Nghiên cứu xung ánh sáng trắng femto giây tạo bởi sợi quang học có chiều dài dưới một cm

Sau 16 năm tồn tại, sợi quang này đã xuất hiệntrong nhiều lãnh vực ứng dụng như: truyền tải dữ liệu, truyền tải nănglượng cao, đo lường chính xác [3], và quang học phi tuyến...Bên cạnh đ

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GÒN

BÁO CÁO NHIỆM THU ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP CƠ SỞ

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI: TS LÊ CÔNG NHÂN

NGHIÊN CỨU XUNG ÁNH SÁNG TRẮNG FEMTO GIÂYTẠO BỞI SỢI QUANG HỌC CÓ CHIỀU DÀI DƯỚI MỘT CM

MÃ SỐ ĐỀ TÀI: SC2011-01

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2012

Mục lục

Giới thiệu tổng quan 3

I Sợi quang tinh thể và cách tạo xung ánh sáng trắng 6 0.1 Các đặc điểm của sợi PCF sản xuất ở phòng thí nghiệm Xlim 7 0.2 Cách tạo xung ánh sáng trắng 11

II Phương pháp khảo sát các tính chất của xung ánh sáng trắng femto giây và kết quả phân tích các hiệu ứng phi tuyến 13 0.3 Phương pháp đo sự phân bố phổ theo thời gian 14

0.4 Sự nở rộng phổ của xung ánh sáng trắng theo chiều dài PCF 18 Kết luận 24

Tài liệu tham khảo 25

Các sản phẩm khoa học liên quan đến đề tài 30

Phụ lục 1 31

Phụ lục 2 35

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

Sợi quang tinh thể (Photonic Cristal Fiber: PCF), sợi quang có cấutrúc micro hay sợi quang có cấu trúc lỗ là những tên gọi dành cho nhómcác sợi quang được chế tạo dựa trên sự sắp xếp tuần hoàn: cấu trúc lỗtrống micro mét bao bọc bởi silic Cách sắp xếp này cho phép nén ánhsáng trong cấu trúc của sợi và dẫn truyền ánh sáng trong lõi silice (sợiquang với lõi chiết suất cao) hay dẫn truyền ánh sáng trong lõi không khí(sợi quang với lõi chiết suất thấp) [1, 2] Sợi quang với cách thiết kế mớinày được tạo ra lần đầu tiên vào năm 1996 bởi nhóm nghiên cứu Quangđiện tử tại Đại học Bath Sau 16 năm tồn tại, sợi quang này đã xuất hiệntrong nhiều lãnh vực ứng dụng như: truyền tải dữ liệu, truyền tải nănglượng cao, đo lường chính xác [3], và quang học phi tuyến Bên cạnh đó

nó còn được sử dụng như một nguồn sáng mới, chuyên cung cấp ánh sángtrắng cho các kĩ thuật tạo hình ảnh và quang phổ

Trong vấn đề nghiên cứu các hiện tượng quang học phi tuyến, chúngtôi quan tâm đặc biệt đến sợi PCF với lõi chiết xuất cao Nhờ vào tínhchất phi tuyến cao do diện tích lõi nhỏ và sự chênh lệch lớn về chiết suất,giữa lõi và mạng lưới lỗ trống, mà loại PCF này có khả năng tạo ra xungánh sáng trắng (Supercontinuum: SC) ngay cả với những nguồn laser nănglượng thấp Đặc điểm của xung ánh sáng trắng là có độ rộng phổ lớn (cóthể lên trên 1000 nm) và thời gian xung ngắn (có thể rút xuống cỡ dướimột trăm femto giây) Chính điều này, mà SC đóng vai trò quan trọngtrong vấn đề khảo sát các hiện tượng cực nhanh và nó được phát triển đểlàm nguồn sáng cho kĩ thuật đo phổ quang học phân giải theo thời gian

