Nghiên cứu tương tác tán xạ raman cưỡng bức trong môi trường phi tuyến chứa trong sợi tinh thể quang tử lõi rỗng TT

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ QN SỰ THÁI DỖN THANH NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC TÁN XẠ RAMAN CƯỠNG BỨC TRONG MÔI TRƯỜNG PHI TUYẾN CHỨA TRONG SỢI TINH THỂ QUANG TỬ LÕI RỖNG Chuyên ngành: Quang học Mã số: 9.44.01.10 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ HÀ NỘI - 2021 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Mạnh Thắng PGS.TS Hồ Quang Quý Phản biện 1: GS.TS Trần Công Phong Phản biện 2: PGS TS Trịnh Đình Chiến Phản biện 3: TS Nguyễn Minh Huệ Luận án bảo vệ Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Viện, họp Viện Khoa học Công nghệ Quân vào hồi tháng năm 2021 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Viện Khoa học Công nghệ Quân - Thư viện Quốc gia Việt Nam giờ, ngày MỞ ĐẦU Laser quang sợi nghiên cứu dựa tượng tán xạ Raman cưỡng mơi trường sợi quang Với tính chất thay đổi bước sóng chùm laser tồn dẫn sợi quang, laser Raman sợi quang sử dụng thông tin quang, với mục đích khuếch đại tín hiệu truyền mở rộng phổ truyền Sợi quang thủy tinh truyền thống pha tạp tâm hoạt Raman nghiên cứu đưa vào sử dụng, nhiên tồn hiệu suất Raman thấp, công suất thấp nên cần sợi quang hoạt có chiều dài lớn, khả mở rộng vùng phổ hạn chế Hiện nay, xu hướng nghiên cứu sợi quang tử tinh thể lõi đặc lõi rỗng (HC-PCF) nghiên cứu nhiều với mục đích phát siêu liên tục, tức phát ánh sáng có phổ siêu rộng, có cường độ phổ từ xung ánh sáng đơn sắc Hiện tượng phát siêu liên tục tổng hợp hiệu ứng phi tuyến như: tán sắc vận tốc nhóm bậc cao, tự biến điệu pha, tương tác bốn sóng tán xạ Raman cưỡng Các hiệu ứng có hiệu suất cao nhờ vào tính chất vùng cấm, tiết diện mode nhỏ hệ số phi tuyến cao sợi quang tử Đối với sợi quang tử lõi rỗng, lõi chứa khí có độ phi tuyến cao với nồng độ cao, hiệu ứng phi tuyến tăng lên đáng kể Do đó, laser Raman sử dụng sợi quang tử lõi rỗng nghiên cứu nhiều năm gần Sử dụng cấu hình laser Raman với sợi quang tử lõi rỗng, phương pháp bơm ngược bơm xuôi sử dụng cho tính chất xung phát đa dạng lý thú Tuy nhiên, kết thu thực nghiệm phát laser Raman sợi quang lõi rỗng chưa giải thích cách tường minh số tính chất đặc thù xung laser phát như: hình thành chuỗi xung kiểu lược (comb), tượng chuỗi xung tự tương tự (self-similar), ảnh hưởng tương tác kết hợp (coherent interaction), chưa khảo sát chi tiết ảnh hưởng tham số cấu trúc chiều dài, áp suất khí lên hiệu suất phát cực đại Để làm rõ thêm chất tán xạ Raman HC-PCF, luận án nghiên cứu trình SRS kết hợp nhanh hai cấu hình tán xạ Raman cưỡng bơm ngược tán xạ Raman cưỡng bơm thuận mơi trường khí hoạt chất H2 