BỘ C3ÁODỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠIHỌCYTNH BỘ GLÁOEỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH VŨ ĐÌNH HÙNG vủ ĐÌNH HÙNG PHÂN TÍCH CÁC HỆUỨNG PHI TUYẾN FI IÂTS iioQUÁ I c ÁcTRÌNHTẠOXUNGÁNH IIII; ỨNG F1 II TUVÉNTRONG TRONG SÁNG QUÁ TKÌNHTẠOxnNGÁNHSÁiNGTRẮNG TRẢNG BẰNG SỢI QUANGHNHTHẾ RẰNGSỢI QUANGTINHTHẺ HẬN VĂN THẠC Sĩ VẬT LÝ Người hướng cfin kỈHKi ĩtoci T5L tÊCGNCNHẶỈV liẶN VĂN THẠC Sĩ VẬTIÍ ••• Mnli-2013 ii LỜS: CẢMƠN Tác giả xin tỏ lòng biết ơn đến thầy giáo hướng dẫn TS Lê Công Nhân tận tình định hướng hướng dẫn để tác giả hoàn thành luận van Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến Ban chủ nhiệm, khoa sau đại học, khoa vật lí, thầy giáo, cô giáo giảng dạy giúp đỡ tác giả trình theo học làm luận văn trường ĐH Vinh Lời cuối tác giả xin cảm ơn gia đình, người thân bạn bè động viên, giúp đỡ tác giả thời gian làm luận văn TỊ) HQVỊ thếuqg năm 2013 TVlic lục Mục 1ục Mỏ ĐẦU sỢí QUANG HỌC TDNH THỂ \À XUNG ÁNH SẮNG TRẨNG 1.1 Sợi quang học tinh tho 1.2 Che hiệa ứng phi tmyến trcog sợi quarỊg 18 PHÂN TÍCH CÁC HEỆU ÚNG PHE THUYẾTNT TRONG QUÁ TRÈNH TẠO XUNG ÁNH SẮNG TRANG sct QUANG TINH THỂ BANG 28 Eteửi sách lánh\e 1.1 a Sợi PCF có lõi rỗng, b Sợi PCF có lõi đặc [17] 10 1.2 Tần số chuẩn hóa PCF mạng lục giác, yếu tố làm đầy 0,2 PCP tmyèn dẫn inode Gơ bốn vùng nhìn thấy mhà]gngoại gần [14].) 12 1.3 Sộ híỉng chiết cao 13 1.4 Qạy trinh chế tạo sợi quang [14] 18 1.5 So sánh tán sắc scấ FCF va SEF [14] 20 1.6 Xung truyền (đường cong trên) môi trường phi tuyến trải qua tự thay đổi tần số (đường cong dưới) thông qua trình SPM Phần trước xung chuyển sang vừng tần số thấp hctL phần san xung với tần số cao hon [21] 22 2.2 Đường cong tán sắc mode Z7QI mcủamodebậc LF\ [ Hỉnh ảnh chèn mặt cắt sợi PCF phi hứdng chiết [29] 30 2.3 Đường cong tán sắc bốn mode Lỉh1-T-, LFfay, LF\Lr, Lĩịiy Hưh ảnh chèn mặt cắt, sợi PCF lứ3ng (ljiết [29] 31 2.4 Tho XI mg ánh sáng trắng cách bơmxi mg lascr \ào sci PGP \à Aĩy gutỉng, A/2: bảnnĩteibưâc sáng, 2SX: thấu kứhhiểnvi, XYZ: trục(Ịch chuyển theo ba chiều, PCF: scẳ qỊuang phi ti^ổn[29] .33 2.5 Sự phân bố cường độ theo không gian mo de khác nhau[29] 33 2.6 Tạo xungánl sáng traiỊg(Si TJ XIX XKitiium ISO) bằngsci quang tinh thể(Fhotc3iiic ĩưber Cbystal: PCF) Viện Vạt Lí Việt Nam [29] 31 2.7 Sự phát tĩiẻn phổ sc theo chiều dài khác sợi PCF Hình ảnh chèn phân bố cường độ theo khang gian sc, tạo lõi FCF phi lưỡng chiết,, 2.9 Sơ đồ thí nghiệm đo phổ phân giải femto giây Xung quét sc xung bơm hội tụ vào tinh thể ZnS dày 4Qim Thi biộu hấp thụ hai photm ( xung bơm42Qnm TSC) ZnS đo với biến đỗi theo thời gian hai xung S: gttng bán nạ tách chùm tia, M gií ỉng, P: parabde, M) thấu kính hạ tụ knửi hiến vi, PGF: SCÌ quang học phi tuyến, SHG: nhân đôi tần số, BBO: tinh thể phi tựyến loại 1,AZ,: kiểm soát, thời gian, F: hình lọc nỀu BG39, hTnr lún dẫn ZnS vtl bềdạy40gm, Điều chế: cho tần số tia quét qua 800 Hz, tần số tia bơm 400 Hz.[29] 40 2.10 Thổ phân bố phổ theo tbci gan sc sinh đoạn PCF có chiều dài 7,2 mm Thể theo tín hiệu hấp thụ hai photcn nẫu bán dẫn ZnS, oó liồ dày 4Cịim Xung laser có bước sóng trung tâm 840 nm, độ lộng phổ vị trí một, phần hai chiều cao xung laser 25 nm, tbcấ gan xung 50 fs, hítng xung nJ [29] 2.11 Tĩn hiệu hấp thụ hai photcn trcng mẫu bán dẫn ZnS oó bề dạy 4QLím sc sinh đoạn PCF có chiều dài 22 mm Xung laser oơ bổn GÓ bưdc sóng trung tâm là, 840 ĨII thời scng laser gậy [29] 2.12 Phổ 42 sc hình thành đầu sợi MF với công suất trung tinh p(w, \p = 79í>ơụAr = 27/s[28] .43 sc.