Do đối tượng nghiên cứu của các hiện tượng cực nhanh hiện nay tập trungnhiều vào các phân tử sinh học, có phổ hấp thụ trong vùng tử ngoại, nênviệc phát triển PCF để tạo ra SC có phổ lệch về phía bước sóng ngắn đang

là hướng được quan tâm nhiều [4, 5, 6, 7, 8, 9] Bên cạnh đó, quá trìnhhình thành SC chứa đựng rất nhiều yếu tố quang phi tuyến đang xen lẫn

nhau, nên việc kiểm soát các tính chất của SC là rất phức tạp Chính điềunày mà sự hình thành SC đang là vấn đề được nghiên cứu rất mạnh hiệnnay về cả mặt thực nghiệm lẫn lí thuyết [4, 8, 10, 11, 12, 13, 14] Nếutạo ra SC bằng những phương pháp cổ truyền (sử dụng môi trường chấtrắn tinh thể, chất lỏng hay khí) thì cần phải kích thích bằng những xunglaser có năng lượng cao (>1µJ) Để cung ứng đủ mức năng lượng trên thìcần phải sử dụng tới những hệ laser khuyếch đại Nhược điểm của việc

sử dụng nguồn laser năng lượng cao là chí phí giá thành lớn, và phải sửdụng kết hợp với các phương tiện hỗ trợ thoát nhiệt để ổn định SC, ví dụnhư trường hợp tạo SC bằng tinh thể CaF2 Lợi ích của việc thay thế cácphương tiện cổ truyền bằng PCF là việc tạo SC chỉ cần những xung laser

có năng lượng nhỏ (1 nJ) Điều đó cho phép đơn giản hóa khi xây dựngthí nghiệm và hạ giá thành của dự án [15]

Tuy nhiên, để có thể sử dụng PCF như một nguồn phát xung ánhsáng trắng cho các ứng dụng thì các thông số của SC ở đầu ra phải thỏamãn các yêu cầu khắc khe về mặt kĩ thuật Trong hầu hết các ứng dụngthì SC được yêu cầu phải có độ thăng giáng thấp, phổ rộng và cường độphân bố đều Với một số ứng dụng đặc biệt, như quang phổ phân giải theothời gian, thì ngoài các yêu cầu trên SC phải đơn xung (nghĩa là không có

sự vỡ xung SC cơ bản thành một đoàn xung kéo dài) [4, 15] Hay nhữngứng dụng vào các phép đo liên quan đến sự bất đẳng hướng thì phải cầntới SC phân cực [16, 17]

Vì việc tạo ra SC là một quá trình phức hợp, tập trung nhiều hiệuứng phi tuyến khác nhau, các yếu tố tán sắc, sự lưỡng chiết của môi trường

và các mode lan truyền [18, 19], nên để thỏa mãn các yêu cầu trên là rấtphức tạp Mục đích của nghiên cứu này là kiểm soát được các tính chấtcủa SC thông qua mối quan hệ giữa các thông số của sợi PCF và xunglaser cơ bản

Sự hình thành và phát triển của SC là kết quả của sự tương tác giữa

xung laser cơ bản và sợi PCF trong quá trình lan truyền Để hiểu đượcquá trình này chúng tôi phân tích sự biến đổi phổ của SC trong từng chiềudài khác nhau của sợi PCF Từ kết quả này, chúng tôi rút ra được qui luậtbiến đổi phổ theo phương pháp thực nghiệm và phân tích được, một cáchđịnh tính, vai trò của các hiện tượng quang học phi tuyến trong quá trình

là phần chính của nội dung nghiên cứu, chủ yếu tập trung vào việc thảoluận nhằm đưa ra kết luận về giải pháp tối ưu hóa trong việc tạo xung SC

Phần I.