Ảnh hưởng kích thước lõi rỗng, mở rộng Doppler, va chạm phân tử khí H2 với chúng với thành sợi quang tử lõi rỗng HC-PCF lên mở vạch phổ Raman nghiên cứu bước đầu Nội dung nghiên cứu trình bày luận án: “Nghiên cứu tán xạ Raman cưỡng môi trường Hidro chứa sợi tinh thể quang tử lõi rỗng” CHƯƠNG TÁN XẠ RAMAN VÀ TƯƠNG TÁC RAMAN TRONG SỢI TINH THỂ QUANG TỬ LÕI RỖNG 1.1 Tán xạ Raman tự phát tán xạ Raman cưỡng 1.2 Phát, khuếch đại laser Raman sợi quang 1.3 Sợi tinh thể quang tử lõi rỗng (HC-PCF) 1.4 Chế độ SRS kết hợp nhanh HC-PCF 1.5 Kết luận chương Chương trình bày tổng quan số khái niệm vật lý liên quan đến laser Raman, đặc biệt laser Raman sợi quang nói chung sợi quang tử nói riêng Từ dẫn giải phân tích, tơi dẫn số vấn đề cần nghiên cứu nhằm mục đích hiểu rõ chất tán xạ Raman cưỡng mơi trường khí chất đầy sợi quang tử lõi rỗng có tính chất phi tuyến đặc biệt Trong chương tiếp theo, luận án trình bày luận lý thuyết từ mơ q trình phát laser Raman phân tích q trình vật lý chủ yếu ảnh hưởng đến hình thành dạng tín hiệu Raman phổ CHƯƠNG TƯƠNG TÁC TÁN XẠ RAMAN CƯỠNG BỨC KẾT HỢP BƠM NGƯỢC TRONG MÔI TRƯỜNG PHI TUYẾN CHỨA TRONG HC-PCF 2.1 Một số hiệu ứng nguyên lý tương tác Raman Trình bày vài hiệu ứng có tính ngun lý ứng dụng chúng nén xung, khuếch đại Raman 2.2 Hệ phương trình liên kết tán xạ Raman cưỡng 2.2.1 Dao động kích thích vật liệu đồng phô nôn quang học Trong tán xạ Raman tự phát tán xạ lượng nhỏ phô tôn tới để biến thành phô tôn Stokes pha thành phần  dao động phân tử khơng đồng với nhau, tyans xạ Raman cưỡng (SRS) có số lượng lớn phô tôn Stokes bị tán xạ trường tán xạ pha thành phần  kích thích phân tử đồng với Kích thích đồng môi trường hoạt chất xem sóng kích thích vật liệu kết hợp (đồng pha) gọi phô nôn quang học Các phô nôn quang học tương tự phô tôn mô tả loại chuyển động đặc biệt tần số Mỗi phơ nơn quang có lượng Ω lượng tử kích thích mốt dao động Sóng kết hợp kích thích vật liệu khơng có tán sắc hoạt động tương tự sóng cổ điển với véc tơ sóng xác định k   kz Do trường phơ nơn quang q (1.4) viết lại sau: (2.1) q ( z , t )  Q  t  exp i  kz - t    c.c Q  t  hàm bao phức phụ thuộc thời gian biên độ phô   nôn quang Giống phô tôn, phô nôn quang bị hủy q trình va chạm 2.2.2 Sơ đồ hợp pha cho SRS Giả sử mốt quang với tần số p qua môi trường quang học chứa bên lõi rỗng HC-PCF bị ảnh hưởng tán sắc đặc trưng số truyền    [m-1] Chúng ta xét trường tác dụng bao gồm xung bơm xung Stokes mầm (Stokes seed), qua môi trường hoạt chất chứa HC-PCF giả sử mối quan hệ tán sắc      biểu diễn đường cong hình 2.3 Hình 2.3 Sơ đồ hợp pha quang học cho SRS Phô nôn tạo q trình FSRS (véc tơ 1); Phơ nơn tạo cho q trình phát đối Stokes (véc tơ 2); Phơ nơn tạo q trình