So sánh các đại lượng đặc trưng của pcf với mạng lục giác đều có lõi rỗng được thẩm thấu bởi nitrobenzen và toluen

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ĐẬU VĂN MINH SO SÁNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA PCF VỚI MẠNG LỤC GIÁC ĐỀU CÓ LÕI RỖNG ĐƯỢC THẨM THẤU BỞI NITROBENZEN VÀ TOLUEN LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGHỆ AN, 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ĐẬU VĂN MINH SO SÁNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA PCF VỚI MẠNG LỤC GIÁC ĐỀU CÓ LÕI RỖNG ĐƯỢC THẨM THẤU BỞI NITROBENZEN VÀ TOLUEN LUẬN VĂN THẠC SỸ VẬT LÝ Chuyên ngành: Quang học Mã số: 8.44.01.10 Cán hướng dẫn: PGS.TS Chu Văn Lanh NGHỆ AN, 2019 i LỜI CẢM ƠN Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ hoàn thành chuyên ngành Quang học, Trường Đại học Vinh Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, lịng trân trọng biết ơn sâu sắc tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy giáo, PGS.TS Chu Văn Lanh giao đề tài, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ đầy tâm huyết suốt trình nghiên cứu hồn thành luận văn tơi Tơi xin chân thành cảm ơn ngành Vật lý - Trường ĐHV Trường THPT Tân Kỳ – Tân Kỳ - Nghệ An tạo điều kiện thuận lợi vật chất tinh thần cho trình học tập làm luận văn tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn người thân gia đình, bạn bè đồng nghiệp động viên, giúp đỡ tơi q trình thực luận văn tốt nghiệp Mặc dù có nhiều cố gắng, song luận văn khơng thể tránh khỏi thiếu sót, tác giả kính mong nhận dẫn giúp đỡ nhà khoa học Vinh, tháng năm 2019 Tác giả Đậu Văn Minh ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC HÌNH VẼ iv DANH MỤC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC VIẾT TẮT viii MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài: Mục đích nghiên cứu 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Những đóng góp đề tài Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc chương luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ SỢI TINH THỂ QUANG TỬ 1.1 Cơ tinh thể quang tử 1.1.1 Mô tả lý thuyết tinh thể quang tử 1.1.2 Tinh thể quang tử chiều 10 1.1.3 Tinh thể quang tử hai chiều 14 1.2 Chế tạo PCF 18 1.3 Cơ chế dẫn sáng sợi tinh thể quang tử 21 1.3.1 PCF dẫn ánh sáng theo chiết suất 22 1.3.2 Tính chất PCFs 24 1.4 Phân loại sợi tinh thể quang tử 26 1.4.1 Sợi tinh thể quang tử lõi đặc 26 1.4.2 Sợi tinh thể quang tử lõi rỗng 27 1.5 Cơ chế mát sợi tinh thể quang tử 28 iii 1.6 Đặc trưng tán sắc sợi quang 30 1.6.1 Tán sắc màu (CD) 31 1.6.2 Tán sắc vận tốc nhóm (GVD) 33 1.6.3 Tán sắc ống dẫn sóng 35 1.7 Kết luận chương 36 Chương 2: SO SÁNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA PCF VỚI MẠNG LỤC GIÁC ĐỀU CÓ LÕI RỖNG ĐƯỢC THẨM THẤU BỞI NITROBENZEN VÀ TOLUEN 37 2.1 Cấu trúc sợi tinh thể quang tử mạng lục giác lõi rỗng thẩm thấu Nitrobenzene 37 2.2 So sánh đặc trưng sợi tinh thể quang tử lõi rỗng với mạng lục giác thẩm thấu Nitrobenzen Toluen 41 2.2.1 So sánh đặc trưng chiết suất hiệu dụng 41 2.2.2 So sánh diện tích mode hiệu dụng 42 2.2.3 So sánh đặc trưng tán sắc 45 2.2.4 So sánh đặc trưng mát giam giữ 47 2.3 Kết luận