Sợi quang tinh thể và cách tạo xung

ánh sáng trắng

0.1 Các đặc điểm của sợi PCF sản xuất ở phòng thí nghiệm

Xlim

Nghiên cứu của chúng tôi về các hiện tượng quang phi tuyến trongquá trình hình thành và phát triển SC được tiến hành trên các kết quảthực nghiệm của hai loại sợi PCF sản xuất tại phòng thí nghiệm Xlim,Pháp Đấy là hai loại sợi có lõi chiết suất cao, được chế tạo bằng phươngpháp tập hợp các ống thủy tinh lại thành bó rồi nung và kéo với điều kiệnnhiệt độ nung và tốc độ kéo luôn ổn định [1] Cấu trúc mặt cắt ngang củahai sợi PCF này được trình bày trên Hình 1 Sợi thứ nhất có cấu trúc lõiđối xứng (a), còn sợi thứ hai thì có cấu trúc lõi bất đối xứng (b) Đặc điểmnày cho phép sợi PCF thứ nhất không có tính lưỡng chiết còn sợi PCFthứ hai thì có tính lưỡng chiết, nhờ vào sự bất đối xứng về chiết suất doyếu tố hình học gây ra Hai kiểu sợi PCF này đại diện cho hai thể loại đặctrưng nhất của các sợi PCF mà ta thường gặp trên thị trường sợi quangphi tuyến Phần thân của sợi là một mạng lưới tuần hoàn micro mét gồmcác lỗ trống chứa không khí được bao bọc bởi silic, là vật liệu phi kim cótính đẳng hướng Ở giữa phần thân xuất hiện một lỗi phá vỡ trật tự tuầnhoàn, vị trí này đóng vai trò lõi của PCF

Hình 1: Ảnh chụp,bằng kính hiển vi điện tử, mặt cắt ngang của sợi PCF (a) sợi phi lưỡng chiết, (b) sợi lưỡng chiết Vật liệu Silice được hiển thị bằng màu xám còn các lỗ không khí thì được hiển thị bằng màu đen

Sợi PCF phi lưỡng chiết có một lõi tròn được bao bọc bởi những lỗ

không khí có đường kính trung bình d = 1, 8µm Các lỗ trống này nằm

là 0,796 Tỷ lệ này có nghĩa rằng độ phi tuyến của sợi là cao và sự dẫntruyền sáng có tính chất lưỡng mode [19] Sợi PCF này có hai mode truyền

theo dạng hai gaussienne (xem Hình 5) Vì sự phân bố cường độ sáng theokhông gian này không giống nhau, nên hai mode không chịu cùng chiếtsuất môi trường trong quá trình lan truyền Như vậy các yếu tố tán sắccũng khác nhau tùy theo mode được dẫn Các đường cong tán sắc củahai mode này được tính toán và biễu diễn trên Hình 1.2 Đường cong tánsắc của mode cơ bản có một giá trị tán sắc bằng không (zero dispersionwavelength: ZDW) tại 814 nm, trong khi đường cong tán sắc của modebậc nhất lấy hai giá trị tán sắc tại 650 nm và 1050 nm Điều đó làm xuấthiện hai vùng phổ mà ở đó PCF có tán sắc bình thường Cấu trúc tán sắcnày cho phép tạo ra các sóng tán sắc trong vùng khả kiến và trong vùnghồng ngoại nếu bơm bằng xung laser có bước sóng nằm trong vùng tánsắc bất bình thường của sợi PCF [20] Trong trường hợp này, sự nở rộngphổ là hiệu quả hơn bởi có sự tương tác với soliton [8, 11, 21], được hìnhthành trong vùng tán sắc bất thường, cho phép các sóng tán sắc nở rộng

về phía vùng bước sóng ngắn và vùng các bước sóng dài

Ngoài vấn đề dẫn truyền sóng trong lõi, một số vị trí trên vách ngăncủa thân sợi cũng có thể truyền sáng với cùng nguyên lí, truyền sáng bởikhúc xạ toàn phần Trong trường hợp này, các vách ngăn đóng vai trò làlõi còn các thành phần xung quanh đóng vai trò là thân Sự dẫn truyềnánh sáng trong các vách ngăn thường là đơn mode bởi đường kính củavách ngăn là đủ nhỏ Cần lưu ý là chỉ những vách ngăn có đường kính lớnhơn bước sóng ánh sáng được dẫn truyền mới có khả năng này Về phầntính chất tán sắc, chưa có tính toán đường cong tán sặc cho sự dẫn truyền

