Bài thuyết trình Vật lý: Sự hấp thụ hai photon ánh sáng

Bài thuyết trình Vật lý: Sự hấp thụ hai photon ánh sáng trình bày về độ phân cực, sự hấp thụ hai photon, một số chất quang phi tuyến, kính hiển vi TPA,... Bài thuyết trình hữu ích với các bạn chuyên ngành Vật lý và những ngành có liên quan.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG SEMINAR: Sự Hấp Thụ Hai Photon Ánh Sáng Học viên: HOÀNG VĂN ANH Độ phân cực    P    E  P nl • Độ phân cực P: • Một đặc điểm bật quang học Phi tuyến tính là: Pnl   0dE     (0) (0) (1)  E (1) (2)  E  E P    E   (  E  dE  eE ) Số hạng P = ε0eE3 tương ứng q trình tán xạ photon phát xạ độ phân cực phi tuyến: ( w4 ) (  w1 ) (  w ) (  w3 ) This image cannot currently be displayed P   eE1 E2 E3 Công suất mát môi trường:  dp pE dt tỷ lệ với E4 tương ứng với trình hấp thụ hai photon cường độ trình hấp thụ photon tỷ lệ với E2 Khi có trường xạ với tần số ω tương tác: H = H0 + HB(t) Yếu tố ma trận toán tử nhiễu loạn: B km B km H (t )  H ( e iwt e  iwt ) Xác suất tìm hệ trạng thái uk, thời điểm t tỷ lệ với: (2) ak ( t ) Ta có: (2) da k i iwkn t B    a n H knw e dt  n • Trong đó: i ( wmn w ) t i ( wmn w ) t B  H e  e  1 (1) nm an ( t )       wmn  w wmn  w  Thay vào phương trình ta có: This image cannot currently be displayed i ( wkn w ) t  i (2w wkm ) t  e  e 1  (2) B B ak (t )  H nm H kn      (wkn  w )(w  wnm ) (2w  wkn )(w  wnm )  • Hấp thụ cộng hưởng xảy khi: ωkm = 2ω biểu diễn số hạng thứ 2.Bình phương modun số hạng ta có: B B sin [ (2w  wkm )t ] ak(2) (t )   (w  wnm ) [ (2w  w )]2 km 2 H nm H kn • Đưa vào hàm mật độ xác suất: ρ(ω)    (w )d w   • Khi xác suất dịch chuyển vào trạng thái k: Pm  k ( t )   B kn 1H H B kn 1H H B nm  (w  w nm ) B nm  (w  w nm )     (w km ) t xt )  ( x ) dx xt ( )2 k sin ( n m • Sự có mặt mức n, mà lượng ½(Wk – Wm) tức ωnm = ω,thì xác suất dịch chuyển hai lượng tử lớn • Như xác suất dịch chuyển m→k tỷ lệ với E4 hay tỷ lệ với bình phương lượng trường • Hệ số hấp thụ ánh sáng α trình hai  dI  photon:    I  dz  E2 I Pmk  dI    w  Nk  Nm    t  dz  • Do đó:   4we xnm xkn  N k  N m   wkm  E 2  w  wnm  • Trong đó:  (wkm )  2D km Sự hấp thụ hai photon DI   I1 I Dx I1 I2 I1-DI Dx DI   I Dx   bc Degenerate case b – TPA cross-section, c – concentration of material 1PA dI   cI dx Beer’s Law I ( x )  I exp(  cx ) T  exp( cx) TPA dI   b cI  ( b cI ) I dx I0 I ( x)   b cI x T  b cxI 2PE Spectra 2PE w Medium 2w Hiệu quang trị liệu One-photon absorption Two-photon absorption 660 nm, 2.3 mW 920 nm, 300 fs, 4.2 mW Two-Photon Absorption Transmitted Energy (mJ) 2.5 885 nm 800 nm 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Input Energy (mJ) Simultaneous two-photon absorption 2nd EXCITED STATE Energy 800 nm 1st EXCITED STATE 400 nm 550 nm GROUND STATE 800 nm Một số chất quang phi tuyến Tên công thức hóa học bước sóng hiệu dụng Lợi ích TPA Sternberg et al, Tetrahedron 1998, 54, 4151 Hội tụ điểm nhỏ Bước sóng ½ so với photon hấp thụ Kawata et al, Nature 2001, 412, 697 Two-Photon Absorption in Silicon Photodiode TPA is observed when: 1100 nm < λ < 2200 nm Kính hiển vi TPA Better focus ~l Optical power spreading l /2 Two photon Single photon imaging imaging (works even under the surface!) Image from Heidelberg University web-site TPA Measurements in NonFluorescent Materials Z-Scan Technique Sample Lens Intensity of light Transmission of the sample z Open aperture Z-scan, TPA measurements TPA microscopy Sample laser light (700-1000 nm) Beam shaping optics Emission Pickup Optics And Filters Two-photon Absorption Ưu điểm: • Cường độ lớn • Dễ thiết lập • Khơng cần khuếch đại Emission Spectrometer Photomultiplier tube Or CCD camera Nhược điểm: • Cần cường độ ánh sáng lớn,cơng suất laser lớn • Mẫu vật cần chuẩn bị TPA Applications • 3D nhớ quang học • Tạo cấu trúc quang 3D tồn kí 3D • Điều khiển từ xa hi-res imaging At depth At depth TPA Microfabrication a b c d B.H Cumpston et al., Nature 398, p 51 (1999) Photonic crystal Magnified view of (a) Tapered waveguide Array of cantilevers ... E2 E3 Công suất mát môi trường:  dp pE dt tỷ lệ với E4 tương ứng với trình hấp thụ hai photon cường độ trình hấp thụ photon tỷ lệ với E2 Khi có trường xạ với tần số ω tương tác: H = H0 + HB(t)... dịch chuyển m→k tỷ lệ với E4 hay tỷ lệ với bình phương lượng trường • Hệ số hấp thụ ánh sáng α trình hai  dI  photon:    I  dz  E2 I Pmk  dI    w  Nk  Nm    t  dz  • Do đó: ...   4we xnm xkn  N k  N m   wkm  E 2  w  wnm  • Trong đó:  (wkm )  2D km Sự hấp thụ hai photon DI   I1 I Dx I1 I2 I1-DI Dx DI   I Dx   bc Degenerate case b – TPA cross-section,