chương 49 KẾT LUẬN CHUNG 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 51 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Nội dung 0.1 Mặt cắt cấu trúc mạng sợi tinh thể quang tử với lõi thẩm thấu Nitrobenzen 1.1 (a) Minh họa tinh thể quang tử chiều với chu kì Λ véctơ mạng nghịch đảo G Sơ đồ mối quan hệ tán sắc sóng phẳng truyền tinh thể quang tử theo hướng z mặt phẳng xy, (b) (c) tương ứng [25-26] 1.2 Mối liên hệ tán sắc ánh sáng truyền dọc theo cấu trúc điện mơi tuần hồn, với độ tương phản điện môi khác biệt lớp tương ứng với (a) (b) [25-26] 1.3 Phân bố điện trường tinh thể quang tử chiều Tuy nhiên, hai mode k = 0, mode định vị vùng chiết suất khúc xạ cao có tần số thấp mode tập trung vùng chiết suất khúc xạ thấp [25-26] 1.4 rt thành phần ngang vectơ vị trí r ,   k z số truyền (thành phần trục dọc vector sóng)  giữ nguyên vùng cấu trúc Các mode quang học [ H (r ) ] cấu trúc tính tốn để thu cấu trúc dải tinh thể quang tử hai chiều [2526] 1.5 Đồ thị dải cho mạng tam giác có lỗ tròn silica với f = 45% Vùng màu xanh nơi sợi holey hoạt động, vùng ánh sáng truyền thông qua phản xạ tổng bên sửa đổi Bên khoảng trống giải cấm, vùng màu xanh cây, ánh sáng điều khiển hiệu ứng PBG Các vùng khe hở dải có β < k sử dụng để dẫn ánh sáng lõi khơng khí [25-26] v 1.6 Tóm tắt q trình chế tạo PCF phương pháp kéo xếp chồng Các ống mao dẫn silica kéo xếp chồng lên để tạo phôi sợi Phôi kéo xuống thành 1mm cuối đưa vào ống áo khoác kéo xuống thành sợi [8], [26] 1.7 Diện tích mặt cắt ngang cơng tua chiết suất khúc xạ (a) Sợi quang chiết suất bậc thông thường (b) PCF lõi đặc Trong (b) vùng màu trắng xám khơng khí silica Lớp vỏ tinh thể quang tử mạng lục giác lý tưởng với tham số: số mạng đường kính lỗ d [26] 1.8 Sơ đồ minh họa hai chế dẫn sợi quang Các lớp vỏ thể đường màu đen đường màu đỏ mode dẫn riêng biệt Trong sợi dẫn chiết suất, chiết suất khúc xạ lõi lớn chiết suất khúc xạ vỏ (trái) Trong sợi dải vùng cấm liên tục, mode cho phép chia thành hai dải Các mode lõi đặt hai dải lớp vỏ (phải) [26] 1.9 Sơ đồ mặt cắt ngang sợi tinh thể quang tử lõi đặc có đường kính lỗ khí 300nm khoảng cách lỗ 2,3 mm [1-3], [26] 1.10 Sơ đồ mặt cắt ngang PCF lõi rỗng đầu tiên, với khoảng cách lỗ 4,9 μm đường kính lõi 14,8 m [1-3], [26] 1.11 Sự tán sắc sợi quang đơn mode hàm bước sóng [8], [26] 1.12 Sự tán sắc ống dẫn sóng - bước sóng khác có chiết suât hiệu dụng khác [11], [26] 2.1 Cấu trúc hình học PCF lõi rỗng thẩm thấu Nitrobenzen 2.2 Chiết suất phần thực theo bước sóng Nitrobenzene [13-14] Silica nóng chảy [15] vi 2.3 PCF lõi rỗng thẩm thấu Nitrobenzen với phần thực chiết suất hiệu dụng phụ thuộc bước sóng tính hệ số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0.3 đến 0.8 số mạng khác nhau: a) Ʌ = 2.0µm; b) Ʌ = 2.5µm 2.4 Diện tích hiệu dụng phụ thuộc vào bước sóng PCF thẩm thấu Nitrobenzen số mạng a) Ʌ = 2.0µm b) Ʌ = 2.5µm 2.5 Diện tích hiệu dụng phụ thuộc vào bước sóng PCF thẩm thấu Toluene số mạng a) Ʌ = 2.0µm b) Ʌ = 2.5µm 2.6 Tán sắc phụ thuộc bước sóng tính tốn với số mạng Ʌ = 2.5 µm hệ số lấp đầy từ 0.3 µm đến 0.8 µm: a) Nitrobenzen b) Toluen vii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng Nội dung 2.1 Hệ số Sellmeier Nitrobenzene Silica nóng chảy 2.2 Giá trị chiết suất hiệu dụng bước sóng 1.064µm số mạng Ʌ = 2.0µm; Ʌ = 2.5µm hệ số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0.3 đến 0.8 2.3 Các giá trị diện tích mode hiệu dụng PCF bước sóng 1.064 µm tương ứng với số mạng Ʌ = 2.0µm; Ʌ = 2.5µm hệ số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0.3 đến 0.8 2.4 Các giá trị độ tán sắc đơn sắc PCF thẩm thấu Nitrobenzen toluen bước sóng 1.064µm cho số mạng Ʌ = 2.0µm; Ʌ = 2.5µm với hệ số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0.3 đến 0.8 2.5 Các giá trị bước sóng có tán sắc khơng PCF số mạng Ʌ = 2.0µm; Ʌ = 2.5µm hệ số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0.3 đến 0.8 PCF thẩm thấu nitrobenzen PCF thẩm thấu benzen 2.6 Các giá trị mát giam giữ PCF bước sóng 1.064 µm tương ứng với số mạng Ʌ = 2.0µm; Ʌ = 2.5µm hệ số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0.3 đến 0.8 viii DANH MỤC VIẾT TẮT PC Photonic crytals Tinh thể quang quang tử PCF Photonic crytal fiber Sợi tinh thể quang tử LPFG Long period fiber grating Cách tử Bragg chu kì lớn PBG Photonic bandgap guidance Dải cấm quang tử TIR Total internal reflection Phản xạ toàn phần WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh quang theo bước sóng SIF Step-Index Fiber Sợi chiết suất bậc 39 Các hệ số Sellmeier Nitrobenzene Silica nóng chảy phương trình (2.1) xác định bảng 2.1 Bảng 2.1 Hệ số Sellmeier Nitrobenzene Silica nóng chảy Nitrobenzene[13-14] Fused Silica[15] A0 1 A1 1.30628 0.6694226 A2 0.00502 0.4345839 A3 0.8716947 B1 0.02268 µm2 4.4801×10−3µm2 B2 0.18487 µm2 1.3285×10−2µm2 B3 95.341482µm2 Phần thực chiết suât hiệu dụng Sellmeier coefficients Bước sóng λ[μm] Hình 2.2 Chiết suất phần thực theo bước sóng Nitrobenzene [13-14] Silica nóng chảy [15] Từ phương trình (2.1) với hệ số Sellmeier Nitrobenzene Silica nóng chảy xác định bảng 2.1, chúng tơi vẽ đồ thị chiết suất phần thực theo bước sóng Nitrobenzene [13-14] Silica nóng chảy [15] hình 2.2 40 Khi ánh sáng truyền sợi tinh thể quang tử, thu bốn đại lượng đặc trưng bao gồm chiết suất hiệu dụng neff, diện tích mode hiệu dụng Aeff, tán sắc D mát giam giữ Lc Mối quan hệ neff với số pha β số sóng k = 2  xác định sau [8]: neff     , nm     k , (2.2) Aeff có tính phi tuyến PCF liên quan đến độ số, mát hấp thụ mát bị uốn cong [8] Các Aeff nhỏ tạo mật độ công suất cao hiệu ứng phi tuyến sợi tinh thể quang tử phụ thuộc vào cường độ điện từ trường với công thức sau (3) [18]: Aeff       E ( x, y ) dxdy           E ( x, y) dxdy , (2.3)   E (x, y) biên độ trường điện Tán sắc D đề cập phần trước thuật ngữ sử dụng để mô tả mở rộng xung ánh sáng lan truyền bên PCF Ảnh hưởng đồng thời tán sắc vật liệu tán sắc ống dẫn sóng nguyên nhân gây tán sắc xác định (2.4) [17]:  d Re  neff  D , c d (2 4) Trong đó, Re [neff] phần thực chiết suất, c tốc độ ánh sáng chân không Trong chương nghiên cứu giam giữ mát Lc đại lượng quan trọng PCF Giam giữ mát Lc tồn lỗ khí lớp vỏ mạng PCF [8], [12] Nó xác định phương trình (2.5) [12]: Lc  0.08686k0 Im neff   dB / cm  , Trong Im  neff  phần ảo chiết suất (2.5) 41 2.2 So sánh