Chế tạo nghiên cứu vật liệu zno thích hợp cho bức xạ laser ngẫu nhiên

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Phạm Văn Thìn CHẾ TẠO, NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU ZnO THÍCH HỢP CHO BỨC XẠ LASER NGẪU NHIÊN Chuyên ngành: Vật lý Chất rắn Mã số: 62 44 07 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Nguyễn Thế Bình PGS TS Tạ Đình Cảnh Hà Nội - 2015 LỜI CẢM ƠN Lời ầu đ t i ê n , ếgét p Thế B ì n h GĐ Sì v Pạ c h oỏ l òp nh n hảnThSC lời dẫn, nhữn g ịn đh ớnh gư tưởng nghi ê T ô i n g h i ứêu n ứ n u xi ọnng ctảmr â ơnớni s ci n ọhc vv ài ê TTô i ận q u ýủa cc ũ n tg r on nh gư bơ itn ôắci stớâi PbuGàS.yTs S Nt guyễn l ợđuc ưôsựng i nú hỡp tận đ t ìn h, b cá áầuycngcayt từh k h i n h t h h ì q uựcáhiệnt lurậnì n áh n t h t trc áầyc ct ôh g i oộ, hnọc củca a oc Báộ ô n ật Q u a n ợgng tửl , ưBộ m ô n ật V lạiýcư ơĐn g (mKhoaK h ị ca án hn V l ấýt rắnC, Bhộ m ô n v T roauhnọcgVật ltiệuâ Vật l ýờn, g ạTi Đhrọcư Khoa học Tự n h i ê n ) ạo q ềuuđ akiiệnn thut ậnâ lmợi , t c h o T ô i ơn n v t ô i x i n c c cứcơ t ọcr tậop n gv q unứáug h t i rê ì n n hc cảmh â nq ăuủana Tgnr t Bh ầ nnệuh, KGhiocấVậmt ề tđ ọi n gt ểmrđcấi p T ô i ảnmg c ũ h hPl n g ạiShọac u ihý ò, đ ờưnc gh ại Đhọc Khoa học Tự n h i ê nđỡãt ô i ú p gi h o n t h ọnc h n kg hhứi săinhn Xh củ a đ ã ic n âcảnm ạiĐhọc Quốc tọnrg tơ ựrn hỗ tsrợ t i c h í n g i aội ,H àốmQãGNTĐs06-02 ơxựn iq nus a nc ột n âg m , v ủiađêc ii ná c c c c cá acnhhchúị,, ô bạn b è chức đồvngà nghiệp Học viện Kỹ thuật Q uựâ; snự g is n ă nộcgHọctvihệnuKỹ thuật Q uự.â n Cuối động lực ể tđ cù n g ôđại t ặx lnu ng ận i d àá n h ợđc kưết n h n tà ữyn g c ờhni og ưt nhủhaâ n t h ô m n ay 1n àh yá5nn gă m 1gt Phạm Văn iii c c c q s n g y Hà ộiN , ú ỡpcủa đ Thìn ọơ à, cli h LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu kết trình bày Luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Các thơng tin, tài liệu trích dẫn Luận án ghi rõ nguồn gốc TÁC GIẢ Phạm Văn Thìn MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 12 1.1 CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA ZnO .12 1.1.1 Cấu t r ú cể ZnOt i n h t h 12 1.1.2 Cấu t r ú c v ợùngn cgủa ZnnOă n g l 14 ất qTuaíngnhọhc củac vhật liệu ZnO 17 1.1.4 Bức xạ c ỡưng từ vật liệu ZnO 28 1.2 TỔNG QUAN VỀ LASER NGẪU NHIÊN 35 1.2.1 Giới thiệu laser ngẫu n h i ê n .35 M ết chủ Lnetohkhovl vềý lasetr nhgẫuu y n h i ê n 36 1.2.3 Sự p h ểt n củta lrasier ngẫun h i ê n 41 1.2.4 Laser ngẫu n hừivậêt lniệu ZtnO 44 CHƢƠNG 2: CHẾ TẠO VÀ PHÂN TÍCH CẤU TRÚC MẪU 52 2.1 MẪU DẠNG VIÊN NÉN .52 2.2 MẪU MÀNG MỎNG 55 2.2.1 Tạo m n g ằn Zg n Op h bư n g-gel p h p S o l 2.2.2 Tạo m n g ằn Zg n Op h bư n gạp h p p h ú n x 60 2.3 MẪU BỘT NANO ZnO .68 2.3.1 Tạo bột nano Zno bằn g 2.3.2 Tạo bột p h n g - v pi h ìầunZnhO bằcn g p h n ủgy h ás p.ó n hg ó a 69 pp h.h á.â p.n .t h .75 56 CHƢƠNG 3: KHẢO SÁT BỨC XẠ LASER NGẪU NHIÊN TỪ CÁC MẪU ZnO DẠNG VIÊN NÉN VÀ MÀNG MỎNG .78 3.1 XÂY DỰNG HỆ ĐO PHỔ PHÁT QUANG KÍCH THÍCH BẰNG LASER N2 78 3.1.1 Kỹ thuật đ ỳon h h uq u a n gải thờpi ghiaân.n g i 78 3.1.2 Kỹ thuật x ựângyhệ đd o 80 3.2 KHẢO SÁT BỨC XẠ LASER NGẪU NHIÊN TRÊN HỆ ĐO PHỔ PHÁT QUANG KÍCH THÍCH BẰNG LASER N2 90 3.2.1 Phổ p h áqutang mẫu v i ê n ẫun é mn ỏnvnggà m.m 90 3.2.2 Bức xạ laser ngẫu n hừimêẫun vt i ê n n é n 92 3.2.3 Bức xạ laser ngẫu hừimêẫun n mt ỏnngg m 96 CHƢƠNG 4: KHẢO SÁT BỨC XẠ LASER NGẪU NHIÊN TỪ CÁC MẪU ZnO DẠNG BỘT 100 4.1 KHẢO SÁT BỨC XẠ LASER NGẪU NHIÊN TRÊN HỆ THU PHỔ PHÁT QUANG KÍCH THÍCH BẰNG LASER Nd:YAG XUNG NANO GIÂY 100 4.1.1 Bố t r ệí thu hphổ p h t q u a n g ằngklaísecr Nhd:YAtGhxuíngc nhano b g i â y 100 4.1.2 Phổ xạ laser ngẫu l a s e r n h i ê ệnđ o t ổrp êh ná t h q u a n gằngk í c h N d : Y A G x u n g n a n o g i â y .103 4.2 KHẢO SÁT PHỔ BỨC XẠ LASER NGẪU NHIÊN TRÊN HỆ THU PHỔ PHÁT QUANG KÍCH THÍCH BẰNG LASER Nd:YAG XUNG PICO GIÂY .109 4.2.1 Hệ thu phổ p h t