BSRS (véc tơ 3) 2.2.3 Phương trình truyền sóng Hệ phương trình truyền sóng cho hai hướng thuận ngược như sau:  E j  z, t  z n j E j  z , t   t c  i 0 2j 2k j PjN  z, t  exp  ik j z   j E j  z, t  (2.13) 2.2.4 Hình thức luận mật độ Hamiltonian Trên sở hình thúc luận mật độ ma trận mật độ Hamiltonian, nhận hệ phương trình biên độ mơ tả tương tác SRS: E p n p E p iN  p    p (2.33) z   c t  Ep   QEs  4n p c  q 0 Es ns Es iN s    * s     Q E p  Es z c t 4ns c  q 0 (2.34) Viết lại phương trình dao động tử kết hợp từ (2.23) i    Q *   2Q    E p Es t 2m0   q 0 (2.35) số j  p, s kí hiệu cho tần số bơm  p Stokes s 2.2.5 Hình thức luận toán tử ma trận mật độ Tán xạ Raman cưỡng mô tả theo sơ đồ mức lượng hình 2.4 Hình 2.4 Sơ đồ mức lượng mức cho SRS Chúng dẫn phương trình truyền tương tác cho sóng bơm Stokes sau: E p E p   pvp   i  z v p t  s vs  p   QEs  E p  Es Es    i 2Q* E p  s Es z vs t (2.76) (2.77) cN 0s1* đó,   , v p,s  c vận tốc nhóm n p,s 4ns Hệ bốn phương trình (2.35), (2.76) (2.77) mô tả chi tiết tiến triển theo không-thời gian, tương tác trường tác dụng kích thích kết hợp vật liệu quan điểm học lượng tử Tiếp theo, tơi phân tích liên hệ mơ hình học lượng tử mơ hình học cổ điển mối quan hệ biên độ dao động q kết hợp phân tử 22  t  2.3 Mơ hình lý thuyết BSRS kết hợp lời giải tiệm cận Quá trình khuếch đại ngược chia làm hai chế độ tuyến tính phi tuyến (hình 2.5) Hình 2.5.Chế độ khuếch đại tán xạ Raman ngược: a) Tuyến tính; b) Phi tuyến Sử dụng phép gần biến đổi chậm, tích nhanh phương pháp nghiệm xấp xỉ Sine-Gordon, chúng tơi nhận phương trình vi phân thông thường: d 2 d  (2.97)   sin  dZ Z dZ đó,  Z     x, T  , với Z  xT biến tự tương tự Lời giải phương trình phụ thuộc vào điều kiện biên Trong phạm vi nghiên cứu tơi thì:  (0)  , có nghĩa trước tương tác trường bơm trường Stokes (mầm) không tồn kết hợp,  '(0)   (thông số nhỏ) nói lên biên độ Stokes ban đầu nhỏ Hình 2.6 Mật độ phơ tơn chuẩn hóa IN thay đổi theo biến tự tương tự Z Phát triển động học cường độ trường bơm, Stokes kết hợp theo biến tự tương tự Z mô tả mật độ lượng chuẩn hóa hình 2.5 Hình 2.6 phát triển động học trường bơm, tín hiệu Stokes ngược kết hợp tương ứng với biến tự tương tự Z Trong xuất chuỗi dao động Stokes gây dịch chuyển pha  từ hàm tự tương tự   Z  Nguồn gốc vật lý hoạt động hiểu khả nhớ “memory” sóng kết hợp sau trường tác dụng qua chế độ tán xạ Raman ngược kết hợp nhanh 2.4 Mơ hình BSRS kết hợp cho tính tốn mơ Mơ hình ngun lý BSRS với sơ đồ thiết kế tối thiểu trình bày hình 2.7 Với sơ đồ thiết kế này, xung Stokes mầm xung bơm lan truyền ngược chiều qua môi trường phi tuyến chứa HC-PCF Hình 2.7.Sơ đồ nguyên lý tối thiếu BSRS Dựa vào khả thực nghiệm Phịng thí nghiệm Raman, Viện