SỰ PHÁT SÓNG HÀI BẬC 2 Second Harmonic Generation (SHG)
Second Harmonic Generation (SHG) GVHD: Lê Thị Quỳnh Anh NỘI DUNG 1. Giới thiệu về sóng hài bậc hai • Sóng hài bậc 2 • Nguyên tắc • Lịch sử 2. Ứng dụng • Laser màu • Kính hiển vi SHG • Hiệu ứng bề mặt Sóng hài bậc 2 (SHG) SHG (hay còn gọi là sự nhân đôi tần số) là quá trình phi tuyến, trong đó những photon tương tác với vật liệu phi tuyến, kết quả là tạo ra những photon mới có năng lượng gấp đôi (do đó tần số gấp đôi và bước sóng giảm một nửa so với photon ban đầu). Đây là một trường hợp của sự phát tần số tổng. SHG SHG R L ω 2ω Sóng hài bậc 2 (SHG) P = ε 0 χ (1) E + ε 0 χ (2) EE + ε 0 χ (3) EEE + … P: Độ phân cực của môi trường ε 0 : hằng số điện môi trong chân không E: cường độ điện trường χ ( i) : hằng số D = ε 0 E + P = ε E Trong quang phi tuyến: n 2 = 1 + χ ( 1) Sóng hài bậc 2 (SHG) Sử dụng bước sóng λ = λ 0 thì ánh sáng ra sẽ có bước sóng λ = λ 0 /2 Tần số nhân đôi ω = 2ω 0 )]exp(Re[ 00 tiEEE light ⋅⋅== ω Cường độ điện trường tổng hợp: )]2exp(Re[~ 0 2 0 )2(2)2( tiEEP NL ⋅⋅⋅= ωχχ NL P tt E E 2 2 0 2 2 00 2 ∂ ∂ + ∂ ∂ =∇ µεµ )exp(),( 111101 tzikyxUEE ⋅−⋅⋅⋅= ω )exp(),( 222202 tzikyxUEE ⋅−⋅⋅⋅= ω 12 2 ωω = ])2(exp[ 21 * 12 1 0 11 zkkiEDEiE dz d −−⋅⋅−= ε µ ω ])2(exp[ 2 1 21 2 1 1 0 22 zkkiDEiE dz d −+⋅⋅−= ε µ ω Rigorous solution: ∑ = ijk kjiijk UUUDD 112 Energy is conserved • Chỉ khi 2k 1 = k 2 thì có hiệu ứng SHG 2k 1 = k 2 2k 1 ≠ k 2 ~ 100% hiệu ứng SHG có thể xảy ra nếu có sự đồng bộ về pha Điều kiện hợp pha ** Năm 1961, với sự ra đời của tia laser, P.A.Frankin, A.E. Hill, C.W.Peters và G. Weinreich (đại học Michigan, Ann Arbor) phát hiện ra hiện tượng phát sóng hài bậc 2. Lịch sử phát triển Quartz Fundamental Laser Light 694nm Second Harmonic Generation (SHG) 347nm Water ** Leslie Loew và Paul Pampagnola (trường đại học Connecticut) đã ứng dụng SHG để thu ảnh của phân tử. ** Joshua Salafsky đi tiên phong việc sử dụng kỹ thuật trong việc nghiên cứu phân tử sinh học bằng việc đánh dấu chúng với thẻ hoạt động SH P. A. Frankin ỨNG DỤNG Khoa học vật liệu Sinh học Tìm kiếm tinh thể photonic có nguồn gốc từ vật liệu sinh học Ảnh của các mô Hiệu ứng bề mặt Với Laser Cr:Foxterite1230 SHG ở 615-nm Trường áp điện tăng Không cộng hưởng. Tính chất của vật liệu GaN Khoa học vật liệu [...]... tụ Kính hiển vi sóng hài KÍNH HIỂN VI Huỳnh quang nhiều photon Sự phát sóng hài Đều là quá trình phi tuyến Xuyên sâu cao với bước sóng IR •Là kính hiển vi không kết hợp •Làm phai màu ảnh •Làm hỏng ảnh •Biến màu •Phụ thuộc mạnh vào bước sóng •Là kính hiển vi kết hợp •Không mất mát năng lượng/Không hấp thu/ làm phai màu ảnh •không làm hỏng ảnh •Nội sinh (Không biến màu) Sự chọn bước sóng kém KÍNH HIỂN... quả thực nghiệm và lý thuyết gần đây đã chứng minh độ xếp chặt của phân tử được thiết lập do sự sắp xếp cô đặc của các ion tại bề mặt Sự liên kết của ion ở bề mặt là quá trình kết hợp phức tạp của các phân tử (complex molecules) Hiện tượng phát sóng hài bậc 2 cộng hưởng tử ngoại (resonant UV second harmonic generation) là do các ion thiocyanate (SCN- ) dao động mạnh (strongly chaotropic) hấp phụ ở lớp... có sự thay đổi trong cấu trúc bề mặt Phép phân tích với nồng độ cao có liên quan đến ngành sinh lý học Tài liệu tham khảo: 1 Giáo trình Quang phi tuyến _Trần Tuấn_NXB ĐHQG Tp HCM 2 Hiệu ứng quang học phi tuyến_ Trần Tuấn_Lê Văn Hiếu_ NXB ĐHQG Tp HCM 3 www.pnas.org/cdi/doi/10.1073/pnas.0904800106 4 Adsorption of thiocyanate ions to the dodecanol/water interface characterized by UV second harmonic generation. .. không có tác động qua lại 1 .2 Hấp phụ và