Hình 2: Đường cong tán sắc của mode cơ bản LP01 và của mode bậc nhất LP11 Hình ảnh chèn là mặt cắt của sợi PCF phi lưỡng chiết.

trong các vách ngăn Nhưng thường nó phải có một giá trị ZDW trongvùng bước sóng ngắn hoặc có hai giá trị ZDW, bởi đường kính của váchngăn là rất giới hạn

Sợi PCF lưỡng chiết có lõi hình elíp được bao bọc bởi hai lỗ khôngkhí lớn, đường kính lần lượt là 3,3 và 3, 6µm Phần thân là một mạng lưới

cách giữa các lỗ là Λ = 2, 6µm Tỷ lệ d/Λ là 0,71 Sự khác biệt về đườngkính của hai lỗ lớn bên cạnh lõi làm gia tăng tính chất lưỡng chiết của

Bφ = 3.10−3, điều này dẫn tới một sự phụ thuộc mạnh vào tính chất tánsắc theo trục của PCF Phần lõi có thể dẫn truyền ánh sáng bằng bốnmode: hai mode cơ bản LP01x, LP01y và hai mode bậc nhất LP11x, LP11y

Vị trí ZDW của bốn mode này lần lượt nằm ở các bước sóng 827, 866, 757,

764 nm (Hình 3) Ở đây, x và y lần lượt là trục nhanh và trục chậm củasợi PCF Diện tích thực của mode cơ bản được ước tính là4, 9µm2 đối với

sợi PCF phi tuyến là khả năng bảo toàn tính phân cực ánh sáng hoặc tạo

ra SC phân cực thẳng.

Tương tự như sợi PCF phi lưỡng chiết, các vách ngăn của thân cũng

có thể dẫn truyền ánh sáng Như vậy việc tạo SC với sợi PCF lưỡng chiếtcũng có thể thực hiện được ở trong phần thân của sợi

Hình 3: Đường cong tán sắc của bốn mode LP 01x , LP 01y , LP 11x , LP 11y Hình ảnh chèn là mặt cắt của sợi PCF lưỡng chiết.

Tóm lại, các tính chất không gian, các dữ liệu về tính chất tán sắccủa các mode truyền sóng trong lõi của hai sợi PCF này đã được xác định.Các đường cong tán sắc có ZDW tập trung xung quanh bước sóng 800 nm.Như vậy, sự nở rộng phổ của SC sẽ hiệu quả nếu như PCF được bơm bởinhững xung laser cơ bản có bước sóng trong lân cận và lớn hơn 800 nm.Nghĩa là phải bơm trong vùng tán sắc bất bình thường Về phần các váchngăn trong mạng lưới, thông tin về đường cong tán sắc là chưa có Nhưngđặc thù của cấu hình vách là nhỏ, nên vị trí ZDW có khả năng nằm trongvùng bước sóng khả kiến Đây là điểm quan trọng bởi nó có khả năng tạo

ra SC với sự nở rộng phổ tiến xa về các bước sóng ngắn [22, 23, 24]

0.2 Cách tạo xung ánh sáng trắng

Sự dãn rộng phổ hay sinh ra tần số mới là đề tài đã được nghiên cứurất nhiều trong lãnh vực quang phi tuyến, và đặc biệt là sau khi ra đờimáy phát laser vào năm 1960 [22] Hiện tượng này được quan sát trongquá trình tạo SC, sinh ra khi xung laser phổ hẹp chịu một sự dãn phổ rấtlớn do tương tác với môi trường phi tuyến Trong sợi PCF, sự tạo thành

SC là kết quả của sự can thiệp của nhiều yếu tố tán sắc và phi tuyến Từkhi thành công tạo được sợi PCF với tán sắc bất thường trong vùng khảkiến [10], việc khai thác SC đã đạt được những tiến bộ vượt bậc và đã cónhiều cố gắng về thực nghiệm cũng như lý thuyết tập trung vào nghiêncứu cơ chế của sự dãn rộng phổ [22, 23, 24, 25]