quan g ằnk ílascerhNd:Yt AhG íxucngh picob g g i â y .109 4.2.2 Phổ xạ laser ngẫu í c h l a s e r n h i ê ệnthu pthổr pê hn t h q u a n gằngk N d : Y A G .x u n g p i c o g i â y .110 KẾT LUẬN 113 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .115 TÀI LIỆU THAM KHẢO 117 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc mạng tinh thể ZnO 12 Hình 1.2 Vùng Brillouin (a) cấu trúc vùng lượng (b) mạng lục giác 15 Hình 1.3 Sơ đồ vùng lượng tinh thể ZnO 16 Hình 1.4 Các chế hấp thụ photon ánh sáng .17 Hình 1.5 Các trình tái hợp xạ 19 Hình 1.6 Chuyển mức tái hợp xạ vùng - vùng .20 Hình 1.7 Phổ lặp lại phonon phổ huỳnh quang ZnO 22 Hình 1.8 Vùng exciton tự quang phổ PL ZnO 10K 24 Hình 1.9 Vùng exciton liên kết quang phổ PL ZnO 10 K 25 Hình 1.10 Vùng TES quang phổ PL ZnO 10 K .26 Hình 1.11 Vùng DAP lặp lại LO-phonon ZnO 10 K 27 Hình 1.12 Huỳnh quang lấy tích phân phổ mẫu ZnO (RT) 31 Hình 1.13 Phổ TRPL mẫu ủ nhiệt độ 1000, 950, 800 0C 31 Hình 1.14 Phổ PL chuẩn hố với cường độ kích thích khác 33 Hình 1.15 Phổ xạ laser (RT) 34 Hình 1.16 Phổ tăng ích quang học lớp epitaxy ZnO .34 Hình 1.17 Nguyên tắc hoạt động laser truyền thống laser ngẫu nhiên 36 Hình 1.18 Phổ phát xạ màng mỏng ZnO với cường độ kích thích khác 45 Hình 1.19 Sự phụ thuộc cường độ xạ vào cường độ kích thích .45 Hình 1.20 Sự phân bố không gian phổ phát xạ 46 Hình 1.21 Phổ xạ laser theo góc .47 Hình 1.22 Phổ xạ laser diện tích kích thích 980, 1350, 1870 Μm2 47 Hình 1.23 Sự phụ thuộc cường độ ngưỡng bơm vào diện tích kích thích [35] .48 Hình 1.24a Phổ phân giải thời gian cường độ xạ ngưỡng (a); ngưỡng (b) ngưỡng laser (c) 49 Hình 1.24b Phổ xạ phân giải theo thời gian – bước sóng .49 Hình 1.25 Phổ xạ viên nén ZnO với cường độ kích thích khác 50 Hình 1.26 Phổ xạ laser bột ZnO kích thích xung ns .50 Hình 2.1 Sơ đồ khối phương pháp gốm truyền thống 52 Hình 2.3 SEM JSM 5410 LV, JEOL 54 Hình 2.4 Phổ nhiễu xạ tia X viên nén ZnO 54 Hình 2.5 Ảnh SEM viên nén ZnO 55 Hình 2.6 Quy trình tạo vật liệu phương pháp Sol-gel 57 Hình 2.7 Sơ đồ chế tạo màng ZnO phương pháp Sol-gel 58 Hình 2.8 Phổ nhiễu xạ tia X màng ZnO chế tạo phương pháp Sol-gel .59 Hình 2.9 Ảnh SEM màng ZnO chế tạo phương pháp Sol-gel .60 Hình 2.10 Nguyên lý trình phún xạ .61 Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý hệ phún xạ cathode chiều [3] 62 Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý hệ phún xạ cathode xoay chiều RF [3] .63 Hình 2.13 Sơ đồ mạch điện phún xạ DC a) xoay chiều RF b) .64 Hình 2.14 Hệ phún xạ Univex-450 65 Hình 2.15 Bia gốm ZnO bố trí giá đỡ bia bên buồng phún xạ hệ Univex-450 66 Hình 2.16 Phổ nhiễu xạ tia X bia gốm màng ZnO chế tạo phương pháp phún xạ 68 Hình 2.17 Ảnh SEM màng ZnO chế tạo phương pháp phún xạ 68 Hình 2.18 Ngun tắc hoạt động lị vi sóng 70 Hình 2.19 Hệ tạo mẫu phương pháp vi sóng .71 Hình 2.20 Giản đồ nhiễu xạ tia X hạt nano ZnO chế tạo dung môi khác nhau: 73 Hình 2.21 TEM JEM-1010, JEOL .73 Hình 2.22 Ảnh TEM hạt nano ZnO chế tạo dung môi khác nh.a u 74 Hình 2.23a FE-SEM Hitachi S-4800 76 Hình 2.23b TEM HITACHI H7100 .76 Hình 2.24 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu bột nano ZnO hình cầu 76 Hình 2.25 Ảnh FE-SEM mẫu bột nano ZnO hình cầu 77 Hình 2.26 Ảnh TEM mẫu bột nano ZnO hình cầu 77 Hình 3.1 Cấu tạo bên đầu laser N2 TE - 999 .81 Hình 3.2 Mặt cắt buồng laser .82 Hình 3.3 Sơ đồ quang học máy đơn sắc cách tử kép GDM-1000 84 Hình 3.4 Nhân quang điện R928 84 Hình 3.5 Dao động ký số TDS-2014 86 Hình 3.6 Sơ đồ hệ đo kích thích laser N2 87 Hình 3.7 Các module chương trình máy tính hệ đo 88 Hình 3.8 Giao diện chương trình thu hiển thị kết đo 88 Hình 3.9 Xử lý số liệu đo ngôn ngữ Matlab 89 Hình 3.10 Bố trí hệ đo phổ phát quang kích thích laser N2 89 Hình 3.11 Phổ phát quang viên nén ZnO .90 kích thích đèn Xenon a) kích thích laser xung N2 90 Hình 3.12 Phổ phát quang màng mỏng ZnO 91 Hình 3.13 Phổ xạ laser từ mẫu viên nén ZnO .92 