ã MFvtl Pav = HSrrayAp =7SOnrrìịAr = 27/8 [28] 45 41 2.14 ]Vb tả trang thái phổ lần h t t đutl kết hợp hiệu ứng a) Ị32 b)/?2 + ss + HOD c)p2 +RS + SS d)/?2 + HOD^rBS^rSS [29] DANH SÁCH KÍ HEẸU FWM: trội bốn scng GVD: tán SBC \ện tốc nhem HCX): tán sắc bậc cao IA IA : diện tích inodc lớn MF: sợi quang có cấn trúc 11ÌCTO mâ PCF : sợi quang tinh thể PDG: vừng cấm quang tử PM: phân cục trì se: xung ánh sáng liên tục ss : trình tự dốc SPM : tự biến điệu pha SSFS : tự biến đổi tần số TER : phản xạ toàn phần 7U\\Ĩ: buổc sáng khchg tán sắc uv: tia cụC tím MỞ ĐẦU Sợi quang tinh thổ (ĩTotcõc Qistal Fĩber: PƠF), sậ quang oó cấn trúc nicro hay sợi quang có cấu trúc lỗ nhũng txìi gậ dành cho nhem sợi quang chế tạo dựa xếp tuần hoàn: cấu trúc lỗ trống rricro mét bao bọc bcắ silic Gách xếp cho pihểp nén ánh sáng cấn trúc scẳ và, dẫn truyền ánh sáng la silioo (sợi qỊuang với lõi chiết suất cao) hay' dẫn tnyồn ánh sáng lõi không Idẩ (sợi quang với lõi chiết suất thấp)[l] Sợi quang vúi cách thiết, kế nxi nạy tạo lần vào năm 1996 Sau 16 năm tồn tại, sợi quang xuất nhiều lĩnh vực ứng dụng như: truyền tải liệu, truyền tải lượng cao, đo lường xác, quang học phi tuyến Bên cạnh sử dụng nguồn sáng mới, chuyên cung cấp ánh sáng trắng lũ thuật tạo tành ảnh quang phổ Trong vấn đề tìm hiểu tượng quang học phi tuyến, người ta quan tâm đặc biệt đến sợi PCF với lõi chiết xuất cao Nhờ vào tính chất phi tuyến cao diện tích lõi nhỏ chênh lệch lớn vè chiết suất, giũa lõi mạng l\fị lỗ trống, mà loại PCF GÓ khả tạo xung ánh sáng trắng (Si qx rmiỂim n mi SC) vrì nhũng nguồn lascr họng thấp Đặc điềm xung ánh sáng trắng có độ rộng phổ lớn (có thẻ lên 1000 nrn) thcả gian xung ngắn (có thể rút xuống cỡ đuổi rrột trăm íemto giây) Ngày việc phát triền PCF để tạo se có phổ lệch phía bước sóng ngắn hướng quan tâm nhiều[2,3,4] Bên cạnh đó, trình hình thành se chứa đựng nhiều yếu tố quang phi tuyến đan xen lẫn nhau, nên việc kiểm soát tính chất se phức tạp Chính điều mà hình thành se vấn đề nghiên cứu mạnh vè ca mặt thực nghiệm lẫn lí thuyết [5,6,7,8,9] Sự hình thành va phát, triểấr sc kết tưỉrg tác giữì xung lasa: sợi PCF trình lan trụyèn Vĩ việc tạo sc trình phứo hơp, tập trung nhiều hiộu lìng phi tiỊyổn khác" nhau, yếu tố tán sắc, lưỡng chiết nôi trrỀng và, mode lan truyền[10,11,12,13], nên để thỏa mãn yêu cầu phức tạp Để hiểu trình phân tích biến đổi phỗ sc chiều dài khác sợi PCF Từ kết này, hiểu trình biến đổi phổ phân tích cách định tính vai trò tượng quang học phi tuyến trình mở rộng phổ Mục đích nghiên cứu tìm hiểu tượng phi tuyến biến đổi sợi PCF thông qua tính chất phổ sc qua chiều dài khấc Trên sở chọn đề tài : "Phân tíđi hiệu útỊg phi tụyến trình, tạo xung ánh sáng trắrg sọí quang tinh thể" Nội dung luận văn hai phần mở đầu kết luận, luận văn trình bày có nội dung chia làm hai chương: Chut&TỊg I Trình bạy kiến thúc tổng quan vồ cán trúc, thong số vật lý scá PCF số tượng quang phi tuyến xuất hiộr trang trình dẫn triỊyồn xung lascr ChũLttg n Được dành để trình bày chi tiết phương pháp khảo sát phổ phân bố phổ theo thời gian sc trình bày, đồng thời phân tích hiệu ứng phi tuyến xảy qua trình tạo sc thông qua phổ đo thực nghiệm Đây phần nội đung ngpiien cứu 41 400nm lượng xung vào khoảng 3nJ Để tượng hấp thụ hai photon xạy tlỀ xong bơm (40Qom) xung quét phải xuất lúc hội