Phương pháp tạo SC bằng PCF được trình bày trên Hình 4 Xunglaser cơ bản, có phổ hẹp, được đưa vào sợi PCF bằng đầu hội tụ của thấukính hiển vi Nhờ cấu trúc micro mét của PCF mà năng lượng được nén

rất cao và được giam giữ trong cấu trúc của sợi PCF trong quá trình lantruyền Đây là điểm khác biệt so với các phương pháp tạo SC truyền thốngnhư tạo SC bằng tinh thể (xem thí nghiệm của phụ lục 2) Mật độ nănglượng cao và được duy trì trong quá trình lan truyền làm gia tăng các hiệntượng phi tuyến như tự biến điệu pha, biến điệu chéo pha, trộn lẫn bốnbước sóng, tương tác với soliton tán xạ Raman [26, 27, 28, 29, 30, 31, 32].Kết quả của sự tương tác phi tuyến này là phổ của xung laser dãn ra cựcrộng nên ta có ánh sáng trắng ở đầu ra

Việc đưa xung laser vào đầu của sợi PCF là một bước kĩ thuật khánhạy cảm, bởi nó quyết định trực tiếp tới tính ổn định và độ rộng phổ của

SC được tạo thành Các hiện tượng phi tuyến rất nhạy cảm với cường độđầu vào Vì cấu trúc của lõi PCF là rất nhỏ nên việc đưa xung laser vàophải được thiết kế trên một hệ thống ổn định, cho phép tránh được cácdao động cơ học, nhiệt Với hệ thống phóng đại ảnh được lắp đặt trước

Hình 4: Tạo xung ánh sáng trắng bằng cách bơm xung laser vào sợi PCF M1và M2: gương, λ/2: bản nữa bước sóng, 28X : thấu kính hiển vi, XYZ: trục dịch chuyển theo ba chiều, PCF: sợi quang phi tuyến

sợi PCF, Hình 4, vị trí đầu vào của xung laser hoàn toàn được kiểm soát.Điều này cho phép quyết định việc tạo SC với lõi sợi hay với vách ngăn.Ngoài ra, trong trường hợp chiếu xung laser cơ bản vào lõi PCF thì tacũng kiểm soát được vấn đề tạo SC, với mode cơ bản hay với mode bậcnhất Trên Hình 5 trình bày hai mode tạo bởi sợi quang phi lưỡng chiết(A), và hai mode tạo bởi sợi quang lưỡng chiết (B)

Hình 5: Sự phân bố cường độ theo không gian của các mode khác nhau

Từ kết quả Hình 5 ta nhận thấy rằng sự phân bố theo không gian phụthuộc cả vào dạng hình học của lõi lẫn bậc của mode dẫn truyền Trongtrường hợp dẫn truyền bằng mode bậc nhất thì cường độ sáng được phân

bố theo hai hàm gaussienne Điều này thể hiện rất rõ trong hình chụp với

sự giảm cường độ sáng của vị trí đường trung tâm

Phần II.

Phương pháp khảo sát các tính chất của xung ánh sáng trắng femto giây

và kết quả phân tích các hiệu ứng

phi tuyến

0.3 Phương pháp đo sự phân bố phổ theo thời gian

Trong vấn đề khảo sát các tính chất của SC thì có hai thông số quantrọng nhất: hình dạng phổ và sự phân bố cường độ phổ theo thời gian.Việc xác định phổ là khá dễ dàng nếu ta sử dụng một máy đo phổ kế như

đã trình bày trong Mục 0.2 Riêng việc xác định sự phân bố cường độ phổtheo thời gian là phức tạp hơn nhiều Nó yêu cầu phải sử dụng đến kĩthuật đo phổ phân giải femto giây Bởi SC có phổ rất rộng không thể đobằng các phương pháp đơn giản như sử dụng giao thoa kế Phương phápxác định sự phân bố phổ theo thời gian của SC mà chúng tôi trình bàydưới đây là dựa vào tín hiệu hấp thụ hai photon, Hình 6 Tín hiệu được đo

hóa trị và vùng dẫn của ZnS là 3,7 eV Điều đó có nghĩa là mức năng lượngnày chỉ cho phép hấp thụ những photon có năng lượng lớn hơn 3,7 eV, ứngvới năng lượng của các photon trong vùng tử ngoại có bước sóng ngắn hơn