Hình 3.14 Phổ xạ laser từ mẫu ZnO viên nén với mật độ kích thích khác 93 Hình 3.15 Đường cong tăng ích phổ mode cộng hưởng .94 Hình 3.16 Phổ xạ laser từ màng Sol-gel ZnO lớp 96 Hình 3.17 Phổ xạ laser từ màng phún xạ ZnO 97 Hình 3.18 Phổ xạ laser từ màng Sol-gel lớp với mật độ kích thích khác nhau.97 Hình 3.19 Phổ xạ laser từ màng phún xạ với mật độ kích thích khác 98 Hình 4.1 Hệ thu phổ phát quang kích thích laser Nd:YAG xung nano giây 100 Hình 4.2 Laser Nd:YAG Quanta Ray Pro - 230 101 Hình 4.3 Máy quang phổ MS 257 102 Hình 4.4 Sơ đồ hệ thu phổ phát quang sử dụng laser Nd:YAG xung nano giây 102 Hình 4.5 Phổ nhiễu xạ tia X (a) ảnh SEM (b) mẫu bột thương mại 104 Hình 4.6 Phổ phát quang mẫu M1 (a) mẫu M2 (b) kích thích đa xung .104 Hình 4.7 Phổ xạ laser mẫu M1 (a) mẫu M2 (b) kích thích đơn xung105 Hình 4.8 Sự phụ thuộc cường độ đỉnh phổ vào mật độ công suất bơ 106 Hình 4.9 Phổ phát quang bột ZnO bơm đa xung (a) đơn xung (b) 106 Hình 4.10 Cấu trúc vùng đỉnh phổ xạ laser m 107 Hình 4.11 Phổ phát quang bột ZnO thương mại kích thích đơn xung 108 Hình 4.12 Ảnh TEM mẫu ZnO 108 Hình 4.13 Hệ thu phổ phát quang kích thích laser Nd:YAG xung cỡ pico giây 109 Hình 4.14 Phổ phát quang bột ZnO hình cầu kích thích xung pico giây 110 Hình 4.15 So sánh phổ phát quang bột hình cầu (M2) bột thương mại (M3)111 Hình 4.14 hình ảnh phổ phát quang lớp mỏng bột ZnO hình cầu Khi cường độ bơm nhỏ, phổ phát quang bao gồm đỉnh rộng xạ tự phát Khi mật độ công suất bơm vượt 1000 kW/cm2, phổ phát quang thu gồm đỉnh rời rạc vùng bước sóng 375 - 390 nm Các cường độ đỉnh phổ tăng mạnh với mật độ công suất bơm Các đỉnh xạ rời rạc với mẫu khác thu từ hướng khác từ bề mặt lớp ZnO Kết thực nghiệm cho thấy đỉnh rời rạc thu phổ phát xạ lớp bột ZnO hình cầu mode laser có nguồn gốc từ tán xạ ánh sáng lặp lại môi trường tăng ích ba chiều Như phân tích trên, tái hợp exciton ZnO cho bước sóng vùng 380 nm có thời gian sống nhỏ 200 ps Việc sử dụng bước sóng hịa ba bậc ba (355 nm) hệ laser pico giây PL2143B-Ekspla làm nguồn kích thích quang học mơi trường khuếch đại hạt hình cầu ZnO tăng cường tán xạ lặp lại, tạo nên vòng phản hồi cộng hưởng, tạo nờn hot ng laser 500 Cã ờn g đ ộ (đ vt (a) (b) Merck Mẫu hình cầu 400 300 200 (b) (a) 100 360 370 380 390 400 410 B•íc sãng (nm) Hình 4.15 So sánh phổ phát quang bột hình cầu (M2) bột thương mại (M3) (mật độ công suất bơm 2000 kW/cm2) Phổ phát quang từ lớp bột ZnO tinh khiết thương mại (M3) thu nhận điều kiện thí nghiệm tương tự để so sánh Phổ phát quang bột ZnO thương mại khơng có đỉnh rời rạc tăng mật độ công suất bơm đến giá trị cao Điều lần khẳng định, điều kiện cần để thu xạ cưỡng ngẫu nhiên kích thước hạt phải nhỏ cỡ bước sóng Phổ phát xạ bột ZnO hình cầu (Hình 4.15a) cịn cho thấy dịch chuyển đỉnh phổ vùng bước sóng ngắn so với phổ phát xạ bột thương mại bình thường Điều giải thích nhờ mở rộng độ rộng vùng cấm kích thước hạt giảm xuống Với hạt ZnO hình cầu, kích thước hạt vào khoảng 100 nm nhỏ nhiều so kích thước hạt 1-2 Μm bột thương mại KẾT LUẬN CHƢƠNG Đã bố trí hệ thí nghiệm thu phổ xạ laser ngẫu nhiên từ mẫu bột kích thích xung nano pico giây Phổ xạ laser ngẫu nhiên thu kích thích laser Nd-YAG đơn xung nano giây vùng phổ hẹp cỡ nm có đỉnh 390 nm Độ rộng phổ laser thu nhận kích thích xung nano giây chứng tỏ trình tác dụng xung kích thích, có số mode laser ngẫu nhiên kích hoạt với tần số khác nhau, tạo thành phổ chồng chập nhiều mode (laser gần liên tục - Quasi continuous) Phổ xạ laser ngẫu nhiên kích thích xung pico giây cho thấy phổ xạ nhận số vạch riêng rẽ vài buồng cộng hưởng ngẫu nhiên Kết quan sát phổ xạ laser từ mẫu chế tạo cho thấy kích thước hạt điều kiện cần để hình thành buồng cộng hưởng ngẫu nhiên; ngưỡng xạ laser ngẫu nhiên phụ thuộc vào kích thước hình thái hạt KẾT LUẬN Các kết luận án bao gồm: Đã khảo sát chế hoạt động laser ngẫu nhiên từ vật liệu ZnO: Cơ chế hình thành tính ngẫu nhiên buồng