đặc trưng sợi tinh thể quang tử lõi rỗng với mạng lục giác thẩm thấu Nitrobenzen Toluen 2.2.1 So sánh đặc trưng chiết suất hiệu dụng Trong hình 2.3, chúng tơi biểu diễn chiết suất hiệu dụng mode tính với số mạng Ʌ = 2,0µm Ʌ = 2,5µm có hệ số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0,3 đến 0,8 cho PCF lõi rỗng thẩm thấu Nitrobenzen Hình 2.3 cho thấy thay đổi chiết suất hiệu dụng theo bước sóng λ hệ số lấp đầy d/Ʌ Chiết suất giảm bước sóng tăng giá trị tăng hệ số lấp đầy d/Ʌ tăng Những kết tương tự kết PCF thẩm thấu Re[𝑛𝑒𝑓𝑓 ] Re[𝑛𝑒𝑓𝑓 ] Toluene [18-19] Bước sóng λ[μm] Bước sóng λ[μm] a) b) Hình 2.3 PCF lõi rỗng thẩm thấu Nitrobenzen với phần thực chiết suất hiệu dụng phụ thuộc bước sóng tính hệ số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0,3 đến 0,8 số mạng khác nhau: a) Ʌ = 2,0µm; b) Ʌ = 2,5µm Các đường cong chiết suất hiệu dụng cho Nitrobenzen Toluen [18-19] tương tự với số mạng tương ứng Chúng tính tốn chiết suất hiệu dụng bước sóng 1,064µm so sánh giá trị thẩm thấu Toluen [18-19] số mạng Ʌ = 2,0µm; Ʌ = 2,5µm trình bày bảng 2.1 Kết cho thấy chiết suất hiệu dụng thẩm thấu 42 Nitrobenzen lớn chiết suất hiệu dụng thẩm thấu Toluen với giá trị bước sóng hệ số lấp đầy d/Ʌ Nguyên nhân chiết suất hiệu dụng Nitrobenzen lớn chiết suất hiệu dụng Toluen bước sóng chiết suất phần thực Nitrobenzen lớn chiết suất phần thực Toluen bước sóng Bảng 2.2 Giá trị chiết suất hiệu dụng bước sóng 1,064µm số mạng Ʌ = 2,0µm; Ʌ = 2,5µm hệ số đổ đầy d/Ʌ thay đổi từ 0,3 đến 0,8 λ(µm) d/Ʌ 0.3 1.064 Ʌ = 2.0(µm) neff Nitrobenzen 1.51478 neff Toluen[18-19] 1.45235 Ʌ = 2.5(µm) neff Nitrobenzen 1.51959 neff Toluen[18-19] 1.46001 0.35 1.51385 1.45023 1.51895 1.45868 0.4 1.51277 1.44785 1.51821 1.45705 0.45 1.51161 1.44545 1.51748 1.45581 0.5 1.51035 1.44294 1.51666 1.45393 0.55 1.50902 1.44022 1.51578 1.45210 0.6 1.50744 1.43717 1.51472 1.45028 0.65 1.50581 1.43392 1.51356 1.44803 0.7 1.50387 1.43014 1.51231 1.44553 0.75 1.50178 1.42622 1.51083 1.44288 0.8 1.42165 1.51083 1.43971 1.49937 2.2.2 So sánh diện tích mode hiệu dụng Trong hình 2.4 hình 2.5 chúng tơi trình bày diện tích mode hiệu dụng Aeff mode tính với số mạng Ʌ = 2,0µm Ʌ = 2,5µm có hệ số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0,3 đến 0,8 PCF thẩm thấu Nitrobenze Toluene Diện tích Mode tăng bước sóng tăng giảm theo giá trị d/Ʌ, 43 𝐴𝑒𝑓𝑓 (𝜇𝑚2 ) 𝐴𝑒𝑓𝑓 (𝜇𝑚2 ) thay đổi gần tuyến tính theo theo bước sóng λ hệ số lấp đầy d/Ʌ a) Ʌ = 2.0µm 𝐴𝑒𝑓𝑓 (𝜇𝑚2 ) 𝐴𝑒𝑓𝑓 (𝜇𝑚2 ) λ(μm) λ(μm) b) Ʌ = 2.5µm Hình 2.4: Diện tích hiệu dụng phụ thuộc vào bước sóng PCF thẩm thấu 𝐴𝑒𝑓𝑓 (𝜇𝑚 ) 𝐴𝑒𝑓𝑓 (𝜇𝑚2 ) Nitrobenzen số mạng a) Ʌ = 2.0µm b) Ʌ = 2.5µm λ(μm) Hình 2.5 a) Ʌ = 2.0µm λ(μm) b) Ʌ = 2.5µm Hình 2.5 diện tích hiệu dụng phụ thuộc vào bước sóng PCF thẩm thấu Toluene số mạng a) Ʌ = 2.0µm b) Ʌ = 2.5µm 44 Bảng 2.3 Các giá trị diện tích mode hiệu dụng PCF bước sóng 1.064 µm tương ứng với số mạng Ʌ = 2.0µm; Ʌ = 2.5µm hệ số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0.3 đến 0.8 Ʌ = 2.0(µm) λ(µm) d/Ʌ Ʌ = 2.5(µm) 0.3 Aeff Nitrobenzen 5.73233301 Aeff Aeff Aeff Toluen[17-18] Nitrobenzen Toluen[17-18] 6.47550954 8.44519061 9.36600766 0.35 5.38504356 