chương 3 - make by ngo thi phuong
DESCRIPTION
Chương 3 - Make by Ngo Thi PhuongTRANSCRIPT
![Page 1: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/1.jpg)
TS. Ngô Thị Phương
Khoa Vật lí
Chuyên đề Quang họcAdvanced Optics
![Page 2: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/2.jpg)
[1] Giáo trình quang học, Nguyễn Trần Trác – Diệp Ngọc Anh
[2] Bài tập quang học tập 2
– Tổ Vật lí đại cương – k. Lý - ĐHSP Tp.HCM
[3] Hiệu ứng quang học phi tuyến, Trần Tuấn – Lê Văn Hiếu
Tài liệu tham khảo
[3] Hiệu ứng quang học phi tuyến, Trần Tuấn – Lê Văn Hiếu
[4] Quang phi tuyến, Trần Tuấn
[5,6,7…] Tài liệu khác
2ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
![Page 3: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/3.jpg)
Nội dung môn học
Chương 1: Hiện tượng tán sắc ánh sáng
Chương 2: Phân cực ánh sáng
Chương 3: Mở đầu về quang học phi tuyến
3.1 Giới thiệu
3.2 Sự phân cực
Chương 4: Những khái niệm cơ bản về QHPT
3ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
![Page 4: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/4.jpg)
Giới thiệu
Phát minh ra laser(cường độ ánh sáng mạnh, tính đơn sắc cao…)
1960
4ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
Ngành học mới?
![Page 5: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/5.jpg)
Giới thiệu
Quang học phi tuyến tính
� Laser trong quang phổ học+ Tính đơn sắc cao � giải quyết bài toán cấu trúc mỏng+ Mật độ năng lượng cao � các phương pháp quang phổ mới+ …
nghiên cứu sự trả lời/ đáp trả của 1 nguyên tử/vật chấtđối với 1 nguồn sáng mạnh
5ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
đối với 1 nguồn sáng mạnh
Quangđiện tử
+ thiết bị thu phát hình ảnh+ máy đọc đĩa nén và video+ màn hình phẳng tinh thể lỏng, tivi …+ máy in laser; máy đọc mã vạch+ cáp quang; hệ viễn thông cáp+ máy định vị laser, máy kết nối vệ tinh…
![Page 6: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/6.jpg)
Đôi dòng lịch sử…• 1960: Townes phát minh ra laser
• 1961: Franken et al. quan sát được sóng điều hòa bậc 2 (SHG)
• 1962:
+ Terhune et al. quan sát được sóng điều hòa bậc 3 (THG)
+ Nicolaas Bloembergen phát triển lí thuyết về quang phi tuyến � khởiđầu cho Quang học phi tuyến
6ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
+ Woodbury et al. lần đầu chứng minh được tán xạ cưỡng bức Raman
+ Armstrong et al. công thức hóa các mối liên hệ đối xứng hoán vị tổngquát trong quang phi tuyến
• 1973: Hasegawa et al. lần đầu tiên đoán lí thuyết về tổng hợp solitontrong sợi quang
• 1976: Gibbs et al. chứng minh và giải thích optical bistability
• 1980: Mollenauer et al. công nhận sự tổng hợp soliton trong sợi quang
![Page 7: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/7.jpg)
Giới thiệu
Sóng tới Sóng phát ra
Phân tử
Sóng ánh sáng tác động lên phân tử
7ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
� làm phân tử chuyển động và phát ra 1 sóng khác giao thoa với sóng tới
Năng lượngphoton của ánhsáng tới
Năng lượng photon của ánh sáng phátra
Năng
lượ
ngtă
ngdầ
n
Mức năng lượng phân tử
![Page 8: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/8.jpg)
ượ
ngần
Giới thiệu
Cường độ ánh sáng mạnh hơn
� Kích thích phân tử ở trạng thái năng lượng cao hơn
Sóng phát raSóng tới
Năng lượngphoton của ánh
sáng tới
Năng lượngphoton của AS tới
Năng lượngphoton của ánh
sáng phát ra
Năng
lượ
tăng
dần
Mức năng lượng phân tử
8ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
Màu sắc mới!!!