tụ vào chất bán dần ZnS Sự hội tụ thực nhờ parabol có tiêu cự 25mm Tại điểm hội tụ mật độ lượng lên tới 13mJ/crrĩ ncn gia tang xác suất hấp thụ oách hết hợp photcn xung bơm với photon xung quét Như ta quan sát thay đổi độ hấp thụ phổ sc Một điều chế kết nối với đầu thu camera CCD, ngắt mở hai tia với tần số tia quét cao gấp đôi so với tần số tia bơm Cho phép đo phỗ sc với có mặt tia bơm măt tia bơm Như thay đối giá trị trễ thời gian xung bơm xung quét đồng thời đo độ biến đổi phỏ ta thu hình ảnh phân bố bước sóng theo thời gian sc, xem Hình2.9 Các chi tiết thí nghiệm phân giải íemto giây trình bèy lã tài liộu [9] Bước sóng (nm) Hình 2.10: Phổ phân bố phổ theo thời gian sc sinh bồi đoạn PCF có chiều dài 7,2 mm TQiổ Mội tixx> tín Mậu bấp thụ bai ptoton nân bán dẫn ZnS GÓ bè dày t ịirn Xung laeer Gơ có bưóc sóng trung tâm 840 nm, độ rộng phổ vị trí phần hai chiều cao xung laser 25 nni tlxi gian xung' -50 fs, nărg họng xung nT [29] Trong hốt, tlẩ nghiạm trình I rìy hình 2.9, phổ sc trải dài 42 từ 460nm đến llOOnm mặt phân bố bước sóng theo thời gian, toàn xung káo dài tncng 400 fe XiEJg sc tạo bci PCF oó chiều dài 7,2 ĩixn chế độ đơn xung Nếu tăng chiều dài sợi PCF xung sc vỡ thành nhiều xung chế độ đơn soliton không trì [27] hbnug hát, vhi dbiồii dài sci 22 rum, hỉnh 2.11 vị trí bước sóng từ 530 nm đến 630 nm có tín hiệu khởi đầu xuất xung thứ hai Nghĩa với chiều dài lớn 22 mm , sc bắt đầu rời bỏ trạng thái đơn xung HLnli 2.11: Tìii hiệu hấp tl n i liíâ pihoton mẫu bốn dẫn ZnS oó bề dạy 40ụm sc sinh đoạn PCF có chiều dài 22 11111 Xung laser cxỉ Hin oó lai'*: sctỊg trung tâm S40 nrrỊ tbcá gian xung 50 fs> lượng xung nJ, độ rộng phỗ 25 nm Vùng nhiễu tín hiệu 840 nra tán xạ la ti: sóng laser (ĩ ỉ liki gậy m.[2í)| Hỉnh 2.11 ta nhận thấy' với chiều, dài 22 nxn ciniri có tượng vỡ soliton để tạo thành đoàn sóng [27] Tuy nhiên tín hiệu cho thấy rằng, chiều dài PCF ngưỡng giới hạn để thu sc đơn xung Trong giới hạn nghiên cứu này, ta quan tâm đến việc tạo sc íemto giây nên vấn đề sc có phỗ rộng phân bố phỗ theo thời gian cần phải ngắn đơn xung Chính điều nên luận ván đề cập đến vấn đề nở rộng phổ sc chiều dài sợi IT T hhôqg 22 ĩixn 43 2.4 \TÚ trò liiộci ứhg phi tuyên trcr^g trimli tạo xung ánh sáng' trắr^ Tữ nhữdg nhận xót trcng nục 2.2 ta phan tích lã chau tiến trình biến đỗi phỗ thông qua hiệu ứng phi tuyến dựa kết định tính biểu thức toán học mô tả trình Theo dõi trình phát triển sc ta thấy úng với chiều dài sợi PGF 3,4ran, nở rộng phổ đối xứng so với xung trung tâm tia laser Điều cho thấy đặc điềm khởi đầu hiệu ứng SPM Đặc điểm SPM phỏ nở đối xứng so với xung trung tâm thông qua phương trình [14]: , Ltề2In t2 Uịt) =UỊ) +2Ả;.—Ỷ~ t.exp(—— ) , (2.1) VI chiều dài G.Gnmtlà phổ tập trung mạnh vào vừng GÓ buóc scng 700nm đến 760nm Sự bất đối xứng cho thấy ảnh hưởng SPM giảm thay vào hiệu ứng phi tuyến khác mà đặc trưng hiệu ứng XPM Với thí nghiệm G Genty cộng thực hiện[28] để đánh giá ảnh hưởng XPM phổ Ta Pthấy phổ bị biến đổi khi2 4thay đổi công p— mW ump 20 o ,_ ẫ -20 20 : PM DW 53 mV A" - X PM nw 600 63 m W- 900 12 00 1500 44 sát rõ Đỉnh dịch chuyển lớn sang màu đỏ tương ứng với soliton tự dịch chuyển tần số soliton (SSFS) Khi công suất đầu vào tăng Dịch chuyển đỏ soliton tăng đáng kể với xuất đồng thời thành phần màu xanh quang phổ Đỉnh ứng với DW xuất Hình2.12 tương ứng với sóng tán sắc Vị trí đỉnh phổ lệch chút so với đỉnh đầu công suất vào Bên cạnh