HI?U ?NG QUANG H?C PHI TUY?N

1
HI?U ?NG QUANG H?C PHI TUY?N
2
Luu l?i thông tin c?n thi?t
Ð?a ch? b?n dã t?i http//mientayvn.com/Cao20hoc
20quang20dien20tu/Semina20tren20lop/seminar.h
tml
Noi b?n có th? th?o lu?n http//myyagy.com/mienta
y/
D?ch tài li?u tr?c tuy?n mi?n phí http//mientayv
n.com/dich_tieng_anh_chuyen_nghanh.html
D? án d?ch h?c li?u m? http//mientayvn.com/OCW/M
IT/Co.html
Liên h? v?i ngu?i qu?n lí trang web Yahoo
thanhlam1910_2006_at_yahoo.com Gmail
frbwrthes_at_gmail.com
3
(No Transcript)
4
M?c L?c

• Chuong 1 M? d?u
• Chuong 2 Hi?u ?ng quang di?n trong tinh th?
• Chuong 3 Nh?ng k/n co b?n - SHG
• Chuong 4 Khuy?ch d?i và dao d?ng thông s?
• Chuong 5 Các hi?u ?ng quang phi tuy?n b?c cao
• Chuong 6 Hi?u ?ng tán x? kích thích
  Mandelstam-Brillouin

5
Chuong I M? Ð?U
1.1Quang phi tuy?n và vai trò c?a cu?ng d? á.s.

• Tru?c 1960, quang h?c ch? là quang h?c tuy?n
  tính, trong dó cu?ng d? á.s.không ?nh hu?ng d?n
  các hi?n tu?ng quang h?c. Gi? thi?t này d?n d?n
  nh?ng k?t qu? sau
• Chi?t su?t, h? s? h?p th? c?a môi tru?ng,không
  ph? thu?c vào cu?ng d? á.s.
• Nguyên lý ch?ng ch?t á.s. du?c nghi?m dúng
• T?n s? á.s. không thay d?i khi nó truy?n qua môi
  tru?ng
• Á.s không th? tuong tác v?i á.s.

6

• Nam 1960 (laser ra d?i) có ngu?n sáng có cu?ng
  d? r?t l?n. Các hi?u ?ng quang h?c phi tuy?n xu?t
  hi?n qua m?t s? hi?n tu?ng quan sát du?c.
• Chi?t su?t (v?n t?c c?a ás) trong môi tru?ng
  quang h?c thay d?i theo cu?ng d? á.s.
• Nguyên lý ch?ng ch?t b? vi ph?m
• T?n s? c?a á.s có th? thay d?i khi truy?n qua môi
  tru?ng phi tuy?n
• As có th? tuong tác v?i á.s (d?n t?i di?u khi?n)

7

• Các d?c tính quang h?c c?a m?t môi tru?ng khi có
  á.s truy?n qua du?c mô t? d?y d? b?i liên h? gi?a
  vecto m?t d? phân c?c P(r,t) và vecto cd? di?n
  tru?ng E(r,t) c?a á.s
• Mt tuy?n tính
• Mt phi tuy?n

8

• Tóm l?i
• Quang tuy?n tính hay phi tuy?n là m?t d?c tính
  c?a môi tru?ng v?t ch?t khi có ás truy?n qua,
  không ph?i là tính ch?t riêng c?a ás.
• Hi?n tu?ng phi tuy?n ch? x?y ra khi cu?ng d? c?a
  chùm sáng d? l?n
• Tính ch?t phi tuy?n s? không xu?t hi?n khi ás
  truy?n trong chân không

9

• Quang phi tuy?n là ngành h?c nghiên c?u s? tuong
  tác c?a as v?i v?t ch?t khi các ph?n ?ng c?a môi
  tru?ng v?t ch?t ph? thu?c phi tuy?n theo cu?ng d?
  c?a as chi?u vào.

10
1.2 Nh?ng d?c trung co b?n c?a ás trong
quang tuy?n tính

• Ás là sóng di?n t? du?c d?c trung b?i t?n s? và
  s? phân c?c.
• Vd sóng ph?ng don s?c truy?n theo tr?c z du?c
  bi?u di?n b?ng bi?u th?c
• Cu?ng d? á.s

11
1.3 M?t s? hi?u ?ng d?c trung c?a Quang phi
tuy?n

• T?n s? á.s có th? bi?n d?i khi nó truy?n qua môi
  tru?ng (SHG, THG, SFG, DFG, tán x? Raman, B-M)
• Chùm á.s song song khi truy?n qua môi tru?ng
  thích h?p có th? h?i t? (s? t? t? tiêu)
• S? t? di?u bi?n pha, khu?ch d?i quang
• Làm t?i hay làm sáng môi tru?ng
• Làm bi?n m?t gi?i h?n quang di?n c?a môi tru?ng,

12
Sum-Frequency Spectroscopy
13
(No Transcript)
14
(No Transcript)
15
(No Transcript)
16
(No Transcript)
17
(No Transcript)
18
Bt. Xác d?nh cu?ng d? á.s (W/cm2) d?