Phân tử
![Page 9: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/9.jpg)
Giới thiệu
� Quang học tuyến tính
+ Phản xạ, khúc xạ, hấp thụ
KHÔNG có sự thay đổi tính chất của môi trường hoặc ánh sáng
� Quang học phi tuyến tính
9ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
+ 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 sự thay đổi tính chất của môi trường hoặc ánh sáng
![Page 10: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/10.jpg)
Giới thiệu
Vật chất Sự phân cựcTrường điện E
10ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
Moment lưỡng cực p
![Page 11: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/11.jpg)
Giới thiệu� Nhắc lại quang học tuyến tính (cường độ E yếu)
• Cùng tần số phát ra• α không phụ thuộc vào cường độ sóng tới• Sóng phát ra chịu 1 độ lệch pha là 2πnL/λ (n là chiết suất của môi trường)
11ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
• Sóng phát ra chịu 1 độ lệch pha là 2πnL/λ (n là chiết suất của môi trường) và độc lập với cường độ sóng tới• Sự phân cực “tuyến tính” gây ra bởi trường E:
là hằng số điện môi trong chân không
là độ cảm điện tuyến tính của môi trường, liên hệ với n bởi
là tensor nếu đó là môi trường dị hướng
![Page 12: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/12.jpg)
Giới thiệu
� Quang học phi tuyến tínhVới cường độ ánh sáng mạnh, sự phân cực của môi trường phụthuộc vào cường độ E
12ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
hay là
Độ cảm điệnSự trả lời
![Page 13: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/13.jpg)
Giới thiệuSự phân cực
13ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
Quang học cổ điển
Quang phi tuyến bậc 2� Môi trường tinh thể không có đối xứng đảo
Quang phi tuyến bậc 3� Môi trường tinh thể có đối xứng đảo
![Page 14: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/14.jpg)
Sự phân cực
14ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
![Page 15: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/15.jpg)
Sự phân cực
15ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
![Page 16: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/16.jpg)
Giới thiệuTính phân cực tĩnh
Số hạng 0
16ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
Ví dụ: nước ε(0) = 81
![Page 17: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/17.jpg)
Giới thiệu
Hệ số khúc xạ
Số hạng
Tính phân cực quang học
17ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
Hệ số khúc xạ
![Page 18: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/18.jpg)
Giới thiệu
Hệ số khúc xạ n thay đổi tuyến
Số hạng
Hiệu ứng Pockels (1883)
18ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
Hệ số khúc xạ n thay đổi tuyếntính với cường độ điện trườngtĩnh E0
Ứng dụng: thiết bị điện quang (electro-optic devices), ngắtmạch quang học, biến điệu quang học.
- dễ dàng điều khiển việc ngắt, biến điệu các tín hiệu ánh sáng
- hạn chế những dòng điện “dư” trong các quá trình điện tử
![Page 19: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/19.jpg)
Giới thiệu
Hệ số khúc xạ n thay đổi tuyến tính
Số hạng
Hiệu ứng Kerr (1877)
19ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
Hệ số khúc xạ n thay đổi tuyến tínhvới bình phương cường độ điệntrường tĩnh E0
Xảy ra trong môi trường đẳng hướngnhư: khí, chất lỏng, chất rắn
Ít được sử dụng hơn hiệu ứng Pockels vì phải định hướng bằngđiện thế rất mạnh
![Page 20: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/20.jpg)
Giới thiệu
Gấp đôi tần số
Số hạng
Sóng điều hòa bậc 2 (1961)
20ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
Gấp đôi tần số
Peter Franken et al. vào năm 1961 đã thu được sóng điều hòa bậc2 (347,1 nm) trên nền thạch anh với hiệu suất là 10-4
Ứng dụng: chụp ảnh tế bào cơ, bề mặt vật thể…
![Page 21: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/21.jpg)
Giới thiệuSóng điều hòa bậc 2 (1961)
21ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
![Page 22: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/22.jpg)
Giới thiệu
Thí nghiệm đầu tiên về hiện tượng quang phi tuyến
22ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
Nguồn sáng: laser Ruby (λ = 694,3 nm) Mẫu thí nghiệm: tinh thể thạch anh
Sóng điều hòa bậc 2 thu được ở bước sóng 347,1 nm
� mở rộng phổ của laser về phía ánh sáng xanh, UV…
![Page 23: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/23.jpg)
Giới thiệu
23ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
![Page 24: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/24.jpg)
Giới thiệu
Số hạng
Sóng điều hòa bậc 3 (1962)
24ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
Sóng điều hòa bậc 3 trên silic
Gấp ba tần số
Ứng dụng: kỉ thuật hiển vi phi tuyến, chụp ảnh 3D vật thểtrong suốt,…
![Page 25: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/25.jpg)
Giới thiệu
25ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
![Page 26: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/26.jpg)
Giới thiệuHiệu ứng Kerr quang học
Hệ số khúc xạ phụ
Môi trường xảy rahiệu ứng Kerr
Thanh chắn
Đầu ra
Số hạng
26ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
Sự tự hội tụ?
Hệ số khúc xạ phụthuộc vào cườngđộ sáng: n = n(I)
vì
(n có dạng )Thời gian
Thời gian
Mất mát I nhỏ
Hội tụ bởihiệuứngKerr
Không hội tụ
Xung với I lớn
Tia sángvới I nhỏ
Mất mát I lớn
Đầu ra
![Page 27: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/27.jpg)
Giới thiệu
Chùm tia “chuẩn trực” dưới dạng cường độ hình Gauss truyền trong môitrường không tuyến tính sẽ xuất hiện hiệu ứng Kerr quang học
Sự tự hội tụ (auto-focalisation)
- Chùm tia hội tụ nếu n2 > 0 (sự tự hội tụ)
- Chùm tia phân kỳ nếu n2 < 0 (sự không hội tụ )
27ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
Môi tr ường không tuy ến tính
![Page 28: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/28.jpg)
Nội dung môn học
Giới thiệu
- Sự phân cực
Phi tuyến bậc 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 tuyến bậc 3- Hiệu ứng Kerr
- Self and cross-phase modulation
- Four-wave mixing
28ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
![Page 29: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/29.jpg)
29ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô
![Page 30: Chương 3 - Make by Ngo Thi Phuong](https://reader033.vdocuments.mx/reader033/viewer/2022061208/5485145bb4af9f870d8b4d4c/html5/thumbnails/30.jpg)
Hết chương 3
30ChuyênChuyênChuyênChuyên đđđđề QuangQuangQuangQuang hhhhọccccT. P. Ngô