ĐẠi học quốc gia hà NỘI

2.5. Tóm tắt nội dung môn học

Dưới tác dụng của điện trường ánh sáng cường độ mạnh (chùm laser) môi trường thể hiện các thuộc tính khác với các hiện tượng quang học truyền thống đã biết .Ví dụ ánh sáng có thể tự hội tụ, tần số ánh sáng truền qua môi trường có thể được nhân hai, nhân ba, các tần số tổn ,tần số hiệu có thể hình thànhv.v…. Đó là các hiệu ứng quang học phi tuyến . Giáo trình này cung cấp các kiến thức cơ sở về Quang học phi tuyến. Nguồn gốc hiệu ứng quang học phi tuyến là các độ cảm phi tuyến sẽ được trình bày cùng với các môi trường có độ nhạy phi tuyến quang học cao hay gặp trong thực tế. Các phương trình liên kết và độ phân cực phi tuyến mô tả các hiệu ứng quang học phi tuyến sẽ được đề cập. Một số hiệu ứng quang học phi tuyến cơ bản liên quan đến độ cảm phi tuyến bậc hai và bậc ba được xem xét cùng với điều kiện tương hợp pha- một điều kiện cần thiết để có được hiệu suất biến đổi phi tuyến cao sẽ được phân tích trong giáo trình này.

Các hiệu ứng quang học phi tuyến đã nhanh chóng được đưa vào ứng dụng trong nghiên cứu khoa học và trong công nghệ cao. Trước hết đó là hiệu ứng phát hòa ba bậc hai (SHG) với các ứng dụng dùng để nhân tần số laser ( Tạo hòa ba bậc hai , bậc ba ,bậc bốn..). Nhờ hiệu ứng phát tần số tổng (SFG) có thể tạo ra các máy phát tham số (OPO) bộ khuếch đại tham số (OPA) cung cấp các chùm laser có bước sóng điều hưởng trong miền phổ rộng. Điều này làm mở rộng khả năng ứng dụng của laser trong thực tiễn như là một nguồn sáng kết hợp có bước sóng thay đổi liên tục. Bằng hiệu ứng quang học phi tuyến có thể tạo ra các super continuum (ánh sáng trắng) có ích trong kĩ thuật laser. GÇn ®©y, sù ph¸t hoµ ba quang häc bËc hai (SHG) vµ ph¸t tÇn sè tæng (SFG) ®· tá ra lµ mét c«ng cô khảo s¸t bÒ mÆt hÕt søc ®a n¨ng víi ®é nh¹y vµ ®Æc tr­ng bÒ mÆt cao đặc biệt thích hợp để nghiên cứu trạng thái bề mặt cấu trúc nano. Các kĩ thuật IV-SFG (Infrared-Visible Sum-Frequency Generation) và DR VI-SFG ( Doubly Resonant VI-SFG) sẽ được đề cập như là mét ph­¬ng tiÖn cña quang phæ häc quang häc phi tuyÕn bÒ mÆt (Surface Nonliear Optical Spectroscopy) . Giáo trình cũng ®Ò cËp ®Õn hÇu hÕt c¸c qu¸ tr×nh tán xạ Raman phi tuyÕn phæ biÕn gåm t¸n x¹ Hyper Raman (kh«ng kÕt hîp) vµ nhiÒu d¹ng t¸n x¹ Raman phi tuyÕn kÕt hîp. Nh÷ng thiÕt bÞ cÇn thiÕt ®Ó thùc hiÖn mét lo¹t c¸c thÓ lo¹i quang phæ häc laser phi tuyÕn nµy vµ mét sè øng dông cña chóng sÏ ®­îc giíi thiÖu.

Trình bày:

+ Cơ sở của việc hệ thống hoá phổ của các nguyên tử và iôn có 2 điện tử ở lớp ngoài cùng, phổ của các nguyên tử có các điện tử p,d,f và bảng phân hạng tuần hoàn Mendeleep

+ Hiệu ứng Zeeman thường, dị thường trong từ trường yếu, từ trường mạnh, hiệu ứng Stark.

+ Cấu tạo siêu tinh tế của các vạch quang phổ và phổ tia X .

10. Quang phổ phân tử nhiều nguyên tử

Trình bày

+ Sự quay, các mức năng lượng quay và phổ quay (hấp thụ hồng ngoại xa và tán xạ Raman) của phân tử nhiều nguyên tử loại con quay cầu, con quay đối xứng và không đối xứng.