cộng hưởng laser; đặc trưng động học xạ cưỡng ngẫu nhiên từ vật liệu ZnO; dạng phổ laser ngẫu nhiên đặc trưng cho xung kích thích, phương pháp kích thích Nghiên cứu mơ hình lý thuyết laser ngẫu nhiên, đặc biệt mơ hình khuếch tán Letokhov nhằm giải thích chế hoạt động laser ngẫu nhiên Đã chế tạo thành công dạng mẫu vật liệu ZnO phục vụ cho việc nghiên cứu laser ngẫu nhiên gồm mẫu dạng viên nén chế tạo phương pháp gốm truyền thống; mẫu dạng màng mỏng chế tạo phương pháp Solgel phương pháp phún xạ; mẫu bột nano phương pháp hóa vi sóng phương pháp thủy phân Kết phân tích cấu trúc tinh thể hình thái hạt mẫu chế tạo cho thấy mẫu phù hợp với chế hoạt động laser ngẫu nhiên Dựa việc cải tiến máy quang phổ cách tử kép GDM-1000 (Carl-Zeiss Jena, Đức) sử dụng laser N công suất cao TE-999 (Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam) xây dựng hệ thu phổ phát quang phân giải thời gian Trên sở hệ đo này, lần Việt Nam, tách phổ xạ laser ngẫu nhiên có dạng vạch riêng rẽ khỏi phổ xạ tự phát mẫu viên nén màng mỏng Phổ laser ngẫu nhiên nhận hệ thống vạch riêng rẽ cách cỡ khoảng nm, có độ rộng bán cực đại cỡ nm Nghiên cứu sơ đồ thí nghiệm thu phổ laser ngẫu nhiên kích thích hịa ba bậc ba (355nm) laser Nd:YAG, chế độ xung nano giây (Quanta Ray Pro 230) sử dụng máy quang phổ MS-257 (Newport, USA) để thu nhận xạ laser ngẫu nhiên từ mẫu vật liệu dạng bột chế tạo Phổ xạ laser nhận kích thích đa xung đơn xung nano giây cho thấy hình thành nhiều mode laser ngẫu nhiên trình tác dụng xung bơm Phổ laser tập trung vùng bước sóng 390 nm có chồng chập mode tạo nên đỉnh phổ rộng khoảng nm Bố trí thí nghiệm khảo sát phổ xạ laser ngẫu nhiên từ mẫu bột kích thích hệ laser độ rộng xung pico giây (PL2143B-Ekspla) Phổ laser nhận vạch riêng rẽ vùng bước sóng 375 - 390 nm với độ rộng vạch cỡ 0,2 nm So sánh kết thu với trường hợp kích thích xung nano giây làm sáng tỏ trình động học loại xạ Các kết đo đạc thực nghiệm cho thấy mẫu ZnO chế tạo có khả phát xạ laser ngẫu nhiên Điều chứng tỏ, quy trình chế tạo mẫu ZnO thực thích hợp cho khả thu xạ laser ngẫu nhiên Đây khảo sát thực lần Việt Nam cho kết phù hợp với nghiên cứu quốc tế công bố thực điều kiện khác Mẫu bột ZnO chế tạo phương pháp thủy phân có hình thái cấu trúc thích hợp, cho phép thu xạ laser ngẫu nhiên dạng lớp bột mỏng vài micromet đế thủy tinh Đây kết thú vị, mở khả ứng dụng vật liệu làm làm lớp cảm biến mã hóa Việc nghiên cứu đầy đủ chế hoạt động laser ngẫu nhiên toán phức tạp Bức tranh chi tiết laser ngẫu nhiên vấn đề mẻ hấp dẫn nên có nhiều quan điểm khác lý thuyết nhiều điều tranh luận Tuy nhiên, kết đạt luận án góp phần hiểu rõ chế động học xạ laser ngẫu nhiên tác dụng xung nano pico giây DANH MỤC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Nguyen The Binh, Nguyen Van Hao, Nguyen Thi Hang, Duong Vu Truong, Pham Van Thin (2006), “Random laser in ZnO powder”, Advances in Optics Photonics Spectroscopy and Applications, Vietnam Academic Press, pp 298-302 Nguyen The Binh, Nguyen Van Hao, Nguyen Thi Hang, Pham Van Thin (2006), “Stimulated Emission and Lasing from ZnO Material”, VNU Journal of Science, Mathematics - Physics XXII(2AP), pp 28-31 Phạm Văn Thìn, Dương Vũ Trường, Nguyễn Thị Hằng, Nguyễn Thế Bình (2007), “Sự phát xạ cưỡng microlaser ngẫu nhiên từ màng mỏng ZnO”, Tuyển tập c c b ộái noghị Vcậtá o l ấýHt rắnC h t o ốàc nlần thqứuV, NXB Khoa học Tự nhiên Công nghệ, tr 592-595 Pham Van Thin, Nguyen The Binh (2008), “ZnO random microlaser excited by nanosecond laser pulses”, VNU Journal of Science, Mathematics - Physics 24(1S), pp 121 -124 Pham Van Thin, Nguyen Bich Hanh, Dinh Thi Yen, Nguyen The Binh, Ta Dinh Canh (2009), “Random microlaser excited by the third harmonic of Nd:YAG laser”, Advances in Optics Photonics Spectroscopy and Applications, Vietnam Academic Press, pp 171-174 Do Xuan Tien, Nguyen The Binh, Pham Van Thin (2009), “Time-resolved luminescence spectrum