đỉnh phỗ xuất đánh dấu XPM nằm mép quang phỗ màu xanh tăng công suất đầu vào 53mW Cường độ XPM tăng bước sóng giảm tăng công suất đầu vào Đồng thời đỉnh XPM đỉnh DW tách dần vùng hồng ngoại ta thấy có xuất DW vùng bước sóng 1600nm Đầu tiên giải thích hình thành phổ licn tục nạy kết cu jả t /1 £ ỉng tác giũa SPXlvri tán sắc dị thường, xung đầu vào bị nén dẫn đến mở rộng phổ vào vùng tán sắc bình thường sợi Sóng tán sắc DW tạo chồng chéo xung ban đầu sóng có vectơ sóng Kết xuất đỉnh DW vùng quang phổ màu xanh Việc xác định đỉnh tìm thông qua điều kiện hợp pha: AẸ =0 (2.2) Trong Ị3(uị) 'và /?(ojbw) số trụyồi dẫn scng bơmvà sống tán sắc sci MF Từ linh \ẽ cho thấy bước scng trung tâm sditon Hến đổi theo trình truyền phổ mở rộng không vượt sóng không tán sắc, sóng tán sắc không tao dọc trình truyền Mặc dù sóng bơm sóng tán sắc xanh ban đầu pha sóng tốn sắc (trong vừng tán sắc thưbng) trựyèn với xộn tốc chậm hen so với Hống bơm nên hai Hổng tách ìxi nhan theo thờá gian Soliton tao từ xung bơm qua trình tự biến đổi tần số soliton 45 Hình 2.13: Phỗ sc tạo sau a)2cm b)5cm c)15cm d)50cm sợi MF với ỈỊm =118/7RV,Ap = 790nm,Ar =27fs [28] (SSFS) dẫn đến bước sóng trung tâm dịch phía đỏ Do vận tốc nhóm soliton giảm, kết dẫn đến soliton bắt kịp sóng tán sắc xanh Khi soliton qua sóng tán sắc thành phần quang phổ xuất mặt, bên sáng tán sắc Xính (Midi 2.1314), (Mnh 2.13c) ta quan sát thấy trình tương tác thành màu xanh với sohtoiL Chc thành phần di chựyén với vận tốc nhom khác so với sciihon scaig tán sắc, chúng tán sắc dọc theo trình truyền scầ (lĩnh 2.13d) Mạt khác Midi 2.13d ta thấy phổ solitcn mớ lộig vượt qua vừng IdOOnm sceọg tán sắc trcng vừng hồng ngoại tao thành Điều cần ỷ tương tác soliton với scaig tán sắc hầog ngoại khác với trình tưỉng tác với smg tán sắc xanh sóng tán sắc hồng ngoại có vận tốc nhóm nhanh 46 vận tốc nhám sdltcrL Khi sdlitcn sóng tán sắc xanh daồng lấn lên nhan theo thời gịan chiốxLrrột Idaoảqg cách ỗz sợi, soliton gây biến đổi pha phi tựyến ÔLp^xpM) sóng tán sắc Khi nghiên cứu điều ngừơi ta thấy pha phi tụyến tỉ lệ thuận với hệ số phi tựyến số tán sắCLoỊx^y) Từ phổ ta thấy công suất đỉnh sóng tán sắc thấp soliton nên XPM gây sóng tán sắc soliton không đáng kể, với trình tự biến đỗi pha (SPM) sóng tán sắc không đáng kể so với ỗLpụXT>M)- Nhưng thay đổi pha phi tuyến gây soliton sóng tán sắc ảnh hưởng đáng kể đến trình lan truyền sáng tán sắc Thành phàn phổ scng tán sắc 1*10 gàmđịch chiỊyỗLi xanh, vùng tán sắc thường bước sóng chậm so với thành phần màu đỏ sóng tán sắc, tiền đề để xuất đỉnh XPM có cường độ ngày tăng dần, đồng thời ta thấy khoảng cách đỉnh phổ với đỉnh DW tách dần ra, cường độ DW không thay đổi Điều giải thích cách đơn giản trường hơp soliton qua sóng tán sắc cách đối xứng, điều dẫn đến cường độ phổ DW không biến động nhiều Từ phân tích ta thấy ảnh hưởng XPM phổ sc đáng kể chiều dài sợi vào khoảng 6,6 đến 9,6m kết trình bày ĩrục 2.2[28] Thông qua phổ đầu ghi lại thay đổi công suất bơm, với bước sóng điều chỉnh Xp = 804nm Genty cộng [30]thực ta đánh giá ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến khác Phân tích phổ từ xung ban đầu ta thấy xung phân rã thành nhiều xung nhỏ, quang phổ xuất dịch chuyền đỏ thành phẫn Stoke thành phần dịch chuyển xanh anti-Stokes hình thành lân cân vùng 47 Bước sóng [nm] Hỉnh 2.14: lYÊ tả tauig thái phổ lần lnợt đưăi ká1 Kỉf) cua liệu úlíg a) /Ỡ2- b)#2 -hSS'-\-HOD c)/?2 +BS+SS