Mark Plank Khoa học ánh sáng (CHLB Đức), tham số sử dụng cho mô lựa chọn sau: - Môi trường phi tuyến khí H2 nén áp suất bar; mật độ orthogonal-H2 62% paragonal-H2 38% nhiệt độ phịng Với điều kiện mơi trường phi tuyến, số truyền sóng 1 Stokes bơm tương ứng  s  5,5 10 m  p  5,9 106 m1 Đại lượng tắt dần chuẩn hóa  =0,0145, cường độ Raman (phân cực  tròn) 1*  7, 108 m V2  - HC-PCF có bán kính 5µm độ dài lựa chọn theo yêu cầu toán (1,4m 4m) 11 Trong giới hạn lượng bơm độ dài tương tác lớn (như HC-PCF), phương trình (2.97) cho lời giải xung 2 dạng   arctan(exp( Z )) Thay vào (2.96) (2.92) ta có lời giải: Ap  a0 tanh( Z )   P As  2 a0 sec h( Z ) P  sec h( Z ) (2.98) (2.99) (2.100) Phương trình (2.98)-(2.100) trạng thái tiệm cận từ tiến triển trường kết hợp trường Stokes Nghiệm (2.100) trạng thái tiệm cận tiến triển đường bao xung Stokes Trong trạng thái tốc độ sóng Stokes sóng kết hợp bị định dạng tiệm cận tới chuỗi xung có dạng đặc biệt hyperbolicsecant hay cịn gọi chỗi xung soliton Hình 2.10 Sự dịch chuyển chuỗi xung Stokes đo thực nghiệm ngăng lượng bơm tăng dần Chuỗi soliton nhận hình 2.10 phù hợp với kết nhận thực nghiệm cơng trình N M Thắng [92] trình bày hình 1.13 Được hỗ trợ đồng nghiệp Phịng thí 12 nghiệm Raman khí, Viện Mark Plank Khoa học ánh sáng thực thí nghiệm sở thơng số mô thu chuỗi soliton chuyển dịch với tốc độ siêu huỳnh quang (hình 2.10) Đến đây, khẳng định mơ hình lý thuyết phương pháp mơ thực áp dụng để giải thích q trình xuất chuỗi soliton tương tác Raman ngược kết hợp nhanh cấu hình bơm ngược 2.5.3 Hiệu ứng tự tương tự chế độ tuyến tính phi tuyến Chuỗi soliton chuyển dịch hình 2.11 gọi tự tương tự chế độ phi tuyến mà công suất bơm cao ngưỡng Trong trường hợp này, lượng xung bơm lớn 14J, xuất chuỗi soliton Hình 2.11 Xung Stokes phát triển khơng tn theo qui tắc tự tương tự BSRS chế độ tuyến tính (dưới ngưỡng lượng bơm) với lượng bơm khác Ngược lại, lượng xung bơm nhỏ 14J xung mầm mở rộng thêm đỉnh khuếch đại không đáng kể không xuất đỉnh Trong dải lượng thấp (dưới 13 ngưỡng) cho chế độ tương tác tuyến tính (0-9µJ), cường độ Stokes chuẩn hóa hình 2.11 khơng tn theo qui luật tự tương tự, lượng bơm khác xung phát triển khác thang đo biến tự tương tự Z Điều giải tích sau, chiều dài sợi quang tốc độ phá hủy kết hợp xác định chế độ hoạt động phụ thuộc vào cơng suất bơm, giá trị lượng bơm thấp dải thời gian cần cho chế độ BSRS nhanh ngắn độ rộng xung bơm nằm dải điều kiện cho   Điều với FSRS lượng bơm ngưỡng Khi lượng bơm tăng, khoảng xung bơm cần cho chế độ kết hợp nhanh mở rộng, khoảng xung bơm thí nghiệm nằm dải yêu cầu dẫn đến hệ tương tác hoạt động chế độ BSRS nhanh tuân theo hoạt động tự tương tự Hình 2.12 dải hoạt động tín