Mục tiêu nghiên cứu: Chế tạo và khảo sát các tính chất quang của môi trường hoạt chất pha tạp nano vàng trên nền polymer PMMA để sử dụng hiệu quả tạo ra laser màu phản hồi phân bố có xung ngắn picô-giây. Mời các bạn tham khảo!
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - NGUYỄN THỊ MỸ AN NGHIÊN CỨU MÔI TRƯỜNG HOẠT CHẤT LASER MÀU HỮU CƠ PHA TẠP HẠT NANO VÀNG DÙNG CHO LASER PHẢN HỒI PHÂN BỐ PHÁT XUNG NGẮN LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ HÀ NỘI - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - NGUYỄN THỊ MỸ AN NGHIÊN CỨU MÔI TRƯỜNG HOẠT CHẤT LASER MÀU HỮU CƠ PHA TẠP HẠT NANO VÀNG DÙNG CHO LASER PHẢN HỒI PHÂN BỐ PHÁT XUNG NGẮN Chuyên ngành: Quang học Mã số: 9440110 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1: PGS.TS Đỗ Quang Hòa 2: TS Nghiêm Thị Hà Liên HÀ NỘI - 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, kết nghiên cứu luận án tiến sỹ: “Nghiên cứu phát xung laser ngắn sử dụng môi trường hoạt chất laser màu hữu pha tạp nano kim loại” hướng dẫn PGS.TS Đỗ Quang Hòa TS Nghiêm Thị Hà Liên riêng tơi Đó kết mới, trung thực, không trùng lặp với luận án hay cơng trình cơng bố Tất tham khảo kế thừa trích dẫn tham chiếu đầy đủ Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Mỹ An i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin bày tỏ lòng kính trọng, biết ơn tình cảm sâu sắc tới thầy hướng dẫn PGS.TS Đỗ Quang Hòa TS Nghiêm Thị Hà Liên, người dành tình yêu thương người cha, người chị để định hướng, dạy bảo tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình thực luận án Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Trần Hồng Nhung em phòng NanoBioPhotonics, Viện Vật lý ln động viên, khích lệ tơi q trình nghiên cứu phòng Tơi xin chân thành cảm ơn GS.TS Nguyễn Đại Hưng thầy/cô, anh/chị/em Viện Vật lý khuyến khích tơi q trình làm nghiên cứu Viện Tôi xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Học viện Khoa học Công nghệ, Bộ phận Đào tạo sau đại học tạo điều kiện thuận lợi cho làm luận án Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Quỹ Phát triển khoa học công nghệ Quốc gia, đồng nghiệp chia sẻ, giúp đỡ công việc học Cuối cùng, tơi xin bày tỏ tình cảm sâu sắc tới người thân yêu gia đình ln quan tâm, ủng hộ tơi suốt thời gian qua Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2018 Nguyễn Thị Mỹ An ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ .x MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LASER MÀU, CHẤT MÀU LASER, HẠT NANO VÀNG 1.1 Laser màu .7 1.1.1 Môi trường hoạt chất cho laser màu 1.1.1.1 Cấu trúc hóa học phân tử màu hữu 1.1.1.2 Tính chất chất màu laser hữu .10 1.1.1.3 Quang phổ chất màu 12 1.1.2 Chất màu DCM .15 1.1.2.1 Cấu trúc hóa học phân tử màu DCM .15 1.1.2.2 Đặc trưng quang chất màu DCM 19 1.1.2.3 Đánh giá ưu