6.03412883 7.95268248 8.76417642 0.4 5.03775411 5.58545257 7.41734757 8.12255468 0.45 4.71841723 5.21155569 6.96124222 7.67366815 0.5 4.41348015 4.8458663 6.52226759 7.09297561 1.064 0.55 4.12887222 4.50935911 6.1100597 6.59310751 0.6 3.83664085 4.17285191 5.67108507 6.16535968 0.65 3.57998548 3.87373441 5.26744255 5.70652553 0.7 3.3089303 3.56732135 4.89056677 5.26883008 0.75 3.07345111 3.30559354 4.50405496 4.88087275 0.8 2.8303485 3.04386572 4.16144061 4.47302017 Diện tích mode hiệu dụng sợi tinh thể quang tử thẩm thấu Nitrobenzen thấp so với sợi thẩm thấu Toluene với hệ số lấp đầy d/Ʌ tương ứng với số mạng 2.0 2.5 bước sóng 1.064 µm Ví dụ, bước sóng 1.064 μm ứng với số mạng Ʌ = 2.0μm hệ số đổ đầy 0.3, diện tích mode hiệu dụng thẩm thấu Nitrobenzene Toluene tương ứng 5.73233301 µm2 6.47550954 µm2 Diện tích mode hiệu dụng giảm lượng 0.74317653 µm2 thẩm thấu Nitrobenzen Đặc biệt diện tích mode thấp chúng tơi thu 2.8303485µm2 (bảng 4) hệ số lấp đầy d/Ʌ=0.8 Ʌ = 2.0 sợi lõi Nitrobenzen, với giá trị diện tích mode nhỏ tạo hiệu ứng phi tuyến cao cho việc phát siêu liên tục 45 2.2.3 So sánh đặc trưng tán sắc Hình 2.6 biểu diễn đường cong tán sắc trường hợp hắng số mạng Ʌ = 2.5 µm thừa số lấp đầy từ 0.3 µm đến 0.8 µm: a) Nitrobenzen b) Toluen Kết cho thấy dịch chuyển đường cong tán sắc thẩm thấu hai chất lỏng có thay đổi nhỏ Độ dốc đường cong tán sắc lớn phạm vi bước sóng từ 0,63µm đến 1.1µm Nitrobenzen rộng từ 0,55 µm đến 1,1 µm toluen [18-19] Các đường cong tán sắc phẳng tiệm cận với đường tán sắc không phạm vi bước sóng từ 1,1µm đến 2,0µm Giá trị độ tán sắc tăng lên đường kính lỗ khí tăng lên Đường cong tán sắc phẳng tiệm cận với đường tán sắc không hai trường hợp Tán sắc(ps/nm/km) Tán sắc(ps/nm/km) đường d/ Ʌ= 0.3 λ(μm) a) Nitrobenzen λ(μm) b) Toluen Hình 2.6: Tán sắc phụ thuộc bước sóng tính tốn với số mạng Ʌ = 2.5 µm thừa số đổ đầy từ 0.3 µm đến 0.8 µm: a) Nitrobenzen b) Toluen Thực so sánh nhỏ giá trị độ tán sắc hai chất thể bảng 2.4, ta thấy giá trị độ tán sắc hai chất bước sóng 1.064 µm có giá trị âm Giá trị độ tán sắc thẩm thấu Toluen lớn giá trị 46 độ tán sắc thẩm thấu Nitrobenzen giá trị bước sóng thừa số lấp đầy Bảng 2.4: Các giá trị độ tán sắc đơn sắc PCF thẩm thấu Nitrobenzen toluen bước sóng 1.064µm cho số mạng Ʌ = 2.0µm; Ʌ = 2.5µm với hệ số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0.3 đến 0.8 Ʌ = 2.0(µm) λ(µm) 1.064 d/Ʌ Ʌ = 2.5(µm) D Nitrobenzen D Toluen [18-19] D Nitrobenzen D Toluen [18-19] 0.3 -128.87200 -83.64860 -142.29716 -91.33907 0.35 -123.69286 -76.56447 -139.14932 -87.37743 0.4 -118.01952 -69.32335 -135.41276 -82.84984 0.45 -112.66247 -62.72981 -131.96455 -79.34372 0.5 -106.83099 -56.13627 -128.11985 -74.36062 0.55 -100.50531 -49.20912 -123.97479 -69.83303 0.6 -93.86336 -41.96800 -119.15691 -65.19501 0.65 -86.41092 -34.25591 -114.12277 -59.86682 0.7 -78.46429 -26.52420 -108.70415 -54.20733 0.75 -69.70719 -17.51695 -102.40847 -47.87147 0.8 -60.31752 -8.17610 -95.60817 -41.08009 Bảng 2.5 cho thấy tất bước sóng có tán sắc khơng thẩm thấu Nitrobenzen lớn bước sóng sóng có tán sắc không thẩm thấu Toluen [18-19] với giá trị số mạng hệ số