kiểu hấp phụ Langmuir Löïc haáp phuï - Adsorptive Forces 1.3 Cấu trúc Dodecanol/nước Dodelcanol là một hydro cacbon no có nhóm chức của rượu (OH-) Cấu trúc nội tại của Dodecanol/nước là một chuỗi dài liên kết của dodecanol và nước ở lớp phân cách của 2 chất Diện tích bề mặt của phân tử dodecanol -1 trên bề mặt nước là 20 Angron 2 Dùng phổ tia X người ta khẳng... (alipphatic chain) Vì vậy mà người ta sử dụng phổ dao động tần số tổng (VSFS - vibrational sum frequency spectroscopy) để xác định rõ chỗ hỏng (khuyết tật) của các chất béo nhờ vào sự chuyển đổi pha 2D theo nhiệt độ (Tm(2D)) Sự hấp thụ bề mặt của thiocyanate tại bề mặt thiocyanate/nước không làm gián đoạn mật độ của thiocyanate và tính định hướng của lớp đơn dodecanol Phổ hấp thụ UV của NaSCN UV absorption... Langmuir fits Kết luận: Sự hấp thụ ion âm ở bề mặt của lớp đơn của chuỗi rượu và nước, sử dụng cộng hưởng SHG do sự hỗn độn (hỗn loạn) mạnh của ion thiocyanate Phép phân tích Langmuir chỉ ra rằng sự biểu hiện của ion thiocyanate phụ thuộc vào nồng độ thể tích Các ion dương đồng nhất có hiệu ứng ái lực nhỏ lên các ion thiocyanate ở bề mặt Kết quả đã tìm ra bề mặt nước/chất béo, ví dụ từ sự hấp thụ của ion... có nguồn gốc sinh học Phát triển ngành sinh vật học (SHG rất nhạy với cấu trúc phân tử) Nghiên cứu màng mỏng Động lực học Hiển thị cường độ điện trường Đầu dò hiệu ứng nhiệt Ảnh sâu bên trong của mô Sự hấp thụ của ion thiocyanate ở lớp phân cách dodecanol/nước bằng UV SHG 1 Cơ sở lý thuyết: 1.1 Giới thiệu chung 1 .2 Hấp phụ và kiểu hấp phụ Langmuir 1.3 Cấu trúc Dodecanol/nước 2 Kết quả và thảo luận... (SHG microscopy) Vỏ hành Độ suy giảm thấp nhất ở bước sóng khoảng 120 0 đến 1300 nm Xuyên sâu trong mẫu sinh vật Có tác dụng trong vùng ánh sáng khả kiến Giảm huỳnh quang Không làm hỏng ảnh Thích hợp với chất xơ, sợi Không nhạy với đầu thu silic Bì lợn KÍNH HIỂN VI SHG (SHG microscopy) Ứng dụng trong sinh học Tinh thể photonic từ vật liệu sinh học Sự phân bào bì phôi cá ngựa SHG: Tinh thể hóa dãy vi... dao động tần số tổng (vibrational sum frequency spectroscopy (VSFS)) 1 .2 Hấp phụ và kiểu hấp phụ Langmuir Hấp phụ là quá trình tụ tập (chất chứa, thu hút…) các phân tử khí, hơi hoặc các phân tử, ion của chất tan lên bề mặt phân chia pha Bề mặt phân chia pha có thể là lỏng – rắn, khí – lỏng, khí – rắn Chất mà trên bề mặt của nó có sự hấp phụ xảy ra gọi là chất hấp phụ, còn chất mà được tụ tập trên bề... hình thành trên bề mặt phân chia pha (bề mặt pha hấp phụ) Lực hấp phụ hóa học khi đó là lực liên kết hóa học thông thường (liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí…) sự hấp phụ hóa học luôn luôn bất thuận nghịch 1 .2 Hấp phụ và kiểu hấp phụ Langmuir Hấp phụ đẳng nhiệt của Langmuir: Trong quá trình hấp phụ những phân tử khí bị hấp phụ sẽ ở lại trên bề mặt hạt xúc tác trong một thời gian nhất . hợp: )]2exp(Re[~ 0 2 0 )2( 2 )2( tiEEP NL ⋅⋅⋅= ωχχ NL P tt E E 2 2 0 2 2 00 2 ∂ ∂ + ∂ ∂ =∇ µεµ )exp(),( 111101 tzikyxUEE ⋅−⋅⋅⋅= ω )exp(),( 22 220 2 tzikyxUEE ⋅−⋅⋅⋅= ω 12 2 ωω = ] )2( exp[ 21 * 12 1 0 11 zkkiEDEiE dz d −−⋅⋅−= ε µ ω ] )2( exp[ 2 1 21 2 1 1 0 22 zkkiDEiE dz d −+⋅⋅−= ε µ ω Rigorous. ⋅−⋅⋅⋅= ω 12 2 ωω = ] )2( exp[ 21 * 12 1 0 11 zkkiEDEiE dz d −−⋅⋅−= ε µ ω ] )2( exp[ 2 1 21 2 1 1 0 22 zkkiDEiE dz d −+⋅⋅−= ε µ ω Rigorous solution: ∑ = ijk kjiijk UUUDD 1 12 Energy is conserved • Chỉ khi 2k 1 = k 2 thì có hiệu ứng SHG 2k 1 = k 2 2k 1 ≠ k 2 ~. Second Harmonic Generation (SHG) GVHD: Lê Thị Quỳnh Anh NỘI DUNG 1. Giới thiệu về sóng hài bậc hai • Sóng hài bậc 2 • Nguyên tắc • Lịch sử 2. Ứng dụng • Laser màu • Kính