nhược điểm DCM .20 1.2 Tính chất quang vật liệu nano kim loại, nano vàng .21 1.2.1 Cộng hưởng plasmon bề mặt 21 1.2.2 Các đặc trưng quang học nano vàng 22 1.2.3 Truyền lượng phân tử màu hữu với hạt nano kim loại 27 1.2.4 Ứng dụng nano vàng laser xung ngắn .29 1.2.4.1 Hiệu ứng Q-switch nano vàng dạng cầu .30 1.2.4.2 Hiệu ứng khóa mode thụ động GNPs 30 1.2.4.3 Cấu hình nanolaser hiệu ứng cộng hưởng dãy GNPs .31 1.3 Laser màu xung ngắn 32 1.3.1 Cơ chế hoạt động laser màu .32 iii 1.3.2 Một số cấu hình laser màu phát xung picơ-giây .35 1.3.2.1 Phát xung picô-giây hiệu ứng dập tắt 35 1.3.2.2 Phát xung picô-giây kỹ thuật chọn lọc thời gian – phổ .36 1.3.2.3 Phát xung ngắn kỹ thuật khóa mode va chạm xung .38 1.3.3 Laser màu phản hồi phân bố 39 1.3.3.1 Phản xạ Bragg 39 1.3.3.2 Nguyên lý hoạt động laser phản hồi phân bố 42 1.3.3.3 Các đặc điểm laser DFDL .43 Kết luận chương I 45 CHƯƠNG 2: CHẾ TẠO MÔI TRƯỜNG HOẠT CHẤT CHO LASER MÀU .46 2.1 Nguyên vật liệu thiết bị sử dụng 46 2.1.1 Nguyên vật liệu .46 2.1.2 Thiết bị sử dụng .47 2.1.3 Chế tạo nano vàng gắn kết HS-PEG-COOH 47 2.1.4 Chuyển đổi môi trường hạt nano vàng .49 2.2 Môi trường hoạt chất dạng lỏng cho laser màu 51 2.2.1 Chuẩn bị dung dịch DCM .51 2.2.2 Môi trường chất màu dạng lỏng pha tạp hạt nano vàng (DCM/GNPs) 52 2.3 Chế tạo môi trường hoạt chất laser màu dạng rắn pha tạp hạt nano vàng (DCM/GNPs/PMMA) .53 2.3.1 Môi trường laser màu PMMA 54 2.3.2 Khuôn dùng cho chế tạo mẫu .55 2.3.3 Chế tạo môi trường hoạt chất pha tạp dạng rắn 56 2.2.3.1 Chế tạo môi trường hoạt chất DCM/PMMA .56 2.2.3.2 Chế tạo mẫu PMMA/DCM pha tạp nano vàng 61 2.4 Các thông số mẫu cần xác định kỹ thuật sử dụng 62 2.4.1 Phép đo phổ hấp thụ 62 2.4.2 Phép đo phổ huỳnh quang .63 2.4.3 Phép đo thời gian sống huỳnh quang 64 iv 2.4.4 Kỹ thuật tự tương quan đo độ rộng xung laser .65 2.4.5 Đo kích thước, hình dạng nano vàng TEM .65 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT MÔI TRƯỜNG HOẠT CHẤT PHÂN TỬ MÀU PHA TẠP HẠT NANO VÀNG 67 3.1.1 Chuẩn bị mẫu 68 3.1.2 Đặc trưng quang DCM môi trường lỏng rắn 69 3.1.2.1 Phổ hấp thụ chất màu DCM dung dịch ethanol MMA 69 3.1.2.2 Phổ hấp thụ chất màu DCM PMMA .71 3.1.3 Phổ hấp thụ huỳnh quang phân tử DCM pha tạp GNPs dung dịch ethanol (DCM/GNPs/ethanol) 72 3.1.4 Tính chất quang DCM pha tạp GNPs PMMA 74 3.1.4.1 Phổ hấp thụ DCM/GNPs PMMA .74 3.1.4.2 Huỳnh quang chất màu DCM/GNPs PMMA .75 3.1.5 Thời gian sống huỳnh quang phân tử DCM pha tạp GNPs 77 3.2 Sự ảnh hưởng hiệu ứng biến đổi nhiệt cục ảnh hưởng GNPs lên phân tử DCM .79 3.2.1 Sự biến đổi nhiệt hiệu ứng plasmon GNPs 79 3.2.2 Sự suy giảm huỳnh quang DCM/GNPs/PMMA 80 3.2.3 Sự suy giảm cường độ xạ laser màu .82 Kết luận chương .83 CHƯƠNG LASER MÀU PHẢN HỒI PHÂN BỐ (DFDL) SỬ DỤNG MÔI TRƯỜNG HOẠT CHẤT MÀU RẮN PHA TẠP NANO