lấp đầy d/Ʌ Bên cạnh đó, trường hợp số mạng Ʌ = 2.0μm hệ số lấp đầy d/Ʌ = 0.3, thẩm thấu Nitrobenzene tồn bước sóng có tán sắc khơng thẩm thấu Toluene [18-19] trường hợp khơng tồn bước sóng có tán sắc khơng 47 Bảng 2.5 Các giá trị bước sóng có tán sắc khơng PCF số mạng Ʌ = 2.0µm; Ʌ = 2.5µm hệ số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0.3 đến 0.8 PCF thẩm thấu nitrobenzen PCF thẩm thấu Toluen: Ʌ = 2.0 (µm) d/Ʌ Ʌ = 2.5 (µm) ZDWS ZDWS ZDWS ZDWS Nitrobenzen Toluen [18-19] Nitrobenzen Toluen [18-19] 0.3 1.58664741 No exist 1.62722082 1.58410387 0.35 1.50409702 1.50362011 1.5805771 1.5025661 0.4 1.44384248 1.38821628 1.53151756 1.44046587 0.45 1.39848922 1.31546402 1.49985186 1.39880211 0.5 1.3618191 1.26882795 1.467257 1.35888648 0.55 1.32514197 1.22778822 1.43555414 1.32475633 0.6 1.29573748 1.1957117 1.40325661 1.2957457 0.65 1.26668632 1.1632712 1.37642253 1.26677669 0.7 1.2363808 1.13715501 1.34746997 1.23639253 0.75 1.21101106 1.10953736 1.31669626 1.21046194 0.8 1.18470507 1.08342116 1.29079134 1.18315782 Trong tất đường cong tán sắc thu được, thấy hai trường hợp Ʌ = 2µm Ʌ = 2.5µm hai đường cong tán sắc phẳng tiệm cận với đường tán sắc không tương ứng với giá trị hệ số đổ đầy d/Ʌ = 0.3 Đây cấu trúc cho đường cong tán sắc tối ưu Kết phú hợp cho việc ứng dụng vào phát siêu liên tục [18-19] 2.2.4 So sánh đặc trưng mát giam giữ Cuối phân tích giá trị mát giam giữ với số mạng Ʌ = 2.0µm, Ʌ = 2.5µm hệ số lấp đầy thay đổi từ 0.3 đến 0.8 Kết cho thấy giá trị mát giam giữ giảm số mạng tăng lên 48 Ở bảng 2.6, so sánh với hai chất thẩm thấu vào lõi PCF Nitrobenzen Toluene [18-19] bước sóng 1.064 µm, kết cho thấy giá trị mát nhỏ thẩm thấu Nitrobenzen Với cấu trúc Ʌ = 2.5µm, hệ số lấp đầy d/Ʌ = 0.3, giá trị mát thẩm thấu Toluene 0.03352 dB/cm [18-19], Nitrobenzen lại nhỏ 0.01465 dB/cm Đây kết tối ưu độ mát giam giữ Bảng 2.6 Các giá trị mát giam giữ PCF bước sóng 1.064 µm tương ứng với số mạng Ʌ = 2.0µm; Ʌ = 2.5µm hệ số lấp đầy d/Ʌ thay đổi từ 0.3 đến 0.8 Ʌ = 2.0(µm) λ(µm) d/Ʌ L(dB/cm) Nitrobenzen 0.3 1.064 Ʌ = 2.5(µm) L(dB/cm) Toluen 19] [18- L(dB/cm) Nitrobenzen L(dB/cm) Toluen 19] 0.01881 0.04194 0.01465 0.03352 0.35 0.01921 0.04012 0.01542 0.03356 0.4 0.01940 0.03814 0.01572 0.03218 0.45 0.02030 0.03752 0.01673 0.03438 0.5 0.02124 0.03718 0.01772 0.03309 0.55 0.02236 0.03713 0.01858 0.03352 0.6 0.02349 0.03713 0.02010 0.03507 0.65 0.02511 0.03807 0.02135 0.03598 0.7 0.02639 0.03844 0.02337 0.03699 0.75 0.02844 0.04014 0.02516 0.03947 0.8 0.04211 0.02772 0.04134 0.03075 [18- 49 2.3 Kết luận chương Trong chương này, tạo hai cấu trúc sợi tinh thể quang tử với chất silica lớp vỏ bao gồm vịng lỗ khí xếp thành mạng lục giác với lõi rỗng thẩm thấu Nitrobenzen Toluene [18-19] Chúng tơi phân tích so sánh khác đại lượng đặc trưng hai cấu trúc bao gồm chiết suất hiệu dụng, diện tích mode hiệu dụng, tán sắc màu giá trị mát giam giữ theo bước sóng λ hệ số lấp đầy d/Ʌ Đồng thời tính tốn so sánh giá trị đại lượng đặc trưng hai cấu trúc bước sóng 1064 nm Chúng tơi xác định cấu trúc tối ưu với số mạng µm hệ số lấp đầy d/Ʌ = 0.3 bước sóng 1064 nm thẩm thấu Nitrobenzen, thu diện tích mode