5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.4. Một số ứng dụng liên quan đến hiện tượng định xứ Anderson
Một trong những ứng dụng đầu tiên của hiện tượng định xứ Anderson là tạo ra các laser/vật liệu laser ngẫu nhiên. Laser ngẫu nhiên là một laser trong đó phản hồi quang học được cung cấp bởi các hạt tán xạ [46]. Cũng giống như trong các laser thông thường, vật liệu khuếch đại là thành phần cần thiết để khuếch đại quang học. Tuy nhiên, ngược với các hộp cộng hưởng Fabry-Perot, các gương phản xạ không được sử dụng trong laser ngẫu nhiên. Ánh sáng bị giam cầm trong một vùng hoạt động bởi các phần tử khuếch tán được phân bố ngẫu nhiên
Hình 1.14. Sự phụ thuộc của entropy cấu trúc vào hệ số lấp đầy không gian đối với một số trạng thái riêng điển hình có phần thực trị riêng năng lượng
và Vùng màu xám biểu diễn vùng cho phép của giản đồ pha định xứ, nó được giới hạn bởi với Kết quả cho thấy rằng tất cả các trạng thái riêng của hệ đang khảo sát đều định xứ theo dạng hàm mũ trong giới hạn nhiệt động ( ) [44].
trên hiện tượng định xứ Anderson [47]. Một sự so sánh thô giữa laser ngẫu nhiên và laser thông thường được mô tả trên hình 1.15.
Việc chế tạo laser ngẫu nhiên có kích thước micro (microlaser) từ vật liệu mất trật tự lần đầu tiên được thực hiện thành công bởi Cao và các cộng sự [48], [49]. Một đám ZnO có kích thước cỡ 1.7 m bao gồm khoảng 20.000 tinh thể ZnO có kích thước trung bình cỡ 50 nm tạo ra. Ảnh SEM và cường độ phát xạ của nó khi được bơm bằng xung quang học được cho thấy trên hình 1.16. Một đám ZnO khác cũng được cho thấy trên hình 1.17(a). Khi chiếu vào đám ZnO này một xung kích thích có năng lượng 0.27 nJ thì đám
ZnO này phát ra một bức xạ với cường độ mạnh tại bước sóng có giá trị cỡ 380 nm tại nhiệt độ phòng, như được nhìn thấy trên hình 1.17(b). Vật liệu laser ngẫu nhiên có nhiều ứng dụng trong thực tế, chẳng hạn như nó có thể
Hình 1.15. Sự so sánh giữa laser ngẫu nhiên và laser thông thường. (a) Trong laser thông thường, ánh sáng phản xạ qua lại giữa hai gương – nó tạo thành hốc cộng hưởng Fabry-Perot. Sau vài lần đi qua vật liệu khuếch đại trong hốc, sự khuếch đại có thể đủ lớn để tạo ra ánh sáng laser. (b) Trong trường hợp laser ngẫu nhiên, hốc quang học được thay thế quá trình tán xạ nhiều lần. Ánh sáng laser phát ra theo các hướng ngẫu nhiên [47]
Hình 1.16. Cường độ phát xạ từ đám ZnO (chứa khoảng 20.000 tinh thể ZnO có kích thước trung bình cỡ 50 nm) theo năng lượng của xung bơm. Hình lồng ghép cho thấy ảnh SEM của đám ZnO.
Hình 1.17. (a) Ảnh SEM của một đám ZnO khác (so với hình 1.16). (b) Quang phổ phát xạ từ đám ZnO này trên ngưỡng hoạt động của laser. Năng lượng xung bơm là 0.27 nJ. Đám ZnO phát ra một bức xạ có cường độ mạnh với bước sóng cỡ 380 nm tại nhiệt độ phòng dưới bơm quang học.
được sử dụng trong việc chiếu sáng môi trường, tạo ra các loại cửa sổ thông minh có tính chất quang học (màu sắc) khác nhau vào các mùa khác nhau… [50].
Như chúng ta đã biết trong phần trước, một trong những tính chất hấp dẫn nhất của sợi quang định xứ Anderson là chúng có thể được sử dụng để truyền dẫn các chùm tia định xứ ngang [36]. Hơn nữa, các chùm tia định xứ này được cho thấy là có giá trị tổn thất do bẻ cong cũng như giá trị nhiễu xuyên âm rất thấp [51]. Do đó, chúng có thể được sử dụng để truyền tải đồng thời nhiều chùm tia riêng rẽ, đặc biệt là để truyền tải hình ảnh trực tiếp [52]. Gần đây, sợi quang định xứ Anderson được làm từ vật liệu polime (polymer Anderson Localized Fiber - pALOF) đã được sử dụng thành công đối với chụp ảnh nội soi, chất lượng truyền tải hình ảnh được cho thấy là tương đương hoặc tốt hơn so với một số sợi quang chụp ảnh đa lõi có sẵn trên thị trường, với ít điểm ảnh hơn và độ tương phản cao hơn [53]. Hình 1.18 cho thấy một số hình ảnh được truyền tải dưới dạng các con số từ một phần của biểu đồ kiểm tra độ phân giải của Không quân Hoa kỳ năm 1951 thông qua pALOF dài 5 cm [54]. Mục tiêu thử nghiệm ở dạng bản in, trong đó các con số và đường (được khắc) được ghép nối với mặt đầu vào được mài nhẵn của pALOF và được chiếu sáng bằng ánh sáng trắng. Đầu ra trường gần được chiếu lên máy ảnh (CCD) với các thị kính có độ phóng đại 40 và 60 .
Các yếu tố hạn chế chính đến chất lượng vận chuyển hình ảnh trong pALOF bao gồm chất lượng phân cắt và mài nhẵn các mặt cuối của pALOF. Hơn nữa, chiều dài vận chuyển hình ảnh chất lượng tốt tối đa đã được giới hạn ở mức 16 cm. Độ dài vận chuyển hình ảnh dự kiến sẽ tăng đáng kể bằng cách sử dụng các kỹ thuật chế tạo tốt hơn trong môi trường phòng sạch. Những hạn chế được đề cập ở trên có khả năng có thể được khắc phục trong
pALOF để cải thiện việc truyền tải hình ảnh. Tuy nhiên, yếu tố hạn chế cuối cùng trong chất lượng vận chuyển hình ảnh là chức năng trải rộng điểm trong hệ thống hình ảnh có liên quan trực tiếp đến bán kính định xứ. Do đó, đối với hình ảnh chất lượng cao, bán kính định xứ nhỏ nhất có thể được yêu cầu.
Hình 1.18. (a) Sự truyền tải hình ảnh của những con số khác nhau thông qua pALOF có chiều dài 5 cm được cho thấy. (b) Một phần của biều đồ kiểm tra độ phân giải của Không quân Hoa Kỳ năm 1951 được sử dụng trong thí nghiệm truyền tải hình ảnh được cho thấy [54].
Chương 2. ẢNH HƯỞNG CỦA TÍNH TƯƠNG QUAN LÊN TÍNH CHẤT ĐỊNH XỨ TRONG HỆ KHÔNG BẢO TOÀN