measurement using Nitrogen laser and digital oscilloscope”, Advances in Optics Photonics Spectroscopy and Applications, Vietnam Academic Press, pp 812-826 Phạm Văn Thìn, Nguyễn Thế Bình, Tạ Đình Cảnh, Phạm Thu Nga (2010), “Chế tạo số mẫu bột ZnO có khả phát xạ laser ngẫu nhiên”, Tuyển tập c c b o Hội nghị Vật l ấýt rắnC h t o ốàc nlần thqứuV, NXB Khoa học Tự nhiên Công nghệ, tr 519-522 Nguyen The Binh, Pham Van Thin, Pham Thu Nga, Nguyen Anh Tuan (2010), “Random lasing from powder of ZnO nanoparticles”, Proceedings the 5th Asian Symposium on Intense Laser Science, Publishing House for Science and Technology, pp 313-317 Nguyen The Binh, Pham Van Thin, Pham Thu Nga, Nguyen Anh Tuan (2011), “Random laser from ZnO of spherical nanoparticles”, VNU Journal of Science, Mathematics - Physics 27(1), pp 9-13 10 Nguyen The Binh, Pham Van Thin, Pham Thu Nga, Nguyen Anh Tuan (2011), “Random lasing from a layer of ZnO powder painted on glass substrate under excitation of nanosecond and picosecond laser pulses”, Communication in Physics 21(4), pp 353-357 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Thế Bình (2006), Quang phổ học thực nghiệm, NXB Giáo dục Nguyễn Xuân Chánh (2004), C ô n g ệ nn ag nh oều ếnđtừn g p h â n khđiểni tử n g u yử,êNnXB Kt hoa học Kỹ thuật Nguyễn Năng Định (2006), Vật l ýỹ thuvật mk ỏnngg, NXmB Đại học Quốc Gia Hà Nội Phùng Hồ, Phan Quốc Phơ (2001), G i o tậtr ì ln ýh ẫn,bVNáXnB Khoa học kỹ thuật d Đinh Văn Hồng, Trịnh Đình Chiến (2003), Vật l ý lứnag sdụengr, v NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Ngọc Long (2007), Vật l ấtý rắn,cNhXB Đại học Quốc Gia Hà Nội Nguyễn Hoàng Nghị (2003), C c pgh ưpơhnựác pnghiệtmh p h â n t í c cấu t, Nr XúBcGiáo dục ả ks hộát st ố t mí n h Nguyễn Duy Phương (2005), N g h i ứêu cnhế tạco o v chất nỏngg mà mt r ởê Zn n Oc vả àns ă knứnhgg dụng c h, Luận án Tiến sĩ Vật lý, Đại học Quốc gia Hà Nội Tiếng Anh R.V Ambartsumyan, P G Kryukov and V S Letokhov (1967), “Dynamics of emission line narrowing for a laser with nonresonant feedback”, Sov Phys JETP 24, pp 1129-1134 10 R.V Ambartsumyan, P.G Kryukov, V.S Letokhov, and Yu.A Matveets (1967), “Emission statistics of a laser with nonresonant feedback”, JETP Lett 5, pp 312-314 ú n g 11 R.V Ambartsumyan, P.G Kryukov, V.S Letokhov and Y.A Matveets (1968), “Statistical emission properties of a nonresonant feedback laser”, Sov Phys JETP 26, pp 1109-1114 12 R.V Ambartsumyan, N.G Basov, P.G Kryukov, and V.S Letokhov (1970), “Non-resonant feedback in lasers”, In Progress in Quantum Electronic Vol 1, J.H Sanders and K.W.H Stevens, eds Pergamon: NewYork, pp 107-185 13 J Andreasen, A A Asatryan, L C Botten, M A Byrne, H Cao, L Ge, L Labonté, P Sebbah, A D Stone, H E Türeci, C Vanneste (2011), “Modes of random lasers”, Advances in Optics and Photonics 3, pp 88-127 14 C H Bates, W B White and R Roy (1962), Science 137, p 933 15 D M Bagnall, Y F Chen, Z Zhu, T Yao, S Koyama, M Y Shen and T Goto (1997), “Optically pumped lasing of ZnO at room teperature”, Appl Phys Lett 70 (17), pp 2230-2232 16 D M Bagnall, Y F Chen, M Y Shen, Z Zhu, T Goto, and T Yao (1998), J Cryst Growth 605, pp 184–185 17 S Basu and A Dutta (1997), “Room-temperature hydrogen sensor based on ZnO”, Materials Chemistry and Physics 47, pp 93-96 18 T.V Butkhuzi, T G Chelidze, A N Georgobiani, D L Jashiashvili, T.G Khulordava and B E Tsekvava (1998), “Exciton photoluminescence of hexagonal ZnO”, Physical Review B 58(16), pp 10629-10695 19 Brandon Redding, Michael A Choma, Hui Cao (2011), “Spatial coherence of random laser emission”, Optics Letters 37(17), pp 3404-3406 20 Balachandran, Pacheco, Lawandy (1996), “Laser action in polymeric gain media containing scattering particles”, Appl Opt 35, pp 640–643 21 Balachandran, Lawandy (1995), “Interface reflection effects in photonic paint”, Opt Lett 20, pp 1271-1273 22 Balachandran, Lawandy, Moon (1997), “Theory of laser action in scattering gain medium”, Opt Lett 22, pp 319-321 23 H Cao, J.Y Xu, S.