• 1. t? s? c?a s? h?ng th? hai và s? h?ng th? nh?t
  trong bi?u th?c c?a d? phân c?c P(E) là 1 d?i
  v?i tinh th? KDP (KH2PO4) có chi?t su?t n 1,5
  và d 6,8.10-24 (MKS) ? bu?c sóng 1064nm.
• 2. t? s? c?a s? h?ng th? ba và s? h?ng th? nh?t
  trong bi?u th?c c?a d? phân c?c P(E) là 2 d?i
  v?i tinh th? CS2 n1,6 d0 và
• (MKS) ? bu?c sóng

19
Tài Li?u Tham Kh?o

• Tr?n Tu?n, Quang phi tuy?n, Giáo trình Cao h?c,
  NXB ÐHQG TpHCM, 2002.
• A.Yariv, Quantum Electronics, John Wiley sons
  Inc, Newyork-London, 1988.
• B.E.A.Saleh M.C.T. Fundamentals of Photonics.
• N. Bloembergen, Nolinear Optics, Benjamin Inc,
  Newyork-Amsterdam, 1977.
• Y.R.Shen, The Principles Nonlinear Optics, John
  Wiley sons, 1998.

20
Chuong II Hi?u ?ng quang di?n trong tinh th?

• 2.1. S? truy?n sóng dt? trong tinh th?
• Tinh th? d? hu?ng
• Dk eklEl k,l x,y,z
  (2.1.1)
• M?t d? nang lu?ng di?n
• ?e ½ (E.D) ½ (Ek eklEl) (2.1.2)
• Ð/v tinh th?
• ekl elk
  (2.1.3)

21

• Bi?n d?i h? tr?c t?a d? sao cho
• 2?e exE2x eyE2y ezE2z
  (2.1.5)
• Các tr?c t?a d? th?a mãn (2.1.5) du?c g?i là các
  tr?c chính c?a tinh th?.
• Trong h? tr?c chính, tenxo ekl có d?ng
• 
  (2.1.6)

22

• K?t h?p (2.1.5) (2.1.6)
• 
  (2.1.7)
• (2.1.7) là Pt ellipsoid
• Dùng h? pt Maxwell và công th?c bi?n d?i gt khi
  as truy?n qua môi tru?ng d? hu?ng có th? có hai
  hu?ng phân c?c th?ng lan truy?n d?c l?p.
• Vecto phân c?c c?a hai sóng dó tr?c giao v?i
  nhau

23

• Tóm l?i
• M?t tinh th? d? hu?ng ch? có th? cho truy?n qua
  các sóng phân c?c th?ng theo 1 trong 2 hu?ng
  vuông góc v?i nhau (và vuông góc v?i phuong
  truy?n)
• Nói chung các sóng này s? truy?n v?i v?n t?c khác
  nhau (chi?t su?t khác nhau).
• Hu?ng truy?n c?a nang lu?ngkhông vuông góc v?i
  m?t sóng.

24

• 2.2. Ð?c tuy?n quang h?c ellipsoid chi?t su?t
• Tuong duong pt
• 
  (2.2.1)
• Là pt ellipsoid có các tr?c chính trùng v?i các
  tr?c t?a d? x,y,z.

25

• Có 3 tru?ng h?p
• A. nx ny nz n môi tru?ng d?ng hu?ng
• B. nx? ny ? nz Mtru?ng di?n môi 2 tr?c
• C. nx ny ? nz Mtru?ng di?n môi 1 tr?c
• (ellipsoid có 1 tr?c d?i x?ng Oz)
• Áp d?ng d? tìm hai hu?ng phân c?c và chi?t su?t
  tuong ?ng

26

• 2.3 S? truy?n sóng trong tinh th? don tr?c
• Tinh th? don tr?c (lu?ng chi?t)
• H? phuong trình
• Dùng d? xác d?nh chi?t su?t c?a tinh th? d?i v?i
  hu?ng truy?n tuong ?ng

27

• Hi?u ?ng quang di?n (electro-optic) b?c nh?t
  hi?u ?ng Pockels
• Khi có di?n tru?ng áp vào tinh th? gt s? lan
  truy?n c?a as s? thay d?i
• Chi?t su?t c?a môi tru?ng ph? thu?c E
• N?u n(E) n (½)?n3E gt h/u Pockels
• N?u n(E) n (½)?n3E2 gt h/u Kerr
• ? h? s? Pockels (10-12 10-10 m/V)

28

• Khi dó hu?ng phân c?c du?c phép b? quay m?t góc ?
• Dùng phuong pháp d?i tr?c d? tìm các tr?c t?a d?
  chính m?i.

