K P Hansen (2003), “Modal cutoff and the V parameter in photonic crystal fi ers”, Optics Letters, 28, 1879 [31] N Munera and R A Herrera, Optics Communications, 368 (2016) 185189 [32] P S Maji, and P R Chaudhuri, Optik, 125 (2014) 5986–5992 44 [33] Q H Dinh, J Pniewski, H L Van, A Ramaniuk, V C Long, K Borzycki, K D Xuan, M Klimczak, and R Buczynski (2018), “Optimization of optical properties of photonic crystal fibers infiltrated with carbon tetrachloride for supercontinuum generation with subnanojoule femtosecond pulses”, Applied Optics, Vol 57, No 15, 1559-128X [34] R A Aoni, R Ahmed, M.M Alam, S.A Razzak, Int J Sci Eng Res., (1) (2011), pp 1-4 [35] R uczynski (2004), “Photonic Crystal Fi ers”, Acta Physica Polonica A, 106, pp 141-167 [36] R Zhang, J Teipel, and H Giessen, Opt Express, 14 (15) (2006) 68006812 [37] S Dai, Y Wang, X Peng, P Zhang, X Wang, and Y Xu (2018), “A review of mid-infrared supercontinuum generation in chalcogenideglass fi ers”, Appl Sci, 8(5), 707 [38] S Kedenburg, M Vieweg, T Gissibl, H Giessen, Optical Materials Express, (11) (2012) 1588-1611 [39] T Kato, Y Suetsugu, M Takagi, E Sasaoka, and M Nishimura, Opt Lett, 20 (9) (1995) 988-990 [40] T Udem, R Holzwarth and T W Hänsch (2002), “Optical frequency metrology”, Nature, 416 233–7 [41] Yang L Yet al (2018), “Spectrally flat supercontinuum generation in a holmium-doped Z LAN fi er with record power ratio eyond μm”, Photonics Res, 6, 417–421 [42] Z X Jia, C F Yao, S J Jia, F Wang, S B Wang, Z P Zhao, M S Liao, G S Qin, L L Hu, Y Ohishi, and W P Qin (2018), “Supercontinuum generation covering the entire 4–5 µm transmission window in a tapered ultrahigh numerical aperture all-solid fluorotellurite fiber Laser Phys”, Lett, 15(2), 025102 45 TÀI LIỆU WEB [43] https://www.google.com/sợi tinh thể quang tử 46