chuyên đề quang học chương 3 mở đầu về quang học phi tuyến

Ngô Thị PhươngKhoa Vật lí Advanced Optics.

TS Ngô Thị Phương

Khoa Vật lí

Advanced Optics

[1] Giáo trình quang h ọ c, Nguy ễ n Tr ầ n Trác – Di ệ p Ng ọ c Anh [2] Bài t ậ p quang h ọ c t ậ p 2

Ch ươ ng 4: Nh ữ ng khái ni ệ m c ơ b ả n v ề QHPT

Gi ớ i thi ệ u

Quang h ọ c phi tuy ế n tính

+ Tính đơn sắc cao giải quyết bài toán cấu trúc mỏng + Mật độ năng lượng cao các phương pháp quang phổ mới + …

+ cáp quang; hệ viễn thông cáp + máy định vị laser, máy kết nối vệ tinh…

Đ ôi dòng l ị ch s ử …

• 1960: Townes phát minh ra laser

• 1961: Franken et al quan sát đượ c sóng đ i ề u hòa b ậ c 2 (SHG)

+ Terhune et al quan sát đượ c sóng đ i ề u hòa b ậ c 3 (THG)

+ Nicolaas Bloembergen phát tri ể n lí thuy ế t v ề quang phi tuy ế n kh ở i

đầ u cho Quang h ọ c phi tuy ế n

+ Woodbury et al l ầ n đầ u ch ứ ng minh đượ c tán x ạ c ưỡ ng b ứ c Raman + Armstrong et al công th ứ c hóa các m ố i liên h ệ đố i x ứ ng hoán v ị t ổ ng quát trong quang phi tuy ế n

• 1973: Hasegawa et al l ầ n đầ u tiên đ oán lí thuy ế t v ề t ổ ng h ợ p soliton

trong s ợ i quang

• 1976: Gibbs et al ch ứ ng minh và gi ả i thích optical bistability

N ă ng l ượ ng photon

c ủ a ánh sáng phát ra

Gi ớ i thi ệ u

+ Phản xạ, khúc xạ, hấp thụ

KHÔNG có s ự thay đổ i tính ch ấ t c ủ a môi tr ườ ng ho ặ c ánh sáng

+ Hiệu ứng bậc 2

- hiệu ứng điện quang (hiệu ứng Pockels)

- sóng điều hòa bậc 2 (SHG)

- … + Hiệu ứng bậc 3

- hiệu ứng Kerr

- …

CÓ s ự thay đổ i tính ch ấ t c ủ a môi tr ườ ng ho ặ c ánh sáng

Gi ớ i thi ệ u

V ậ t ch ấ t S ự phân c ự c

Tr ườ ng đ i ệ n E

Moment l ưỡ ng c ự c p

Gi ớ i thi ệ u

Nh ắ c l ạ i quang h ọ c tuy ế n tính (c ườ ng độ E y ế u)

• Cùng t ầ n s ố phát ra

• α không ph ụ thu ộ c vào c ườ ng độ sóng t ớ i

• Sóng phát ra ch ị u 1 độ l ệ ch pha là 2 π nL/ λ (n là chi ế t su ấ t c ủ a môi tr ườ ng)

• Sóng phát ra ch ị u 1 độ l ệ ch pha là 2 π nL/ λ (n là chi ế t su ấ t c ủ a môi tr ườ ng)

và độ c l ậ p v ớ i c ườ ng độ sóng t ớ i

• S ự phân c ự c “tuy ế n tính” gây ra b ở i tr ườ ng E:

là h ằ ng s ố đ i ệ n môi trong chân không

là độ c ả m đ i ệ n tuy ế n tính c ủ a môi tr ườ ng, liên h ệ v ớ i n b ở i

là tensor n ế u đ ó là môi tr ườ ng d ị h ướ ng

Gi ớ i thi ệ u

Quang học phi tuyến tính

V ớ i c ườ ng độ ánh sáng m ạ nh, s ự phân c ự c c ủ a môi tr ườ ng ph ụ

thu ộ c vào c ườ ng độ E

hay là

Độ c ả m đ i ệ n S ự tr ả l ờ i

Gi ớ i thi ệ u

Sự phân cực

Quang h ọ c c ổ đ i ể n

Quang phi tuy ế n b ậ c 2

Môi tr ườ ng tinh th ể không có đố i x ứ ng đả o

Quang phi tuy ế n b ậ c 3

Môi tr ườ ng tinh th ể có đố i x ứ ng đả o

S ự phân c ự c

S ự phân c ự c

Gi ớ i thi ệ u

Tính phân cực tĩnh

Ví d ụ : n ướ c ε (0) = 81

Gi ớ i thi ệ u

Sóng điều hòa bậc 2 (1961)

Gi ớ i thi ệ u

Ngu ồ n sáng: laser Ruby ( λ = 694,3 nm)

M ẫ u thí nghi ệ m: tinh th ể th ạ ch anh Sóng đ i ề u hòa b ậ c 2 thu đượ c ở b ướ c sóng 347,1 nm

Gi ớ i thi ệ u

Gi ớ i thi ệ u

Gi ớ i thi ệ u

Chùm tia “chu ẩ n tr ự c” d ướ i d ạ ng c ườ ng độ hình Gauss truy ề n trong môi

tr ườ ng không tuy ế n tính s ẽ xu ấ t hi ệ n hi ệ u ứ ng Kerr quang h ọ c

Sự tự hội tụ (auto-focalisation)

- Chùm tia hội tụ nếu n 2 > 0 (sự tự hội tụ)

- Chùm tia phân kỳ nếu n 2 < 0 (sự không hội tụ )

Môi tr ườ ng không tuy ế n tính

N ộ i dung môn h ọ c

Gi ớ i thi ệ u

- Sự phân cực

Phi tuy ế n b ậ c 2

- Sóng điều hòa bậc 2 (second harmonic generation - SHG)

- Sự ghép pha (phase matching)

- Sự ghép pha (phase matching)

- Sự mở rộng thông số (parametric amplification)

Phi tuy ế n b ậ c 3

- Hiệu ứng Kerr

- Self and cross-phase modulation

- Four-wave mixing

Hết chương 3