hiệu Stokes dải lượng 13µJ -18µJ Hình 2.12 Chế độ BSRS nhanh thực hoạt động tự tương tự xung Stokes, cường độ Stokes chuẩn hóa theo xung thứ 2, với lượng bơm khác 14 Kết hình 2.12 lượng bơm (vượt ngưỡng) thay đổi xung thứ thứ bất biến theo biến tự tương tự Z Tuy nhiên, đỉnh thứ ban đầu lại thay đổi, điều giải thích cạnh tranh ảnh hưởng xung Stokes thuận từ xung bơm vị trí xung thứ theo thời gian, tương tác sóng bị vi phạm Các xung thứ hai thứ ba bị ảnh hưởng tuân theo hoạt động tự tương tự Sự xuất chuỗi xung soliton hình 2.9, hình 2.10 tự tương tự hình 2.12 2.6 Kết luận chương Chương phát triển lời giải gần tiệm cận giới hạn lượng bơm cao cho hệ phương trình liên kết, mơ tả tương tác Raman ngược kết hợp nhanh để giải thích cho xuất chuỗi soliton đồng quan sát thực nghiệm mơi trường khí phi tuyến chứa sợi HC-PCF Kết tính tốn tương đối phù hợp với thực nghiệm, giải thích q trình hình thành chuỗi xung từ xung tín hiệu ban đầu “đơn”, giới hạn tiệm cận lượng bơm cao chuỗi xung trở thành chuỗi soliton chuyển động với tốc độ siêu huỳnh quang Kết nghiên cứu xem phát triển hình thức luận “đơn” xung soliton thời gian BSRS cơng bố trước Đáng ý, mơ hình chứng minh giải thích hoạt động chuỗi xung tuân theo qui luật tự tương tự giống FSRS kết hợp nhanh Nghiên cứu chứng minh khả khuếch đại chế độ khác nhau, tính chất phức tạp tương tác quang học phi tuyến dựa cấu hình sợi quang đầy tiềm HC-PCF 15 CHƯƠNG ĐỘNG HỌC TƯƠNG TÁC TRONG CHẾ ĐỘ TÁN XẠ RAMAN KẾT HỢP NHANH BƠM THUẬN 3.1 FSRS kết hợp nhanh mơi trường khí H2 chứa HCPCF 3.1.1 Hệ phương trình liên kết FSRS Hệ phương trình đường bao mô tả tương tác kết hợp tán xạ Raman kết hợp dẫn sau: E p z    pvp E p  i  v p t  s vs p   12 Es  E p  Es Es    i 12* E p  s  s z vs t  n - n0  n 1  i1E *p Es 12  i1* E p Es* 12*  t 2 T1 12 *   i1 nE p Es*  12 t T2 (3.1) (3.2) (3.3) (3.4) Các ký hiệu trình bày chương chương 3.1.2 Mơ hình FSRS kết hợp cho tính tốn mơ Mơ hình ngun lý FSRS với sơ đồ thiết kế tối thiểu trình bày hình 3.1 Khác với mơ hình cho BSRS, sóng Stokes sóng bơm truyền lan chiều với qua mơi trường phi tuyến 16 Hình 3.1 Sơ đồ nguyên lý FSRS - Nguồn bơm laser thông dụng (giả sử Nd:YAG 1064 nm) nguồn laser có tần số nằm vùng hồng ngoại khả kiến Trường laser nguồn bơm 1064nm, HC-PCF có chiều dài 4m Hai xung Stokes xung bơm có dạng hình 3.2a 3.2b - Sử dụng HC-PCF có sổ truyền quang phù hợp với tần số (  s ) tần số bơm (  p ), mát hai song  s   p  0.01 dB/m -Áp suất khí H2 1bar Thời gian hồi phục nghịch đảo mật độ phâ tử H2 T1 = 1000ns; Thời gian tắt dần kết hợp phân tử T2 =5ns; Số phân tử chuẩn hóa N  1; n0   , áp suất bar; Hằng số truyền sóng tín hiệu Stokes sóng bơm  s  5.5 106 m 1 ;  p  5.9 106 m1 , cường độ liên