+ Phương pháp giải bài toán dao động của phân tử nhiều nguyên tử theo quan điểm cổ điển, lượng tử và phương pháp dùng toạ độ đối xứng

+ Phân loại dao động của phân tử theo toạ độ đối xứng và khảo sát phổ dao động (hấp thụ hồng ngoại gần và tán xạ Raman) của phân tử nhiều nguyên tử

+ Các trạng thái điện tử, phổ điện tử và cấu trúc dao động của phổ điện tử của phân tử nhiều nguyên tử

11. Vật lý laser II

Trình bày:

+ Những vấn đề chung của quang phổ học laser về những ưu điểm cơ bản của quang phổ học laser, một số phương pháp của quang phổ học laser tuyến tính như: phương pháp hấp thụ trong buồng cộng hưởng, phương pháp âm quang, phương pháp huỳnh quang.

+ Một số vấn đề của quang phổ học laser phi tuyến: quang phổ học hấp thụ bão hoà, qaung phổ học laser Raman cũng như những phương pháp của quang phổ học phân giải thời gian ns, ps, fs và ứng dụng của chúng.

Giáo trình giới thiệu các loại laser hiện nay bao gồm các laser rắn, laser khí, laser màu, laser bán dẫn, laser giếng lượng tử,laser sợi, microlaser…Trên cơ sở kiến thức về vật lý laser đã có, người học có thể đi sâu vào các nguyên lý hoạt động , các chức năng cơ bản và các sơ đồ thiết bị laser cụ thể phổ biến trong các phòng thí nghiệm và trong ứng dụng thực tiễn hiện nay. Phần hai của giáo trình sẽ đề cập đến một số ứng dụng của laser trong nghiên cứu khoa học, trong công nghệ cao, gia công vật liệu cứng, trong thông tin quang, trong nghiên cứu môi trường, trong quân sự và y tế

Trình bày cơ sở chung của hệ thống thông tin quang học: những đặc trưng cơ bản của những yếu tố trong hệ truyền dẫn quang như laser, sợi quang, máy thu tín hiệu quang. Cơ sở lý thuyết qaung sợi sử dụng trong thông tin quang học

+ PhÇn laser diode b¸n dÉn giíi thiÖu vÒ: nguyªn lý ho¹t ®éng, c¸c tÝnh chÊt c¬ b¶n, mét sè cÊu tróc vµ c¸c lÜnh vùc øng dông cña laser diode b¸n dÉn trong thùc tiÔn (th«ng tin quang, trong y tÕ, trong qu©n sù).

+ PhÇn khuÕch ®¹i quang tr×nh bµy vÒ: lý thuyÕt khuÕch ®¹i quang b¸n dÉn, c«ng nghÖ chÕ t¹o, c¸c ®Æc tr­ng c¬ b¶n vµ c¸c øng dông cña chóng trong hÖ th«ng tin quang.

+ Thùc hµnh ®o, kh¶o s¸t mét sè ®Æc tr­ng cña laser diode b¸n dÉn vµ cña khuÕch ®¹i quang: §Æc tr­ng c«ng suÊt quang ra phô thuéc dßng kÝch (P-I), cÊu tróc phæ laser, phæ khuÕch ®¹i vµ hÖ sè khuÕch ®¹i quang.

Tiếp tục phát triển các kiến thức đã học trước về Vật lý laser, giáo trình sẽ đi sâu vào các chế độ hoạt động laser khác nhau từ laser liên tục đến laser xung, laser đơn mode ,đa mode, các kỹ thuật laser khác nhau nhằm tạo ra các laser phát xung cực ngắn (từ nano giây đến femto giây) và có tần số (bước sóng) thay đổi liên tục từ vùng hồng ngoại đến tử ngoại. Đó là các kỹ thuật Q-switching, Mode-locking bị động và chủ động, các kĩ thuật nén xung…các máy phát OPO, OPA, laser DFB điều hưởng bước sóng…Các kỹ thuật đo xung laser cực ngắn cũng sẽ được trình bày như phép đo tự tương quan Autocorrelator, Sreak Camera…

Giáo trình này là sự nâng cao tiếp theo của giáo trình quang học hiện đại I.

Một số vấn đề của quang học hiện đại như quang học Fourier, quang học ma trận (matrix optics),quang học thống kê( statistical optics) lµ néi dung cña gi¸o tr×nh nµy. C¸c biÕn ®æi Fourier mét chiÒu, hai chiÒu vµ biÕn ®æi Fourier cña hµm delta Dirac sÏ ®­îc ®Ò cËp ®Ó tr×nh bµy c¬ së cña quang häc Fourier vµ mét sè øng dông. Quang häc Fourier ®­a ra mét ph­¬ng ph¸p míi m« t¶ sù truyÒn ¸nh s¸ng trªn c¬ së phÐp biÕn ®æi Fourier , gióp ta xö lý tèt h¬n c¸c qu¸ tr×nh quang häc x¶y ra ®èi víi hÖ tuyÕn tÝnh. ®Æc biÖt lµ gi¶i thÝch, diÔn ®¹t qu¸ tr×nh t¹o ¶nh. Ngoµi ra nã cßn cho ta biÕt c¶ th«ng tin vÒ biªn ®é vµ th«ng tin vÒ pha cña c¸c sãng ¸nh s¸ng truyÒn tíi mÆt ph¼ng ¶nh.