d)p2 +HDD+BS+SS [29] ZDW Khi tăng công suất bơm ta thấy sc kéo dài từ vùng 400nm đến 1400nm Để đánh giá ảnh hưởng tán xạ Raman (SR) hiệu ứng khác trcọg việc tạo sc giải phLt&Ịg trình 1.7 inô xung trưyồa chịu ảnh hưởng SR biểu diễn Hình 2.14c,d ảnh hưởng SR thể Hình 2.14a,b Với việc sử dụng tham số sợi MF giả định xung bơm có dạng Gauss Ngoài ảnh hnbng SRvà tán sắc bậc cao (HDD) tức hệ số Ị3n có n >3 thể Khi tán sắc bậc cao lẫn tán xạ Raman phổ có Hình 2.14a phỗ tiến hóa sợi Soliton bậc cao có tham gia HDD tho XI mg bị phan rã XI mg C{I lanh XI mg tn mg tâm ban đầu dẫn đến xung mở rộng Điểm ý xuất thành phần anti-Stokes màu xanh quang phổ Các thành phần phát sinh từ nhiễu loạn HDD với xung khác truyền sợi Thành phần anti-Stokes chiếm phần đáng kể tỗng lượng, 48 thành phần phía đỏ quang phổ chủ yếu để mở rộng quang phổ Ngoài quan sát phổ ta thấy đỉnh Stoks xuất vùng hồng gần phổ kbía cạnh nạy ta có thề giải thích hình thành phỗ liên tục với xung ban đầu bị nén kết hợp hiệu ứng phi tiỊyồn \ù tán sắc dị thiìtng tn t'X : tỊ vỡ thành nbiồn solitoiL Trong trừtug hơp kỉ rông có ảnh huởqg HƠD RS trạng thái lan truyền soliton thứ N bị chi phối với thay đỗi định kỳ quang phổ (Hình 2.14a) Khi oó xuất HQD RS có XL hưTrg phá vỡ cấu trúc định kỳ thành phần di chuyển với vận tốc nhóm khác’ vay trang thái solitcn thứ N bị phá vỡ và, phân rã xung ban đầu thành nhiều xung khác, truyền độc lập soliton Mặc dù HOD dẫn đến phân rã soliton ngưỡng IK X) thấp so với ngưỡng RS Noi cách khác trình phan rã solitn.1 cdniyốu tán xạ Rarran trưrìug hợp xung £s sợi MF Các soliton tạo trải qua trình tự biến đổi tần số (SSFS) phổ xuất cấc thành phần dịch chuyển đỏ riêng Che sditcn 14 nhiễu loạn HOD trụyèn scầ bứo xạ lượng để suy trì hình dạng chúng Năng lượng xạ xuất quang phỗ đỉnh anti-Stoks Các đỉnh anti-Stoks có cường độ thấp đỉnh Stoks soliton tương ứng Hình2.14d dòng Stoks anti- Stokes chuyển đổi phía đỏ xanh công suất đầu vào tăng thêm Để quan sát đỉnh Anti- Stoks công suất đầu vào phải lớn 10mW, mức Gông suất thuồng khó quan sát ảnh horởqg nhiễu nạy phân tídh quang phổ Ngoài thành phần thứ hai xuất bên tay phải phương trình 1.7 theo thời gian trình truyền sóng hiệu ứng tự dốc 49 Tự dốc hệ cường độ xung phụ thuộc vào vận tốc nhóm Đỉnh xung truyền chậm so với cạnh dẫn đến mép sau xung bị dốc Hiệu ứng đóng góp vào trình hình thành sc rõ phổ đo Tiếp theo ta, xem xét hiệu ứag trộn bốn sáng sựy Hến (FWM) trình tạo xung sc Trì hai photen bơm tạo hai photon Stoks anti- Stoks 2hp Lcbs (2.3) Để trình FWM diễn điều kiện hợp pha phải đạt : Aậ> =ộ(cua) — 2íjj(uị,) =0 (2.4) Các soliton tao thông qua tán xạ Raman có thề hoạt động sóng bơm cho trình trộn sóng, sóng Stoks anti-Stoks tạo dải phổ soliton, góp phần hợp chúng Ngoài dịch chuyển xạ xanh tạo Soliton hay sóng xạ va scẫitcn vè nặt lí thuyết GÓ thể xem sáng bơm cho quá, trình trộn sóng Tuy nhiên tần số dịch chuyển lớn liên quan đến thành phần Stoks antí-Stoks làm cho trình yếu, hay giũa sáng brì xạ soliton bước sóng tạo rợi vào quang phổ đo ta không quan sát điều giải thích khác biệt lớn tần số sóng đóng vai trò sóng bơm trình trộn Trong thực tế với sợi PCF điều kiện hợp pha để xảy trình FWM khó xảy nên phỗ quan sát ta không thấy biểu 50 KẾTLUẬN Với mục đích nghiên cứu hiệu ứng phi tuyến trình tạo xung ánh sáng trắng sợi quang tinh thể (PCF) Chúng tìm biểu loại sợi FQF chiết suất cao lõi với chiều dài GỠ ĩiru Dựi vào tính chất