hiệu dụng nhỏ, đường cong tán sắc phẳng nhất, tiệm cận với đường tán sắc không độ mát giam giữ thấp thẩm thấu Toluene [18-19] Kết cho thấy thẩm thấu Nitrobenzene vào lõi tối ưu cho việc phát siêu liên tục thẩm thấu Toluene [18-19] Hai cấu trúc tối ưu cho phát siêu liên tục thẩm thấu Nitrobenzene với số mạng 2µm; 2.5µm hệ số lấp đầy d/Ʌ = 0.3 50 KẾT LUẬN CHUNG Trong luận văn này, chúng tơi trình bày kiến thức cốt lõi sợi tinh thể quang tử nghiên cứu mô sợi tinh thể quang tử với mạng lục giác có lõi rỗng thẩm thấu chất lỏng Nitrobenzen Kết thu luận văn tóm lược sau:  Đã trình bày vấn đề tinh thể quang tử, mơ tả lý thuyết tinh thể quang tử chiều hai chiều, phương pháp chế tạo PCF, chế dẫn sáng sợi tinh thể quang tử bao gồm chế dẫn ánh sáng theo chiết suất, tính chất PCF Đồng thời phân loại sợi tinh thể quang tử bao gồm sợi tinh thể quang tử lõi đặc sợi tinh thể quang tử lõi rỗng  Đã tạo hai cấu trúc sợi tinh thể quang tử với chất silica lớp vỏ bao gồm vịng lỗ khí xếp thành mạng lục giác với lõi rỗng thẩm thấu Nitrobenzen Toluene [18-19] Trên sở phân tích so sánh khác đại lượng đặc trưng hai cấu trúc bao gồm chiết suất hiệu dụng, diện tích mode hiệu dụng, tán sắc màu giá trị mát giam giữ theo bước sóng λ hệ số lấp đầy d/Ʌ Đồng thời tính tốn so sánh giá trị đại lượng đặc trưng hai cấu trúc bước sóng 1064 nm Chúng xác định cấu trúc tối ưu với số mạng µm hệ số lấp đầy d/Ʌ = 0.3 bước sóng 1064 nm thẩm thấu Nitrobenzen, thu diện tích mode hiệu dụng nhỏ, đường cong tán sắc phẳng nhất, tiệm cận với đường tán sắc không độ mát giam giữ thấp so với thẩm thấu Toluene Kết cho thấy thẩm thấu Nitrobenzene vào lõi tối ưu cho việc phát siêu liên tục thẩm thấu Toluene [18-19] Hai cấu trúc tối ưu cho phát siêu liên tục thẩm thấu Nitrobenzene với số mạng 2µm; 2.5µm hệ số lấp đầy d/Ʌ = 0.3 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO J C Knight, T A Birks P St, J Russell, and D M Atkin, "All-silica singlemode optical fiber with photonic crystal cladding,” Opt Lett 21 1547–1549 (1996) T A Birks J C Knight and P S J Russell “Endlessly single-mode photonic crystal fiber.” Opt Lett 22 961– 963 (1997) R F Cregan B J Mangan J C Knight T A Birks P S J Russell P J Roberts and D C Allan “Single-mode photonic band gap guidance of light in air.” Science 285 1537–1539 (1999) T P White R C McPhedran C M de Sterke L C Botton and M J Steel “Confinement losses in microstructured optical fibers.” Opt Lett 26 1660 –1662 (2001) W H Reeves J Knight P S J Russell P Roberts "Demonstration of ultraflattened dispersion in photonic crystal fibers." Optics express 10 609–613 (2002) P Russell "Photonic crystal fibers." Science 299 358–362 (2003) K Tajima J Zhou K Nakajima K Sato "Ultralow loss and long length photonic crystal fiber." Journal of Light wave Technology 22:7 (2004) R Buczyński "Photonic crystal fibers." Acta Physica Polonica Series A 106 141–168 (2004) D Chen L Shen "Ultrahigh birefringent photonic crystal fiber with ultralow confinement loss." IEEE Photonics Technology Letters 19 185–187 (2007) 10 B Dabas R K Sinha "Dispersion characteristic of hexagonal and square lattice chalcogenide As2Se3 