CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ KHUẾCH ĐẠI QUANG
2.5. phi tuyến của vật liệu
Các nghiên cứu về tính chất quang học phi tuyến (NLO) trong thủy tinh có liên quan mật thiết đến việc khám phá ra Laser. Ở thời kỳ đầu của laser, hầu hết các nghiên cứu được dành cho các tinh thể và đặc biệt là các vật liệu phi đối xứng như Thạch anh, LiNbO3, KTiOPO4 (KDP) và α-BaB2O4 (BBO). Nhiều cải tiến trong quang tử học đã được thực hiện, chẳng hạn như chuyển đổi tần số, cho phép mở rộng phạm vi bước sóng có thể tiếp cận bằng cách tận dụng sự phát ra sóng hài bậc hai và bậc ba hoặc tổng hoặc hiệu tần số chỉ sử dụng một hoặc một vài vạch laser đơn sắc nhờ tương tác vật liệu laser cơng suất cao. Ngồi việc sử dụng tinh thể rắn làm môi trường phi tuyến, việc khai thác tính chất phi tuyến của vật liệu để phát các nguồn sáng có bước sóng khác cũng đã được tiến hành rộng rãi với chất lỏng và chất khí. Trong đó có thể kể đển như việc chế tạo thành công các loại laser khí (He-Ne, CO2, v.v.) và laser lỏng (laser màu, v.v.). Từ cuối những năm 80, các nhóm nghiên cứu trên thế giới cũng đã tiến hành nhiều nghiên cứu về việc phát thêm các tần số phi tuyến trong vùng tử ngoại (UV), và vùng cực tím (XUV) trên cả 3 thể rắn, lỏng và khí thơng qua các q trình được gọi là phát hài bậc cao (high harmonic generation). Thêm vào đó, sự tiến bộ trong hiểu biết về lĩnh vực quang phi tuyến cũng cho phép các nhà khoa học sản xuất được các nguồn laser phục vụ cơng nghiệp và nghiên cứu có cường độ cực cao, xung thời gian ngày càng ngắn và thậm chí bước sóng đã tiệm cận vùng tia X mềm.. Do tính chất đẳng hướng của thủy tinh mà chúng khơng thể hiện tính phi tuyến bậc hai: tạo sóng hài bậc hai (SHG) hoặc hiệu ứng quang điện (hiệu ứng Pockels). Vì thế, trái ngược với tính chất trường tinh thể của hợp chất mà các đặc tính NLO đã dẫn đến cuộc cách mạng khoa học và cơng nghệ nhanh chóng, các hiện tượng NLO trong thủy tinh được coi là một hạn chế đối với ứng dụng thực tế hơn. Thật vậy, sự quan tâm đến các đặc tính NLO của thủy tinh xuất hiện cùng với sự phát triển của laser công suất cao và sự phát triển của truyền thông tin quang trong lĩnh vực viễn thơng. Các mục tiêu chính là điều tra sự truyền ánh sáng và sự nhiễu loạn của mặt sóng đồng thời hạn chế các tác động có hại của hiện tượng NLO trong các ống dẫn sóng nơi mật độ photon cao xảy ra. Ví dụ, hiệu ứng Kerr (phi tuyến bậc ba), là nguồn gốc của sự thay đổi chiết suất với cường độ laser gây ra hiện tượng tự lấy nét do sự hình thành của thấu kính cảm ứng quang liên kết trực tiếp với biên dạng khơng gian- cường độ của chùm tia. Thấu kính này, tệ nhất có thể dẫn đến sự cố quang học hoặc sự thay đổi của phương pháp truyền của mặt sóng.
Những hiệu ứng như vậy vẫn có tầm quan trọng đối với các phương tiện đánh lửa bằng laser như laser MegaJoule (LMJ) ở Pháp hoặc National Ignition Facility ở Mỹ. Trong lĩnh vực viễn thông, vấn đề được đặt ra do hiện nay việc sử dụng lõi sợi quang có đường kính nhỏ vài micromet, trong đó mật độ cơng suất của tín hiệu quang trên một khoảng cách xa có thể làm phát sinh tương tác vật liệu laser kéo dài. Trong trường hợp đó một lần nữa, lựa chọn đã được thực hiện để chọn vật liệu có hiệu ứng NLO thấp nhất để ngăn chặn bất kỳ sự biến dạng tín hiệu quang học nào. Trong 25 năm qua, các đặc tính NLO đã được khai thác trong sợi quang để tạo ra sự lan truyền sóng nhằm giảm thiểu sự suy giảm tín hiệu trong q trình lan truyền của nó.