17. Thực tập chuyên ngành I

+ Bài 1: Chế tạo bột phát quang ZnS, ZnS:Cu,Mn… bằng phương pháp gốm và khảo sát phổ huỳnh quang của chúng

+ Khảo sát phổ tán xạ Raman của mẫu dầu khi kích thích bằng laser He-Ne, YAg:Nd

+ Bài 3: Đo các đặc trưng của laser khí CO₂

Trình bày những phương pháp đồng bộ mode tạo xung cực ngắn, đồng bộ mode chủ động, phương pháp bơm đồng bộ và đồng bộ mode bị động cho laser màu, laser rắn, những hiệu ứng phi tuyến cho xung sáng cực ngắn và quang phổ học thời gian cực ngắn.

Thực tập tìm hiệu các vấn đề về quang học phi tuyến và laser xung cực ngắn, laser rắn bưm bằng laser diode

Bài 1 : Hiệu ứng quang học phi tuyến phát hòa ba bậc hai

Bài 2 : Laser rắn Nd:YVO₄ bơm bằng laser diode

Bài 3: Chế độ phát xung laser xung ngắn pico giây bằng kĩ thuật Mode- locking

20. Quang học vật liệu I

Trình bày

+ Liên kết hoá học, cấu trúc của vật liệu

+ Các tính chất quang học cơ bản của vật liệu: quang phổ phát xạ; hấp thụ nguyên tử; quang phổ dao động, quay của phân tử: hấp thụ hồng ngoại gần, xa, tán xạ Raman; quang phổ hấp thụ, huỳnh quang UV-Vis, khả kiến của phân tử; và quang phổ vật rắn: hấp thụ, phát quang, tán xạ Raman…

+ Ứng dụng của quang phổ trong nghiên cứu vật liệu

21. Holography

Tõ khi cã laser ra ®êi , Holography ®· ph¸t triÓn v­ît bùc vµ nhanh chãng ®­îc ®­a vµo øng dông trong c«ng nghÖ cao. Gi¸o tr×nh nµy tr×nh bµy nguyªn lý c¬ b¶n cña Holography tõ holography cña nguån ®iÓm ®Õn holography cña mét vËt, ph©n lo¹i hologram, c¸c s¬ ®å thu vµ håi phhôc hologram vµ c¸c chó ý thùc nghiÖm ®Ó thu ®­îc mét hologram. Mét sè øng dông cña holography nh­ hologram khèi, giao thoa kÕ holography, holoraphy sãng ©m, c¸c linh kiÖn quang häc holography…sÏ ®­îc ®Ò cËp.

Giáo trình sẽ đi sâu vào lý thuyết dÉn sãng phẳng điện môi (planar waveguides), các mạch quang trong quang học tích hợp (Integrated-optics),

Vấn đề ghép nối dẫn sóng quang học bằng lăng kính, cách tử, các bộ chia quang, đóng ngắt trên mạch quang tích hợp, điều biến pha , điều biến cường độ, ®iÒu biÕn kh«ng gian, ®iÒu biÕn quang PROM (Pockel Readout Optical Modulator)…sẽ được phân tích sâu hơn. Các thiết bị quang tích hợp (Integrated-optics devices) và ứng dụng cụ thể sẽ được đề cập.

HiÖu øng ®iÖn quang trªn tinh thÓ láng víi øng dông lµm c¸c bé trÔ, ®iÒu biÕn vµ chuyÓn m¹ch quang häc ®iÒu khiÓn b»ng ®iÖn vµ hiÖu øng l­ìng æn ®Þnh quang häc (Bistable Optical devices) còng lµ mét phÇn néi dung cña gi¸o tr×nh.

Trình bày:

+ Cơ sở của đo lường trong quang phổ : nguồn kích thích: đèn phóng điện khí, laser…; máy đơn sắc; nguồn thu : nhân quang điện, quang trở, photodiode, …

+ Các phương pháp thu phổ: tách sóng dồng bộ, khuếch đại lock-in, boxca,CCD,…

+ Các phương pháp đo phổ phát xạ, phổ hấp thụ, phổ phát quang và tán xạ Raman…

III. Luận văn tốt nghiệp