glass photonic crystal fiber." Opt Commu 283 1331–1337 (2010) 52 11 N Karasawa "Dispersion properties of liquid-core photonic crystal fibers." Applied Optics 51 5259-5265 (2012) 12 S Olyaee F Taghipour "A new design of photonic crystal fiber with ultra- flattened dispersion to simultaneously minimize the dispersion and confinement loss" Journal of Physics conference series 276 IOP Publishing p 012080 (2011) 13 K Moutzouris M Papamichael S C Betsis I Stavrakas G Hloupis D Triantis "Refractive dispersive and thermo-optic properties of twelve organic solvents in the visible and near-infrared." Appl Phys B 116 617–622 (2014) 14 S Kedenburg, M Vieweg, T Gissibl, and H Giessen, “Linear refractive index and absorption measurements of nonlinear optical liquids in the visible and nearinfrared spectral region,” Opt Mater Express 2(11), 1588–1611 (2012) 15 https://refractiveindex.info/?shelf=main&book=SiO2&page=Malitson 16 Lumerical Solutions, Inc http://www.lumerical.com/tcad-products/mode/ 17 N Naddi E Mahammed K L N Ksihore "Dispersion and Effective Area of Air Hole Containing Photonic Crystal Fibres." IOSR J Electron Commun Engine 12 09-12 (2017) 18 L Chu Van A Anuszkiewicz A Ramaniuk R Kasztelanic K Xuan Dinh M Trippenbach R Buczyński “Supercontinuum generation in photonic crystal fibres with core filled with toluene.” Journal of Optics 19 p 125604 (2017) 19 Nguyễn Hoài Thanh, “Nghiên cứu số tính chất đặc trưng PCF lõi rỗng với mạng lục giác thẩm thấu Toluen”, Luận Văn Thạc Sỹ, Đại Học Vinh, 2018 20 S M Sze, “Semiconductor Devices”, Physics and technology, Wiley, New York, 2nd edition (2002) 21 C Kittel, “Introduction to solid state physics”, Wiley, New York, 7th edition (1996) 53 22 Eli Yablonovitch, “Inhibited Spontaneous Emission in Solid-State Physics and Electronics”, Phys Rev Lett 58, 2059 – Published 18 May 1987 23 Sajeev John, “Strong localization of photons in certain disordered dielectric superlattices”, Phys Rev Lett 58, 2486 – Published June 1987 24 O Painter, 1R K Lee, A Scherer, A Yariv, J D O'Brien, P D Dapkus, I Kim, “Two-Dimensional Photonic Band-Gap Defect Mode Laser”, Science, Vol 284, Issue 5421, pp 1819-1821 (1999) 25 John D Joannopoulos, Steven G Johnson, Joshua N Winn, Robert D Meade, “Photonic Crystals: Molding the Flow of Light”, Princeton University Press; edition, 1995 26 Rahul Singh, “ Design of Photonic Crystal Fiber for Large Negative” , master of engineering, Thapar university, 2012 ... SO SÁNH CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA PCF VỚI MẠNG LỤC GIÁC ĐỀU CÓ LÕI RỖNG ĐƯỢC THẨM THẤU BỞI NITROBENZEN VÀ TOLUEN 37 2.1 Cấu trúc sợi tinh thể quang tử mạng lục giác lõi rỗng thẩm thấu. .. " So sánh đại lượng đặc trưng PCF có mạng lục giác với lõi rỗng thẩm thấu Nitrobenzen Toluen" Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu tính chất đặc trưng PCF với mạng lục giác có lõi rỗng thẩm thấu Nitrobenzen. .. ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA PCF VỚI MẠNG LỤC GIÁC ĐỀU CÓ LÕI RỖNG ĐƯỢC THẨM THẤU BỞI NITROBENZEN VÀ TOLUEN 2.1 Cấu trúc sợi tinh thể quang tử mạng lục giác lõi rỗng thẩm thấu Nitrobenzene 2.2 So sánh