kết Raman  1*  7.4 108 m V2  - Bán kính lõi rỗng HC-PCF r=5µm - Biên độ xung Stokes ban đầu nhỏ Es  0, 01.E p 17 a) b) Hình 3.2 a) xung Stokes b) xung bơm ban đầu 3.2 Kết mô thảo luận 3.2.1 Tiến triển trường Trên hình 3.3 phát triển cấu trúc thời gian biên độ ba trường xung bơm – Stokes – kết hợp theo thời gian vị trí khác dọc theo sợi quang HC-PCF: z = 0,5 m (hình 3.3a), z = m (hình 3.3b), z = m (hình 3.3c), z = 2,5 m (hình 3.3d), z = 3m (hình 3.3e) z = m (hình 3.3f) Sự phát triển gia tăng cường độ trường Stokes với giảm cường độ cường độ trường bơm dọc theo sợi quang gây trao đổi lượng hai trường bơm Stokes 3.2.2 Tiến triển trường kết hợp mật độ nghịch đảo Sự thay đổi độ lớn trườngkết hợp |𝜌12 | mật độ nghich đảo |𝑛| theo không – thời gian (gian pha (z, t)) mô hình 3.4 Hình 3.5 mơ biến đổi cường độ chuẩn hóa chùm xung bơm chùm xung tín hiệu Stokes dọc theo chiều dài sợi quang Quá trình hiển nhiên tuân theo quy luật bảo toàn lượng tương tác Raman 18 a) z = 0,5 m b) z = m c) z = m d) z = 2,5 m e) z = m f) z = 4m Hình 3.3 Sự phát triển tương tác ba trường bơm dư (Ip)Stokes (Is) - kết hợp (Ic) theo thời gian mơi trường khí H2 vị trí khác dọc theo sợi quang HC-PCF 19 Hình 3.4 Sự phát triển độ lớn trường kết hợp (hình trên) mật độ nghịch đảo (hình dưới) Hình 3.5 Sự biến đổi cường độ chùm bơm Stokes theo khơng gian – thời gian 3.2.3 Q trình trao đổi lượng trường Biến đổi trường hình 3.5 cụ thể hóa q trình trao đổi lượng chúng tuân thủ định luật bảo toàn lượng Tiến triển lượng trường bơm trường Stokes theo chiều dài lõi HC-PCF tính tốn trình bày hình 3.6 20 Hình 3.6 Trao đổi lượng bơm lượng tín hiệu Stokes’ Ảnh hưởng độ rộng xung: Giả sử biên độ xung bơm không đổi độ rộng xung bơm giảm từ 22ns tới 8ns Các thông số khác giữ nguyên Sự trao đổi lượng trường bơm trường tín hiệu Stokes mơ hình 3.7 Ảnh hưởng độ rộng xung bơm lên trình trao đổi lượng (hình 3.7) hiệu suất phát đầu 4m (hình 3.8) Ảnh hưởng áp suất khí: Ảnh hưởng áp suất khí hoạt chất H2 lên hiệu suất phát sóng tần số Stokes với tham số độ dài xung bơm 15ns chiều dài sợi quang cố định z = 4m tính tốn trình bày hình 3.9 Chúng ta thấy giảm áp suất từ 4bar ( T2 = 2,5ns) tới 0,5bar ( T2 = 5,2ns) hiệu suất tạo Stokes tăng tiệm cận với đường lượng tổng cộng En0 Hiệu suất tính đầu chiều dài sợi quang 4m (3.10) Qua đó, nhận thấy, lượng xung vào, độ rộng xung bơm, áp suất khí ảnh hưởng đến q trình trao đổi lượng bơm sang Stokes ngược lại, hiệu suất cực đại hiệu suất đầu phụ thuộc vào tham số cấu trúc (thiết kế) Hình 3.7 Ảnh hưởng độ rộng xung bơm tới trao đổi lượng Hình 3.8 Hiệu suất phát Stokes đầu 4m 21 Hình 3.9 Ảnh hưởng áp Hình 3.10 Hiệu suất phát Stokes suất khí hoạt chất H2 tới đầu 4m trao đổi