phi tuyến cao diện tích lõi nhỏ, chênh lệnh lớn xè chiết suất gịũa lõi mạng lỗ txống nên loại sợi nạy OÓ kha tạo xung ánh sáng trắng (SC) Dựa vào phổ đo được, tìm hiểu phương pháp phân tích tính chất sc khảo sát: 4- Phổ sc tạo có độ rộng phỗ lớn (có thể lên đến lOCDnm) thời gian xung ngắn (oỡ 1(11 to giây) + Sự phát, triển phổ sc trình lan truyền theo chiều dài hệ qua phức hợp mọt chuỗi hiệu ứng quang phi tuyến hiệu ứng tự biến điệu pha, hiệu ứng biến điệu chéo pha, trộn bốn sóng, soliton, Ranmx hiệu ring tụyến tính sợi tán sắc Quá trinh tìm hiểu thấy khởi đầu tạo sc từ xung laser hiệu ứng SPM chiếm ưu thế, phổ nở phía bước sóng ngắn sóng dài có tính đối xứng Còn chiều dài sợi tăng phổ tập trung mạnh bư3c sáng ngắn, với tương tác giũa soliton sóng tán sắc hiệu ứng SPM không chiếm ưu mà thay XPM Đồng thời dựa vào phổ phân tích để thấy ta tiếp tục tăng chiều dài sợi nỡ phỗ phía bước sóng ngắn Đánh giá mức độ ảnh hưởng hiệu ứng phi tuyến khác FWM, Raman hay nhân đôi tần số không đáng kể khó thực sợi FCF 51 Dựa lí thuyết sợi quang phi tuyến phổ đo thực nghiệm nên nghiên cứu giới hạn việc phân tích định tính vai tr ò hiệu ứtig quang phi tiỊyổn trình tạo luân văn rút số điều kiện tối ưu để tạo sc sc Tìry nhĨQDL femto giây đơn xung Từ góp phần định hướng, đánh giá ảnh hướng hiệu ứng phi tuyến cách định lượng tương lai, nghiên cứu tạo xung ánh sáng đen với hệ femto giây mô biến đổi xung íemto qua trình lan truyền FCF HEong tiíTAig lai phát triển lũ thuật để chế tao sơi PCF tai Viêt Nam 52 \ì\ị liệu thamkhảo [1] R Russdl Rrtcõe crystal fìbets Sãmoe, 290: 358-302, 2003 [2] WH Reeves, J.c KnigJ±, P.St.J Rnssell P.J Rcixits D nIXListratioi of nltrarũaltened dispssicn in phctonic crystal ũbets Qptics express, 10:609-613, 2002 [3] J G KnigJ]t, J Arriạga, T A Eírks, A c >tigasrvdrU X i L w J Wỗdswcrth and p St J Rưssdl Ancoxalous dLspenãon in photoaic crystal fìber 1EEE Ptr4nnicìs Tữximology LetteĩS, 12: 807-809, 2000 [4] w H Roeves, Dt V Skryalin, F Sarxalana, J c Kiiight, p St J RnsaciL, F G OxEnetto, A EEnnv A J Tnyìor TỉarKformalion and CTxdiTÌ cf lủtrarshcrt pulses in dispenácn engneered pbobcnic crystal Êbras Nature, 424 511-515, 2003 [5] J K Ranka, R s Aĩncki(T and A J Stenfcz VLsiỊ 1(' (T)ntini n migc IX íĩrV tion in air-sdHcandcrofetmcture qpbical íìbers vbtli anDinalons dispeĩsion at 800 nm Qptics ĩxttcrs, 25:25-27, 2000 [6] w J AAãdsvvorth, J c KingR, A c itigcx^vBlai X1L J Aiiagâ, E Sihnstre and p St J Rn-sell Sditcn eHects ni pbobonic crystal Êbnes al 850 nm ELectĩonics Letters, 36: 53-55, 2000 53 c [8] A Otigce^Ranch, J Knight, w J A^ỗdsvvcrth, J Aiiaga, R J ]\JaugauL T A Rrks andP St J RUSHGH RghLy liiGÍringpnt phntGÕG crystal fìbets Qptics letteos, 25: 1325-1327, 2000 [9] J Lốcnard, N.Leocng, J.p liMcrcnan, p Leproux, V.Cbudac o Gếgưt, Roadbandiitraíast s IRaeke, P.Viale, spectrGB^ơỊy neángapho- tcrác crystal íìber: apỊÌicaticĩi to the plotephysics of malacbite grocn ọptics Gxpras, 15: 162P1629, 2007 [10] T p Hansen, J Rioeqg, R Jensen, andH s E B libcn, E Knncỉsen, A BịarkLev, J Siincnaen Hìghlyliiehirgent mdex-giádEgphotcĩáG crystal Êbecs IEEE Photcrács Tèdmolcgy' Lettos 13: 588-590, 2001 [11] K Suzưki, H Kiibơta, s Kavvanishi, M Tanaka, and M Ftgita Qptieal pxpaties of a 1OW4GHS ] xiaiizatioL ìri I tủi ]tan JÌ1 ]g pbotcõ.c etystal íil xT Qptícs express, 9: 676-680, 2001 [12] T A Rirks, J c Khigbt and p St J Russell Endlesdy singLe-nxxle