-H Chang, and S.T Ho (2000), “Transition from amplified spontaneous emission to laser action in strongly scattering medium”, Phys Rev E 61, pp 1985-1989 24 H Cao, J.Y Xu, E.W Seeling, and R.P Chang (2000), “Microlaser made of disordered media”, Appl Phys., Lett 76, pp 2997-2999 25 H Cao, J.Y Xu, D.Z Zhang, S.-H Chan, S.T Ho, E.W Seelig, X Liu and R.P.H Chang (2000), “Spatial confinement of laser light in active random media”, Phys Rev Lett 84, pp 5584–5587 26 H Cao (2002), “Random lasers with coherent feedback”, Optical Properties of Nanostructured Random Media, V.M Shalaev, ed., Springer: NewYork 27 H Cao, Y.G Zhao, H.C Ong, S.T Ho, J.Y Dai, J.Y.Wu and R.P.H Chang (1998), “Ultraviolet lasing in resonators formed by scattering in semiconducor polycrystalline films”, Appl.Phys.Lett.73, pp 3656-3658 28 H Cao, Y.G Zhao, S.T Ho, E.W Seelig, Q.H, Wang, and R.P.H Chang (1999), “Random laser action in semiconductor powder”, Phys.Rev.Lett 82, pp 2278-2281 29 H Cao, Y Ling, and C.Q Cao (2001), “Photon statistics of random lasers with resonant feedback”, Phys Rev Lett 86, pp 4524–4527 30 B Chapman and S Mangano (1988), Introduction to sputtering Handbook of Thin Films Deposition Processes and Techniques, Noyes Publication Park Ridge, New Jersey, USA 31 Y Chen, D M Bagnall, H J Koh, K T Park, K Hiraga, Z Zhu and T Yao (1998), “Plasma assisted molecular beam epitaxy of ZnO on cplane sapphire: Growth and characterization”, Journal of Applied Physics 84 (7), pp.3912-3918 32 Y Chen, N T Tuan, Y Segawa, H Ko, S Hong, T Yao (2001), "Stimulated emission and optical gain in ZnO epilayers grown by plasma-assisted molecular-beam epitaxy with buffers", Appl.Phys.Lett 78(11), pp 1469-1471 33 S Choopun, R D Vispute, W Noch, A Balsamo, R P Sharma, T Venkatesan, A Iliadis and D C Look (1999), “Oxygen pressure-tuned epitaxy and optoelectronic properties of laser-deposited ZnO films on sapphire”, Appl Phys Lett 75 (25), pp 3947-3949 34 F Decremps, J Pellicer-Porres, A M Saitta, J.C Chervin and A Polian (2002), “High-pressure Raman spectroscopy study of wurtzite ZnO,” Physical Review B 65(9), pp 2101-2104 35 Kurniawan Firdaus, Toshihiro Nakamura and Sadao Adachi (2012), “Improved lasing characteristics of ZnO/organic-dye random laser”, Applied Physics Letters 100(17), pp 1101-1104 36 C Gouedard, D Husson, C Sauteret, F Auzel, and A Migus (1993), “Generation of spa- tially incoherent short pulses in laser-pumped neodymium stoichiometic crystals and powders”, J Opt Soc Am B 10, pp 2358–2363 37 A.Z Genack (1990), “Universality of wave propagation in random media”, Europhys Lett 11, pp 733–738 38 A.Z Genack (1990), “Fluctuations, correlation and average transport of electromagnetic radiation in random media”, The Scattering and Localization of ClassicalWaves, P Sheng, ed.,World Scientific: Singapore 39 Jian Huang, Muhammad Monzur Morshed, Zheng Zuo and Jianlin Liu (2014), “Distributed Bragg reflector assisted low-threshold ZnO nanowire random laser diode”, Appl Phys Lett 104, 131107, 1-3 40 H Ibach (1969), Phys Status Solidi 33, p257 41 J E Jaffe, Pandey Ravindra and A B Kunz (1991), “Electronic structure of the rocksalt-structure semiconductors ZnO and CdO”, Physical Review B 43 (17), pp 14030-14034 42 X Jiang, Q Li, and C M Soukoulis (1999), “Symmetry between absorption and amplification in disordered media”, Phys.Rev.B 59, pp 9007-9010 43 M Kawasaki et al (1998), Mater Sci Eng B 56, p239 44 W Koechner (1999), Solid-State Laser Engineering, 5th revised and updated ed., Springer- Verlag: NewYork 45 C F Klingshirn (1995), Semiconductor Optics, Berlin 46 Charles Kittel (1986), Introduction to solid state physics (sixth edition), John Wiley Sons, Inc., New York, Chicchester, Brisbane, Toronto, Singapore 47 Kwang-Yong Jeong, Yong-Hee Lee, Hui