317 nm SC được tạo ra ở đây có bước sóng trong phạm vi từ 340 nm đến

1100 nm, còn xung bơm thì ở quanh giá trị 400 nm Như vậy năng lượngcủa các photon này là chưa đủ để vượt qua rào cản năng lượng của ZnS

năng hấp thụ hai photon để thỏa mãn điều kiện năng lượng là thực hiệnđược Các chi tiết kĩ thuật về việc xác định sự phân bố phổ theo thời gianđược chú thích trên Hình 6

Nguồn laser sử dụng trong thí nghiệm Hình 6 là một buồng cộnghưởng Ti:Saphir, được bơm bằng một laser liên tục có công suất 5 W,bước sóng 532 nm Buồng cộng hưởng Ti:Saphir phát xung với tần số 27MHz, năng lượng xung lên đến15 nJ Bước sóng trung tâm của xung cóthể điều chỉnh được trong khoảng giữa 780-860 nm, và thời gian xung cóthể rút ngắn xuống tới 30 fs Tia laser phát ra từ nguồn được tách ra làmhai bằng gương bán mạ Khoảng mười phần trăm năng lượng của laserđược đưa vào trong một đoạn PCF ngắn bằng kính hiển vi với độ phóng

Hình 6: Sơ đồ thí nghiệm đo phổ phân giải femto giây Xung quét SC và xung bơm được hội tụ vào trong tinh thể ZnS dày 40µm Tín hiệu hấp thụ hai photon ( xung bơm 420nm + SC) trong ZnS được đo với sự biến đổi theo thời gian giữa hai xung S: gương bán mạ tách chùm tia, M: gương, P: parabole, MO: thấu kính hội tụ của kính hiển vi, PCF: sợi quang học phi tuyến, SHG: nhân đôi tần

số, BBO: tinh thể phi tuyến loại 1,∆L: kiểm soát thời gian, F: kính lọc màu BG39, Mẫu: bán dẫn ZnS với bề dày 40µm, Điều chế: cho tần số tia quét đi qua là 800 Hz, tần tần số tia bơm là 400 Hz

đại 28 Để quan sát vị trí hội tụ laser, hệ thống phóng đại hình ảnh đơngiản được thiết kế trước mặt vào của PCF Sau khi xung laser cơ bản điqua chiều dài PCF thì được chuyển hóa thành SC, nó đóng vai trò xungquét SC ở đầu ra được thu gom lại bằng một parabol (không có sự tánsắc), sau đó được gửi vào quang phổ kế Jobin- Yvon H25 Các màu khácnhau của SC được bộ phận tán sắc, cách tử phản xạ, trong quang phổ kếtách ra và hội tụ trên đầu thu của camera CCD Tín hiệu phổ của SC từcamera CCD được ghi trực tiếp vào máy tính Phần năng lượng còn lạicủa laser được nhân đôi tần số nhờ một tinh thể BBO có bề dày 1 mm,cho phép tạo ra xung bơm tại bước sóng 400nm và năng lượng của xungvào khoảng 3 nJ Để hiện tượng hấp thụ hai photon xảy ra thì xung bơm(400 nm) và xung quét (SC) phải xuất hiện cùng lúc và được hội tụ vàochất bán dẫn ZnS Sự hội tụ được thực hiện nhờ một parabol có tiêu cự 25

xác suất hấp thụ bằng cách kết hợp một photon của xung bơm với mộtphoton của xung quét Như vậy ta quan sát được sự thay đổi độ hấp thụtrên phổ của SC Một bộ điều chế, kết nối với đầu thu của camera CCD,

ngắt mở hai tia với tần số của tia quét (SC) cao gấp đôi so với tần số củatia bơm Cho phép đo phổ của SC với sự có mặt của tia bơm và không cómặt tia bơm Như vậy nếu thay đổi giá trị trễ về thời gian giữa xung bơm

và quét và đo độ biến đổi phổ thì ta thu được hình ảnh về sự phân bố cácbước sóng theo thời gian của SC, xem Hình 7 Tính chất này còn được gọi

là Chirp Các chi tiết của thí nghiệm phân giải femto giây này được trìnhbày kĩ trong tài liệu [15, 33] và Phụ lục 1,2