lượng 3.3 Kết luận chương Trong chương này, trình động học FSRS kết hợp nhanh chất khí phi tuyến H2 chứa HC-PCF nghiên cứu thảo luận Kết cho thấy rõ chất trình tương tác, trình trao đổi lượng sóng bơm, sóng Stokes có tham gia trường kết hợp Sự tiến triển trường tham gia vào trình tương tác dọc theo sợi quang cách chi tiết, phân tích hoạt động trường kết hợp nghịch đảo mật độ để làm sáng tỏ tranh tương tác phi tuyến kết hợp nhanh tán xạ Raman cưỡng Khảo sát trình trao đổi lượng trường bơm trường Stokes, ảnh hưởng độ rộng xung bơm, chiều dài sợi quang, áp suất lên hiệu suất biến đổi lượng trường bơm trường Stokes Trong trường hợp khảo sát, chọn chiều dài sợi quang 4m cho hiệu suất tối ưu giá trị tối ưu phụ thuộc vào độ rộng xung áp suất khí 22 KẾT LUẬN Luận án nghiên cứu trình tán xạ Raman kết hợp mơi trường phi tuyến khí H2 chứa HC-PCF đạt được: A Các kết nghiên cứu: Luận án trình bày tổng quan tượng tán xạ Raman môi trường; quan hệ tán xạ tự phát cưỡng từ thấy trình cưỡng phi tuyến phụ thuộc mạnh vào độ dài tương tác; từ dẫn số ứng dụng tán xạ Raman cưỡng bức, đặc biệt thông tin quang sợi Cấu trúc số tính chất đặc biệt HC-PCF trình bày với mục đích vai trị chúng sử dụng chứa môi trường phi tuyến nghiên cứu quang học nói chung tương tác Raman nói riêng, đặc biệt chế độ SRS kết hợp nhanh (transient regime) Cuối tổng quan phát soliton, hiệu ứng tự tương tự, ảnh hưởng tham số độ dài sợi quang, áp suất,… trình tương tác Raman kết hợp nhanh xảy mơi trường phi tuyến chứa HC-PCF, từ rút số vấn đề cần làm sáng tỏ thêm lý thuyết Hệ phương trình liên kết mô tả từ trực quan tới lượng tử (đầy đủ) trình tán xạ Raman cưỡng dẫn để phân tích, giải thích hỗ trợ cho nghiên cứu tán xạ Raman thực nghiệm Dựa hệ phương trình liên kết này, chúng tơi đề xuất mơ hình lời giải tiệm cận gần cho BSRS kết hợp nhanh môi trường phi tuyến H2 để giải thích cho xuất chuỗi soliton từ xung “đơn” tín hiệu ban đầu, hiệu ứng tự tương tự quan sát thực nghiệm Nghiên cứu tán xạ Raman kết hợp thuận (FSRS) môi trường khí H2 chứa HC-PCF Q trình tương tác động học phức tạp 23 trường laser bơm, trường tín hiệu Stokes, trường kết hợp mật độ nghịch đảo phân tử môi trường phi tuyến chế độ SRS kết hợp nhanh mơ tả phân tích chi tiết dựa vào mô số Ảnh hưởng độ rộng xung bơm, độ dài sợi quang, áp suất khí chứa trongHCPCF khảo sát nhằm đưa tham số tối ưu cho hiệu suất phát Stokes B Những đóng góp Từ kết thu luận án, rút đóng góp sau: Đề xuất thành cơng mơ hình lời giải tiệm cận gần cho BSRS kết hợp nhanh môi trường phi tuyến H2 Kết mô thu chuỗi xung soliton sóng Stokes, chuỗi dịch chuyển huỳnh quang phía thời gian ngắn công suất bơm tăng Khẳng định xuất chuỗi xung BSRS kết hợp nhanh chất phi tuyến