Cao, and Jin-Kyu Yang (2012), “Lasing in localized mode at optimized photonic amorphous structure”, Applied Physics Letters 101, pp 091101-091104 48 N.M Lawandy, R.M Balachandran, A.S.L Gomes (1993), The International Conference of Luminescence, University of Connecticut, Storrs, CT 49 N.M Lawandy, R.M Balachandran, A.S.L Gomes, and E Sauvain (1994), “Laser action in strongly scattering medium”, Nature 368, pp 436–438 50 V.S Letokhov (1968), "Generation of light by a scattering medium with negative resonance absorption”, Sov Phys JETP 26, pp 835–840 51 V.S Letokhov (1967), “Stimulated emission of an ensemble of scattering particles with negative absorption”, JETPLett.5, pp 212-215 52 Y Ling, H Cao, A.L Burin, M.A Ratner, X Liu, and R.P.H Chang (2001), “Investigation of random lasers with resonant feedback”, Phys.Rev.A 64, 063808, 1-8 53 C Y Liu, H Y Xu, Y Sun, J G Ma, and Y C Liu (2014), “ZnO ultraviolet random laser diode on metal copper substrate”, Optics Express 22(14), pp 16731-16737 54 R Loudon (1983), The Quantum Theory of Light, 2nd ed., Oxford University Press: Oxford 55 Chia Hao Lu, Tzu Yang Chao, Ying Feng Chiu, Shuo Yen Tseng and Hsu Cheng Hsu (2014), “Enhanced optical confinement and lasing charateristics of individual urchin-like ZnO microstructures prepared by oxidation of metallic Zn”, Nanoscale Research Letters 9(178) 56 V.M Markushev, N.È Ter-Gabriélyan, Ch.M Briskina, V.R Belan, and V.F Zolin (1990), “Stimulated emission kinetics of neodymium powder lasers”, Sov J Quantum Electron 20, pp 772–777 57 V.M Markushev, V.F Zolin, and Ch.M Briskina (1986), “Luminescence and stimulated emission of neodymium in sodium lanthanum molybdate powders”, Sov J Quantum Electron 16, pp 281–283 58 V.M Markushev, V.F Zolin, and Ch.M Briskina (1986), “Powder laser”, Zh Prikl Spektr 45, pp 847–850 59 V.M Markushev, V.F Zolin, and Ch.M Briskina (1986), “Luminescence and stimulated emission of neodymium in sodium lanthanum molybdate powders”, Sov J Quantum Electron 16, pp 281–283 60 V.M Markushev, M V Ryzhkov, Ch M Briskina, H Cao, L A Zadorozhnaya, E I Givargisov, H Zhong, S.-W Wang, and W Lu (2007), “ZnO Random Laser Spectra under Nanosecond pumping”, Laser Physics 17(9), pp 1109–1118 61 V.M Markushev, M.V Ryzhkov, C.M Briskina (2006), “Characteristic properties of ZnO random laser pumped by nanosecond pulses”, Appl.Phys.B 84, 333-337 62 H Morkoc and U Ozgur (2007), Zinc Oxide, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KgaA 63 Toshihiro Nakamura, Hideki Fujiwara, Ryo Niyuki, Keiji Sasaki, Yoshie Ishikawa, Naoto Koshizaki, Takeshi Tsuji and Sadao Adachi (2014), “Origins of lasing emission in a resonance-controlled ZnO random laser”, New Journal of Physics 16, 09354 64 Toshihiro Nakamura, Kurniawan Firdaus and Sadao Adachi (2012), “Electron-hole plasma lasing in a ZnO random laser”, Physiccal Review B 86, 20510 65 M.A Noginov (2005), Solid state random laser, Springer Series in Optical Sciences 105 66 M.A Noginov, N.E Noginova, H.J Caulfield, P Venkateswarlu, T Thompson, M Mahdi, and V Ostroumov (1996), “Short-pulsed stimulated emission in the powders of NdAl3(BO3)4, NdSc3(BO3)4 and Nd:Sr5 (PO4)3 F laser crystals”, J Opt.Soc.Am B 13, pp 2024-2033 67 M.A Noginov, I.N Fowlkes, G Zhu, and J Novak (2004), “Random laser thresholds in cw and pulsed regimes”, Phys.Rev.A 70, pp 043811/1–5 68 M.A Noginov, N.E Noginova, H.J Caulfield, P Venkateswarlu, T Thompson, M Mahdi, and V Ostroumov (1996), “Short-pulsed stimulated emission in the powders of NdAl 3(BO3)4, NdSc3(BO3)4, and Nd:Sr5(PO4)3F laser crystals”, J Opt Soc Am B 13, pp 2024–2033 69 M.A Noginov, N.E Noginova, H.J Caulfield, P Venkateswarlu, T Thompson, M Mahdi, and V Ostroumov (1996), “Stimulated emission without cavity in powders and single crystals of Nd doped materials”, In OSA Trends in Optics and Photonics on Advanced Solid State Lasers 1, 