Hình 7: Phổ và sự phân bố phổ theo thời gian của SC sinh ra bởi đoạn PCF có chiều dài 7,2 mm Thể hiện theo tín hiệu hấp thụ hai photon trong mẫu bán dẫn ZnS, có bề dày 40µm Xung laser cơ bản có bước sóng trung tâm là 840 nm, độ rộng phổ tại vị trí một phần hai chiều cao của xung laser

là 25 nm, thời gian xung là 50 fs, năng lượng xung là 1 nJ.

Trong kết quả thí nghiệm trình bày ở Hình 7, phổ của SC trải dài từ

460 nm đến 1100 nm Về mặt phân bố bước sóng theo thời gian (chirp),toàn bộ xung chỉ kéo dài trong 400 fs Độ lớn của chirp phụ thuộc tuyếntính vào chiều của sợi PCF, bởi nó do tính chất tán sắc của môi trườngquyết định Cần lưu ý là xung SC tạo bởi PCF có chiều 7,2 mm là ở trongchế độ đơn xung Nếu tăng chiều dài của sợi PCF thì độ lớn của chirp sẽtăng và xung SC có thể vỡ ra thành nhiều xung bởi chế độ đơn solitonkhông được duy trì [30] Trong kết quả đo chirp với chiều dài của sợi là 22

mm, Hình 8, thì tại vị trí bước sóng từ 530 nm đến 630 nm đã có tín hiệu

của sự khởi đầu xuất hiện xung thứ hai Nghĩa là với chiều dài lớn hơn 22

mm, SC bắt đầu rời bỏ trạng thái đơn xung

Hình 8: Tín hiệu hấp thụ hai photon trong mẫu bán dẫn ZnS có bề dày 40µm SC sinh ra bởi đoạn PCF có chiều dài 22 mm Xung laser cơ bản có bước sóng trung tâm là 840 nm, thời gian xung là

50 fs, năng lượng xung là 1 nJ, độ rộng phổ 25 nm Vùng nhiễu tín hiệu tại 840 nm là do tán xạ của bước sóng laser cơ bản gây ra.

Từ kết quả đo chirp của Hình 8, ta nhận thấy rằng với chiều dài 22

mm thì vẫn chưa có hiện tượng vỡ soliton để tạo thành một đoàn sóng[30] Tuy nhiên tín hiệu cho thấy rằng, chiều dài của PCF này đã ở ngưỡnggiới hạn để thu được SC đơn xung Trong giới hạn của nghiên cứu này,chúng tôi quan tâm đến việc tạo ra SC femto giây nên ngoài vấn đề SC cóphổ rộng thì sự phân bố phổ theo thời gian cần phải ngắn và đơn xung.Chính điểm này mà chúng tôi sẽ chỉ nghiên cứu, trong phần tiếp theo ởmục 0.4, vấn đề nở rộng phổ của SC trong chiều dài của sợi PCF khôngquá 22 mm

0.4 Sự nở rộng phổ của xung ánh sáng trắng theo chiều dài

PCF

Để quan sát quá trình phát triển của SC theo chiều dài của PCF thì

ta cần ghi nhận hình ảnh phổ theo các chiều dài khác nhau Kết quả của

sự quan sát này được trình bày trên Hình 9 và Hình 10 Trong thí nghiệmnày, xung laser cơ bản có bước sóng trung tâm là 840 nm, thời gian xung

là 50 fs và năng lượng xung là 1,2 nJ Việc đo phổ được thực hiện bằngcách cắt sợi PCF thành các độ dài khác nhau Sau đó chiếu lần lượt xunglaser cơ bản vào các độ dài rồi đo phổ của SC ở đầu ra