BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠO BỘ QUỐC PHÒNGVIỆNKHOA HỌCVÀ CÔNGNGHỆQUÂNSỰ HOÀNGVĂNNAM PHÂNBỐLỰC TRONGKHÔNGGIANCỦAKÌM QUANGHỌC KERRSỬDỤNGCHÙMTIALASERGAUSS Chuyên ngành Quang họcMã số 6 2 4 4 0 1 0 9 TÓMTẮTLUẬN ÁNTI[.]
BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠO BỘ QUỐC PHỊNGVIỆNKHOA HỌCVÀ CƠNGNGHỆQNSỰ HỒNGVĂNNAM PHÂNBỐLỰC TRONGKHƠNGGIANCỦAKÌM QUANGHỌC KERRSỬDỤNGCHÙMTIALASERGAUSS Chuyên ngành: Quang họcMãsố:6 4 TĨMTẮTLUẬN ÁNTIẾNSĨVẬTLÝ HàNội, 2016 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI VIỆN KHOA HỌCVÀCƠNGNGHỆ QNSỰ- BỘQUỐCPHỊNG Ngườihướngdẫnkhoahọc: PGS.TSHồQuangQúy TSCaoThànhLê Phản biện 1: GS.TS Trần Công PhongPhảnbiện2:PGS.TSĐỗQuốc HùngPhảnbiện3:TS PhạmVũThịnh Luận án bảo vệ Hội đồng đánh giá luận án cấp Viện,họptạiViệnKhoahọcvàCơngnghệqnsựvàohồi…giờ…ngày…tháng năm2016 Cóthểtìmhiểuluậnántại: Thư viện Viện Khoa học Công nghệ quân sựThưviệnquốc giaViệtNam MỞĐẦU Đếnn a y , đ ã c ó n h i ề u c ô n g t r ì n h n g h i ê n c ứ u v ề l ự c q u a n g h ọ c , bẫyquanghọcvàkìmquanghọccảtronglýthuyếtvàthựcnghiệm,kếtquả đưa vào ứng dụng nhiều lĩnh vực khoa học, đời sống[15],[ ] , [ ] , [29],[30],[32],[35],[44],[45],[62].Đểbẫyvicầu, nhà khoa học dùng chùm tia laser có phân bố dạng hàmGaussian chovicầu có chiếtsuấtlớn hơnchiếtsuấtmôitrườngchấtlưu [21] chùm dạng hàm Hollow - Gaussian cho vi cầu có chiết suất nhỏhơnchiếtsuấtmơitrường chất lưu[20],[25],[38],[48],[43] Vềlýthuyết,đãquantâmđếnquanglựctácđộnglênvicầukhicó khác kích thước, hình dạng, thơng qua chế độ Mie,Rayleigh Tuy nhiên, chùm laser hội tụ, cường độ tâm kìm vàlân cận lớn, dẫn đến xuất hiệu ứng Kerr Khi đó, vi cầu vàmơitrườngchấtlưucóhệsốchiếtsuấtphituyếnbậcbacao,đặcbiệ tvớichấtlưulàcácchấthữucơhaycácvicầulànhữngphântửsốngmàtachưahiểurõbảnchấtthìcầnphảixemxét nghiêncứuthêmvềhiệuứngKerrtrong qtrìnhbẫy Trong thực nghiệm, số trường hợp vi cầu khơng ổn định trongqtrìnhbẫyvàkhóđiềukhiển.CóthểdoxuấthiệnhiệuứngKerr(nhưđãnóiởtrên)khitabẫyvicầu(nhạyvới hiệu ứng Kerr) vi cầutrongmôit r n g c h ấ t l u ( n h y v i h i ệ u ứ n g K e r r ) V ì k h i đ ó , c h i ế t suất vi cầu chất lưu thay đổi, kéo theo thay đổi điều kiện bẫy, màcịngâynênhiệntượngtựhộitụcủachùmtiaGaussian,làmchùmti abịbiếndạngmộtlầnnữa.Cácthayđổiđóảnhhưởngđếnđộlớnvàsựphân bố quang lực không gian chất lưu, tức ảnh hưởng đến vùngbẫyvàvùng ổnđịnh bẫy Nhằm mục đích quan tâm vấn đề bỏ ngỏ, để bổsung cho lý thuyết thực nghiệm với có mặt hiệu ứng Kerrtrong q trình bẫy, giải thích số trường hợp không bẫy được,nhưng thay đổi cường độ chùm bẫy được, chúng tơi đềxuất đề tài luận án là:“Phân bố lực không gian kìm quanghọcKerrsửdụngchùmtia Gauss” * Mụcđích nghiêncứu: Nhằm tác động hiệu ứng Kerr trình bẫy vicầuphituyến(hoặcvicầunhúngtrongmơitrườngphituyến)vàđịnhhướng cho thực nghiệm, khảo sát phân bố chiều quang lực tácđộng lên vi cầu có chiết suất phi tuyến (hoặc tuyến tính) nhúng trongmơitrường tuyếntính (hoặcmơitrườngphituyến-mơitrường Kerr) * Phương phápnghiên cứu: Trên sở cấu hình kìm quang học Kerr, lý thuyết kìm quanghọc quang phi tuyến, dẫn biểu thức tường minh cho quang lựcdọc quang lực ngang Sử dụng phần mềm Maple, mô phân bốcủa cường độ chùm laser Gaussian, quang lực dọc, ngang khônggian hai chiều ba chiều Từ kết mô phỏng, phân tích vàbình luận điều kiện hoạt động kìm quang học ổn định củavi cầu * Nộidung nghiêncứu: Mô phân bố (hai chiều) quang lực tác động lên vi cầutuyến tính (hoặc phi tuyến) mặt phẳng mẫu phi tuyến (hoặc tuyếntính); Khảo sát ảnh hưởng tham số như: hệ số chiết suấtphi tuyến, cường độ đỉnh, bán kính mặt thắt chùm tia Gaussian đầu vào,kíchthước vicầulênquanglực ngangvà phân bốcủanótrênm ặ t phẳngmẫu Mô phân bố (ba chiều) quang lực tác động lên vi cầutuyến tính khối mơi trường phi tuyến Khảo sát ảnh hưởng cáctham số như: Hệ số chiết suất phi tuyến, cường độ đỉnh, bán kínhmặt thắt chùm tia Gaussian đầu vào, kích thước vi cầu lên quang lực(dọc ngang) phân bố khối chất lưu mơi trường phituyến * Ýnghĩa vềlýluận,thựctiễn củaluậnán: Các nghiên cứu trước chưa quan tâm tới hiệu ứng Kerr quátrìnhb ẫy Nộidung l u ậ n n bổ s u n g cholý t hu yế t t hự c nghiệ mvềbẫyq u a n g h ọ c v i s ự c ó m ặ t c ủ a h i ệ u ứ n g K e r r t r o n g q u t r ì n h b ẫ y , định hướng lựa chọn tham số thực nghiệm giải thích sốtrường hợp khơng bẫyđược Nộidung luậnánđượctrìnhbàytheo cấutrúcsau: Chương1 Kìmquanghọc:Cơngcụbẫy vàđiềukhiểnvihạt: Tổngq u a n v h ệ t h ố n g m ộ t s ố k ế t q u ả đ ã n g h i ê n c ứ u v ề k ì m quanghọc,rútranhững điểmcần quan tâmcho chươngsau Chương2.Phânbốlựctrongkìmquanghọctuyếntính: Trên sở mẫu kìm sử dụng chùm tia mơi trường tuyếntính( k h n g n h y v i h i ệ u ứ n g K e r r ) , m ô p h ỏ n g p h â n b ố q u a n g l ự c trongkhônggian 3chiều,khảosátảnhhưởngcủa mộtsốt h a m s ố quanghọc,đặc biệtlàtỉ sốchiếtsuấtlên quanglực Chương3.PhânbốlựctrongkìmquanghọcKerrhaichiều: Đềxuấtkìmquanghọcdùngmộtchùmtiadạngsóngphẳngbẫyvi cầu tuyến tính (phi tuyến) mặt phẳng chất lưu phi tuyến (tuyếntính), dẫn biểu thức tường minh quang lực tác động lên vi cầu có sựtham gia hiệu ứng chiết suất thay đổi theo cường độ laser, khảo sátảnhhưởngcácthamsốlên hoạtđộng kìmvàổnđịnhvi cầu Chương4.PhânbốlựctrongkìmquanghọcKerrbachiều: Đề xuất kìm quang học dùng chùm tia Gaussian bẫy vi cầutuyếntínhnhúng trongkhốichất lưu(chứa vicầu) cót í n h c h ấ t p h i tuyến (cho khối chất lưu mỏng có độ dày đáng kể) Trên sở cấuhình kìm dẫn biểu thức quang lực tác động lên vi cầu có sựtham gia đồng thời hiệu ứng chiết suất thay đổi theo cường độ laservà hiệu ứng tự hội tụ Khảo sát bình luận ảnh hưởng tham số lênhoạtđộngcủa kìmvàtính ổnđịnhcủavi cầu Kếtl u ậ n : N ê u t ó m tắ t c c nội d u n g đ ã th ự c h i ệ n v m ộ t s ố k ế t quảchính, mớicủa luận án Chương1 KÌM QUANGHỌC:CÔNGCỤBẪYVÀĐIỀU KHIỂNVICẦU 1.1 Quanglực Quang lực áp lực tác động xạ vùng quang học lênvật[10],[11],dùngđểmôtảáplựccủachùmlasertácđộnglênvicầuđiện môi Khi chùm laser hội tụ lên vi cầu điện mơi có nhiềudạngq u a n g l ự c k h c n h a u t c đ ộ n g l ê n n ó n h : Q u a n g l ự c t n x , quanglựcgradient,quang lựctrong chế độMie,Rayleigh 1.2 Nguyênlýhoạtđộng a Phânbố quanglựcgradientnganggâyrabởichùm laser TEM00 Một chùmlasersóngphẳngvớic n g độ I()I 0exp 2 0 (1.16) sẽtácđộnglên vicầumộtlựcngang 2I Fgrd, (r) ˆ 0exp 20 2 20 (1.17) đó,làhệsốphâncực b Phânb ố q u a n g l ự c d ọ c g â y r a b i c h ù m l a s e r T E M 00d n g s ó n g Gaussianlênvicầuđiện mơi Mộtchùmlasercócường độ khơnggian bachiều [18]: I(,z)I W 0 exp 2 W(z) W (z) (1.18) Sẽtácđộng lên vicầu nằmtrongtrục chùmtiamột lực dọc 2I0 ˆ Fgrd,z( z)z z (1.20) 2 z 1 z 0 (a) Hình 1.5Mơ tả chùmlaserGaussian Hình 1.7Phân bố quang lực dọc: a) Trên trụcchùmtia;b)Cáchtrục mộtkhoảng=2W0 (b) * Khi m>1, phân bố có dạng đối ngẫu qua tâm (tại điểm z=0), vicầu ln bị kéo vào tâm (hình 1.7a) Khi vi cầu nằm điểm cáchtrục chùm tia khoảngcũng bị kéo vào điểm (,0) với mộtquanglựcnhỏ hơn(hình1.7b) * Khi m