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 S.A Payne and C.R Pollock, eds Optical Society of America:Washington, DC, pp 585–590 M.A Noginov, N.E Noginova, H.J Caulfield, P.Venkateswarlu, and M Mahdi (1995), “Line narrowing in the dye solution with scattering centers”, Opt Commun 118, pp 430–437 M.A Noginov, N Noginova, S.U Egarievwe, H.J Caulfield, C Cochrane, J.C Wang, M.R Kokta, and J Paitz (1998), “Study of the pumping regimes in Ti-sapphire and Nd0.5La0.5Al3(BO3)4 powders”, Opt Mater 10, pp 297–303 U Ozgur, Ya.I Alivov, C Liu, A Teke, M.A Reshchikov, S Dogan, V Avrutin, S.J Cho and H Morkoc (2005), “A comprehensive review of ZnO materials and devices”, Journal of applied physics 98, 041301 U Ozgur, A Teke, C Liu, S.-J Cho, H Morkoc, H O Everitt (2004), "Stimulated emission and time-resolved photoluminescence in rfsputtered ZnO thin films", Appl Phys Lett 84(17), pp 3223-3225 A Ohtomo et al (1998), Mater Sci Eng., B 54, 24 A Payne, H Cao, A Yamilov (2010), “Criterion for light localization in random amplifying media”, Physica B 405, pp 3012-3015 M Patra and C.W.J Beenakker (1999), “Excess noise for coherent radiation propagating through amplifying random media”, Phys.Rev.A 60, pp 4059-4066 Eric W Seelig, Betty Tang, Alexey Yamilov, Hui Cao, R.P.H Chang (2003), "Self-assembled 3D photonic crystals from ZnO colloidal spheres", Materials Chemistry and Physics 80, pp 257–263 Peter Schroer, Peter Kruger and Johannes Pollmann (1993), "First principles calculation of the electronic structure of the wurtzite semiconductors ZnO and ZnS", Phys.Rev B 47(12), pp 6971-6980 Andrew J Skinner and John P LaFemina (1992), “Surface atomic and electronic structure of ZnO polymorphs”, Physical Review B 45(7), pp 3557-3564 O Svelto (1998), Principles of Lasers, 4thed., D C Hanna, trans And ed Plenum: NewYork 81 W.L Sha, C.-H Liu, and R.R Alfano (1994), “Spectral and temporal measurements of laser action of rhodamine 640 dye in strongly scattering media”, Opt Lett 19, pp 1922–1924 82 V Srikant and D R Clarke (1997), "Optical absorption edge of ZnO thin films: The effect of substrate", J Appl Phys 81 (9), pp 6357-6364 83 Cho Sunglae, Ma Jing, Kim Yunki, Sun Yi, Wong George K.L and Ketterson John B (1999), “Photoluminescence and ultraviolet lasing of polycrystalline ZnO thin films prepared by the oxidation of the metallic Zn”, Appl Phys Lett 75 (18), pp 2761-2763 84 Jasprit Singh (2003), Electronic and Optoelectronic properties of Semiconductor Structures, Cambridge, GBR 85 W.L Sha, C.-H Liu, F Liu, and R.R Alfano (1996), “Competition between two laser modes of sulforhodamine 640 in highly scattering media”, Opt Lett 21, pp 1277–1279 86 N.E Ter-Gabrielyan, V.M Markushev, V.R Belan, Ch.M Briskina, and V.F Zolin (1991), “Stimulated emission spectra of powders of double sodium and lanthanum tetramlybdate”, Sov J Quantum Electron 21, pp 32–33 87 R.K Thareja and A Mitra (2000), “Random laser action in ZnO”, Appl Phys B 71, pp 181–184 88 Jin-Kyu Yang, Heeso Noh, Michael J Rooks, Glenn S Solomon, Frank Vollmer, Hui Cao (2011), “Lasing in localized modes of a slow light photonic crystal waveguide”, Applied Physics Letters (98), 241107 89 P Yu, Z K Tang, G K L Wong, M Kawasaki, A Ohtomo, H Koinuma and Y Segawa (1998), J Cryst Growth, pp 184–185 ... tạo vật liệu nano ZnO với mục tiêu ứng dụng cụ thể laser ngẫu nhiên Đây lý chọn hướng nghiên cứu phát xạ cưỡng laser ngẫu nhiên vật liệu ZnO Luận án mang tên "Chế tạo, nghiên cứu vật liệu ZnO thích. .. nghiên cứu laser ngẫu nhiên tinh thể ZnO vừa phát triển lĩnh vực nghiên cứu vật lý Laser vừa phối hợp nghiên cứu chế tạo vật liệu nano ZnO, phát huy kết đạt lĩnh vực này, gắn kết nghiên cứu chế tạo. .. cứu vật liệu ZnO thích hợp cho xạ laser ngẫu nhiên" Mục đích luận án: - Nghiên cứu chế tạo dạng mẫu vật liệu ZnO có cấu trúc thích hợp để tạo thành laser ngẫu nhiên - Nghiên cứu xây dựng hệ thiết