photcnic oystal fìber Qptics Lettos, 22: 961-963, 1997 [13] R T KuhLmẹy, R c AP Pbeđran and C1 M de Sterke ]\ fcdal cưt off in.rricTCBtmehirodơptic^il ÊbeĩS Qptics lettas 27: 168P1686, 2002 [14] R Rxyynski Hiotcõc Grystal Rbers 106, 141-167, 2CX)4 [15] F Fbli, A Cbrinotta, s Selleĩi Photonic Qystal Rbas PtGperties and Applicalicỉns Sprínge:, 2007 [16] J M Dudly, J.R TàyLcar Sipeiocntiniiưm Generation In ọptical Rbcts OmRidge Uni\orâty, 2010 [17\ Kaixn Nhrie Mlligs0e Wỗcve PDCỊDBgatiati in Fhcto3Ìc Cỉystal Rbers Etepartmmt GÍ’ Physics and AstĩGocoy and E^partment GÍ’ Cherâstry, Urirveĩdty of Axdms, NKT Andíiiy, 2003 54 [18] R K Sinha and Shaileíìdra Iv \^shnẹỵ OspersÍQQ FtopeiỶies Cf Photonic Crystal Fibers Optics letters , 37: 129-132, 2003 [19] J R Tạykx Si ĨỊXIXXIIIIÌIII n im Light, Souroes F(xrta3ecxxxl optics Groựp, Inpexial Giỉege Lendcn, 2009 [20] F Mtsẽhkc Fĩbcr Qptìcs, Physics and TPximolcgy; SpringEữ", 2009 [21] Etnxịngliu, D.M39dhede SiiperccotiniIImi Sunxnary cf the Seninar (Ĩ1 Bcxxnl TbpĨGS in Applicxi ọptks and Gxidcnsod Maũtter [22] Jceep Ftxez Qez SLqgLe-pulsed SI ỊỊX IXXXLỂinnm g( ĩ Xxatioi in rrillimeter pieoes cí' a bảrd&ingenl nicKDetructuned silica íitxx' under leaxtoeec(41x1 laser irgecticxL ẰlxstxT in Ffootc0.es, Ekxia dèscnica Supexrkx dEiiịậiỊyĩxia de TLcicxxini Inicrxio, de BaroẽLcna, 2009 [23] c Lesvigne, V Gbudasc, A 47)1 xllo, R Lẹproux, A Baitliâény, s Lacrcix, F Ehm, p Bỉandin, M Harma, and p Gxxgos VLsible snỊ X XX X X JÍ Ĩ1JQ B m gci xxaticx ocntĩxiled ly internxxM ÍÒ1 ir-wjve ĩrbdng in nxxEẹỵ, G Genty, s Gaen Siqxixxiiitiiniumg(ÌIXXrition in ỊỈX> 55 [28] G Genty, M Lehtonen and H Ludvi@ox Eỉìềct of crces-phase rmdnlaticn OL1 SiqxĩXTQLiíiiaiiiiiri gcrxTatxxd in rricxostnr±i3rcxl ũbnns wth sub-30 fe pulses Qptics expxss, 12: 41314-4624, 2004 [29] LGNhân photcnic Dèvdợpaxmt crystal tìlxr of and a íèniceeomd ultra&st spectroineter ]4xLnphysi(s cf based nnlachite on a greaa Seninar Viện Vạt Lí, 7, 2011 [30] G GnnỊỵ,M Ix'l4o:xn, andLL LirKdgsnn Sjxx4xallxr>KỈ:'X)iijgof fcrrt toeeoond pulses into ccntữinnmxadiaticn in nlcrcfetrLxturod íìbeis Qptics exprees, 10: 1083-1098, 2002 [...]... TRONG QUÁ ràr^TM )XUNG NHSẮNG TRẮNG BẰNG SCX QUANG TINH THẺ 2.1 Tào xung ánh sáng trắqg bằng sọí quaiTg học tinh thể Nhũug tìm hiểu xè 1ẼCÌ1 tưrtng quang phi tuyến trong quá trình hình thành và phát triển sc được tiến hành dựa trên các kết quả thực nghiệm của hai loại sợi PCF sản xuất tại phòng thí nghiệm Xlim, Pháp Đây là hai loại sợi có lõi chiết suất cao, được chế tạo bằng phương pháp tập hợp các ống... trình truyền sóng trong sợi quang Việc tạo ra sc là một quá trình đóng góp của rất nhiều hiệu ứng phi tuyến đầu tiên có thể kể đến đó là quá trình tự biến điệu pha (SPM) Nguồn gốc của SPM chính là hiệu ứng quang học Kerr (sự thay đổi chỉ số khúc xạ trong môi trường phi tuyến với sự thay đổi của 22 điện trường) : (1.10) Trong đó 772 là bậc thứ hai của chỉ số khúc xạ Hiệu ứng Kíir có thể gay ra sự thay... dụng cao hơn nhiều so với sợi 15 quang thông thưrìig bằng cách tạo lỗ khí lớn hoặc giảm kích thuốc của lõi, điều đó ánh sáng sẽ được bó buộc vào trong lõi silicat Bằng cách này một lượng lớn mode dẫn được giam hãm trong lõi dẫn đến nâng cao các hiệu ứng phi tuyến do đó tạo môi trường với cường độ cao trong lối Rất nhiều thí nghiệm xác định thuộc tính tán sắc trong sợi phi tuyến đã được thực hiện, điều... tác phi tuyến trong sợi