khí H2 chứa HC-PCF tuân theo hiệu ứng tự tương tự Kết góp phần giải thích cho xuất chuỗi soliton quan sát thực nghiệm Mô tả phân tích chi tiết q trình tương tác động học phức tạp trường laser bơm, trường tín hiệu Stokes, trường kết hợp mật độ nghịch đảo phân tử môi trường phi tuyến chế độ SRS kết hợp nhanh Kết góp phần làm sáng tỏ vai trị trường kết hợp tương tác nhanh Đã khảo sát ảnh hưởng độ rộng xung bơm, độ dài sợi quang, áp suất khí chứa trongHC-PCF khảo sát nhằm đưa tham số tối ưu cho hiệu suất phát Stokes Kết đưa lựa chọn, đáp ứng yêu cầu tối ưu trình thiết kế thực nghiệm 24 C Hướng nghiên cứu Trong giới hạn luận án, NCS tập trung khảo sát trình động nhằm mục đích phát hiệu ứng phức tạp lý thú xảy trình tương tác Raman kết hợp nhanh mà chưa quan tâm đến khảo sát thống kê Trong thời gian tới, ảnh hưởng độ rộng xung, lượng xung, áp suất khí, chiều dài sợi quang tới ngưỡng phát, hiệu suất phát hình thành đa dạng chuỗi soliton, hay phát tần số dải rộng Raman kiểu lược hỗn hợp khí phi tuyến, tối ưu phát tần số đối Stokes chế độ SRS kết hợp nhanh khảo sát cụ thể nhằm mục đích định hướng cho việc lựa chọn tham số tối ưu cho thiết kế thực nghiệm DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ Thang Nguyen Manh, Thanh Thai Doan (2016), “A train of backward Raman soliton pulses in hollow-core photon crystal fibres filled with hydrogen gas”, Optik, vol.127, no.21, pp 10259–10265 Thai Doan Thanh and Nguyen Manh Thang (2017), “Selfsimilarity in transient backward stimulated raman scattering by gas filled photon crystal fibres”, Advances in optics photons spectroscopy and applications IX, Publish House for Science and Technology, ISBN: 978 -604-913-578-1, pp.199-206 Thai Doan Thanh, Ho Quang Quy, Nguyen Manh Thang (2018), “Coherent Raman scattering interaction in hydrogen gas-filled hollow core photon crystal fibres”, Optik, vol.161, pp 156-160 Thai Doan Thanh, Ho Quang Quy, Nguyen Manh Thang (2020), “Efficiently Coherent Stokes Generation in Hydrogen Gas-Filled Hollow Core Photon Crystal Fibres”, Physics, vol.30, no.2, pp.143-150 Communications in ... chứa sợi tinh thể quang tử lõi rỗng? ?? CHƯƠNG TÁN XẠ RAMAN VÀ TƯƠNG TÁC RAMAN TRONG SỢI TINH THỂ QUANG TỬ LÕI RỖNG 1.1 Tán xạ Raman tự phát tán xạ Raman cưỡng 1.2 Phát, khuếch đại laser Raman sợi quang. .. cao sợi quang tử Đối với sợi quang tử lõi rỗng, lõi chứa khí có độ phi tuyến cao với nồng độ cao, hiệu ứng phi tuyến tăng lên đáng kể Do đó, laser Raman sử dụng sợi quang tử lõi rỗng nghiên cứu. .. phân tử khí H2 với chúng với thành sợi quang tử lõi rỗng HC-PCF lên mở vạch phổ Raman nghiên cứu bước đầu Nội dung nghiên cứu trình bày luận án: ? ?Nghiên cứu tán xạ Raman cưỡng môi trường Hidro chứa