VÀNG 84 4.1 Nghiên cứu lý thuyết laser màu rắn DFDL 85 4.1.1 Hệ phương trình tốc độ hai thành phần 85 4.1.2 Ảnh hưởng tốc độ bơm .90 4.1.4 Độ rộng xung laser 95 4.1.5 Ảnh hưởng thể tích hoạt chất 96 4.2 Laser màu phản hồi phân bố điều chỉnh bước sóng (DFDL) .97 4.2.1 Cấu hình DFDL thực nghiệm 97 v 4.2.1.1 Bộ dao động DFDL 97 4.2.1.2 Bộ khuếch đại .100 4.2.2 Cấu hình điều chỉnh bước sóng .101 4.2.3 Một số kết đo thực nghiệm .102 4.2.3.1 Độ rộng xung 103 4.2.3.2 Khảo sát biến thiên cường độ laser theo nồng độ GNPs .105 4.2.3.3 Khoảng điều chỉnh bước sóng 106 Kết luận chương 107 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .109 KẾT LUẬN 109 KIẾN NGHỊ 110 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ .111 PHỤ LỤC .125 PHỤ LỤC .131 vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN Kí hiệu DCM Tên Tiếng Anh Tên tiếng Việt 4-(Dicyanomethylene)-2-methyl- 4-(Dicyanomethylene)-2-methyl6-(4-dimethylaminostyryl)-4H- 6-(4-dimethylaminostyryl)-4H- pyran pyran MMA Methyl methacrylate Methyl methacrylate PMMA Poly methyl methacrylate Poly methyl methacrylate D Donor Chất cho A Acceptor Chất nhận GNPs Gold-Nanoparticles Các hạt nano vàng SP Surface plasmon Plasmon bề mặt SPR Surface plassmon resonance Cộng hưởng plasmon bề mặt Q-switch Q-switch Biến điệu độ phẩm chất STS Specto–Temporal–Selection Chọn lọc thời gian phổ EDFL Erbium-doped Fiber Laser Laser quang sợi erbium Buồng cộng hưởng BCH DFB Distributed feedback Phản hồi phân bố DFDL Distributed feedback dye laser Laser màu phản hồi phân bố NPs Nanoparticles Các hạt nano DMSO Dimethyl sulfoxide Dimethyl sulfoxide BP Benzoyl Peroxide Benzoyl peroxide AIBN Azo-bis-isobutyrolnitril Azo-bis-isobutyrolnitril Time-correlated single photon Đếm đơn photon tương quan counting thời gian Transmission electron Kính hiển vi điện tử truyền qua TCSPC TEM microscopy SEM Scanning Elcetronic Microscopy Kính hiển vi điện tử quét SET Surface energy transfer Sự truyền lượng bề mặt FRET Foster Resonant Energy Transfer Truyền lượng cộng hưởng Foster vii ESU Electrostatic unit of charge Đơn vị đo điện động RhB Rhodamine B Rhodamine B Rh6G Rhodamine 6G Rhodamine 6G viii ... THỊ MỸ AN NGHIÊN CỨU MÔI TRƯỜNG HOẠT CHẤT LASER MÀU HỮU CƠ PHA TẠP HẠT NANO VÀNG DÙNG CHO LASER PHẢN HỒI PHÂN BỐ PHÁT XUNG NGẮN Chuyên ngành: Quang học Mã số: 9440110 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ NGƯỜI... hơn, luận án Nghiên cứu mơi trường hoạt chất laser màu hữu pha tạp hạt nano vàng dùng cho laser phản hồi phân bố phát xung ngắn thực Mục tiêu nghiên cứu: Chế tạo khảo sát tính chất quang mơi trường. .. sát môi trường hoạt chất laser màu rắn DCM pha tạp nano vàng sử dụng cho laser màu phản hồi phân bố Chương 4: Xây dựng mơ hình tốn học laser màu phản hồi phân bố (DFDL) sử dụng môi trường hoạt chất