quang Khi xem xét đến tán sắc trong 21 sợi quang cần chú ý đến thuộc tính tán sắc do sự phân cực trong trường hợp sợi là, luEtog chiết Trong việc tao ra xung ánh sáng trắng cần chú ý đến sự tán sắc ảnh hưởng đến vận tốc pha và vận tốc nhóm của tín hiệu truyền trong sợi Ngoài ra cần xem xét quá trình biến đổi tần số phi tuyến, cả tính tuyến tính và phi tuyến đóng góp cho quá. .. này Sợi quang học tinh thể được chia làm 2 loại chính : + Sợi quang tinh thể có lõi chiết suất cao (high -indnx ccre fìber) quá trình dẫn sóng xảy ra trong sợi có lõi đặc (Index- gudding) + Sợi quang tinh thể có lõi chiết suất thấp (low - index ccre tìl xr) quá trình dẫn sóng xay ra trong sậ oó lcl lỗng (photmic bandgap) Truớc tiên ta sẽ tìm hiểu oơ chế truyền dẫn sáng trang sậ quang tinh thể Đề điều... chế tạo từ vật liệu Silicat nên các licỲi hốt giũa SiOS và ion CH CÒI sót lại trong vật hẹu trong quá trình chế tạo sợi quang cũng gây ra suy hao Đối với những sợi quang ngay khi được chế tạo bằng thủy tinh tinh khiết thì sự hấp thụ vần xảy ra do bản thân thụy tinh tinh khiết cũng hấp thụ ánh s áng ở vừng cục tím và, hcng ngoại Điều này gây ra trỡ ngại với việc dùng bước sóng dài trong thông tin quang. .. phi tuyến liên quan đến quá trình tạo xung ánh sáng trắng trong sợi PCF Trong sợi có lõi đặc phần trung tâm lõi của sợi được làm từ silic, các tinh thổ quang tử bay giò lại thể hiộn chỉ số khííc xạ gịũa silic và, khang khí do đó quá trình dẫn sóng lại được giải thích là do cơ chế hiện tượng phản xạ toàn phần (TLR) bĩnh l.lb [14,15,16] Sau đây là một số đặc tính đặc biệt của sợi PCF so với các sợi quang. .. sắc trong PCF có thể hình dung là do sự thay đổi của kích thước và vị trí của lỗ khí trong vùng thân sợi Sự thay đỗi về hình dạng mạng và kích thước lỗ khí của sợi dẫn đến tồn tại một bước sóng không tán sắc (ZDW) có thể thay đỗi trong vùng nhìn thấy Nếu ZDW nằm trong vừng ánh sáng nhìn thấy nó cho tán sắc dị thuùng trong vùng này (ánh sáng xanh di chuyển nhanh hơn ánh sáng đỏ) Tán sắc dị thường có thể. .. độ Xung truyền được một khoảng cách trong sợi, phổ bị chồng lấn giữa xung bơm ban đầu và một vài sóng tán sắc (DW) với cùng ovecto sóng như xung ban đầu điều này tạo ra một đỉnh DW Vị trí sóng tán sắc trong phỗ có thể tìm thấy từ điều kiện hợp pha (sẽ được tìm hiểu kĩ trong phần 2.4)[24] Trong sợi PCF phi tuyến cao, sóng không tán sắc có thể bị biến đổi trong vừng ánh sáng nhìn thấy Tỉong thí nghiệm... sợi quang thong thừdng như tính tán sắc, diện tích hiệu đụng lớn, sợi có thể là đơn mode, tính lưỡng chiết và đặc biệt là sợi có tính phi tuyến cao Đồng thời qua phưtLỊg trình Sctoiingcr tôi tìmhiổu những hiộưứụg qiiang xuất hiện trong qáu ưìnlỉ truyền scng như hiệu ứng tựyến tính tán sắc cũng nhi í các hiộu rtng phi tinưn nhir SEdVl, XPM FVM\I soliton 28 Gxưbtag 2 PHÂN TÍCH CÁC HIỆU ÚNG PHI TRUAHNr TRONG ... rtng phi tinưn nhir SEdVl, XPM FVMI soliton 28 Gxưbtag PHÂN TÍCH CÁC HIỆU ÚNG PHI TRUAHNr TRONG QUÁ ràr^TM )XUNG NHSẮNG TRẮNG BẰNG SCX QUANG TINH THẺ 2.1 Tào xung ánh sáng trắqg sọí quaiTg học tinh. .. hiểu tượng phi tuyến biến đổi sợi PCF thông qua tính chất phổ sc qua chiều dài khấc Trên sở chọn đề tài : "Phân tíđi hiệu útỊg phi tụyến trình, tạo xung ánh sáng trắrg sọí quang tinh thể" Nội dung... sỢí QUANG HỌC TDNH THỂ À XUNG ÁNH SẮNG TRẨNG 1.1 Sợi quang học tinh tho 1.2 Che hiệa ứng phi tmyến trcog sợi quarỊg 18 PHÂN TÍCH CÁC HEỆU ÚNG PHE THUYẾTNT TRONG QUÁ