29

• 2.5 S? tr? quang di?n
• Trong tinh th? d? hu?ng có hai mode phân c?c
  vuông góc truy?n v?i v?n t?c khác nhau co/n1 và
  co/n2 . N?u môi tru?ng là v?t li?u Pockels ( t?
  bào Pockels), thì khi có di?n tru?ng áp vào,
  chi?t su?t b? thay d?i m?t lu?ng n1(E) n1
  (½)?1n13E
• Và n2(E) n2 (½)?2n23E
• ?1 ? ?2 sau khi truy?n m?t do?n L, 2 mode tr?
  pha

30

• Ð? tr? pha
• Trong dó V EL
• Có th? d?t
• Trong dó

31

• 2.6. S? bi?n di?u biên d? as
• Ð?t vào t? bào Pockels m?t hi?u di?n th? V
• Tru?c và sau t? bào có hai t?m phân c?c l?ch nhau
  m?t góc 90o
• Khi V 0 gt ? 0 Ex và Ey cùng pha gt không
  d?i hu?ng phân c?c, b?n c?c sau không cho as
  truy?n qua
• Khi V Vp gt ? 90o phân c?c quay 90o gt cho
  qua hoàn toàn

32

• Khi V có giá tr? b?t k? t? 0 d?n 90o b?n c?c sau
  cho as di qua m?t ph?n gt bi?n di?u biên d? c?a
  as
• 2.7. S? bi?n di?u pha
• Khi chùm as truy?n qua t? bào Pockels có chi?u
  dài L, có di?n tru?ng áp vào E, pha c?a chùm sáng
  ? m?t ra b? l?ch so v?i m?t vào

33
Chuong III Nh?ng khái ni?m co b?n v? Quang phi
tuy?n - SHG

• 3.1 S? phân c?c di?n môi trong tru?ng Ði?n t?
• 3.1.1 H? phuong trình Maxwell trong môi tru?ng
  phi tuy?n

34

• H? phuong trình v?t ch?t
• Ð? phân c?c vi mô c?a môi tru?ng

35
3.1.2 M?u dao d?ng di?n t? phi tuy?n

• Pt chuy?n d?ng c?a e trong nguyên t? du?i tác
  d?ng c?a di?n tru?ng
• eE là l?c do di?n tru?ng c?a á.s t/d lên e
• là l?c do các h?t nhân t/d lên e,
  tuong duong l?c dàn h?i, liên k?t th? nang
• V(x) ½(m?02x2)

36

• Ð?i v?i tinh th? b?t d?i x?ng, th? nang c?a e
  trong tinh th? có d?ng
• Khai tri?n th? nang V(x) theo chu?i Taylor

37

• L?c th? F tuong ?ng có d?ng
• Phuong trình chuy?n d?ng c?a e

38
L?i gi?i nhi?u lo?n c?a pt dao d?ng phi
tuy?n

• Thông thu?ng 3(A/m)x2 ltlt
• S? h?ng phi tuy?n ch? dáng k? khi x (d? d?ch
  chuy?n c?a di?n t?) d? l?n, t?c là cu?ng d? di?n
  tru?ng áp vào d? l?n.
• Kh?o sát pt dd dt phi tuy?n
• Trong dó và

39

• S? h?ng là nh?, có th? xem là nhi?u lo?n nh?
  c?a pt tuy?n tính. G?i là g?n dúng b?c
  nh?t c?a x, ta có
• L?i gi?i có d?ng
• L?i gi?i g?n dúng hon c?a x(t) g?i là

40

• L?i gi?i g?n dúng hon c?a x(t) g?i là nh?n
  du?c t? pt
• Ta có
• T? pt trên tr? thành

41

• T? pt trên tr? thành
• L?i gi?i c?a pt là
• N?u vi?t di?n tru?ng du?i d?ng ph?c

42

• Pt có d?ng
• Tuong t?, ta có l?i gi?i

43

• Trong dó

44
3.1.3. Ð? phân c?c phi tuy?n

• Ð? phân c?c P c?a moment lu?ng c?c trên m?t don
  v? th? tích
• P Nex
• V?i d? phân c?c tuong ?ng là

45

• So sánh v?i (2.2.9), ta có
• 
  (2.3.3)
• Do dó (2.2.12) có d?ng
• 
  (2.3.4a)
• 
  (2.3.4b)
• 
  (2.3.4c)

46

• Do dó d? phân c?c tr? thành
• 
  
• Trong dó
• 
  

47
3.2. S? tuong tác phi tuy?n c?a tru?ng di?n t?

• T? pt Maxwell
• Trong dó, d? phân c?c P có s? h?ng phi tuy?n b?c
  hai tác d?ng nhu m?t ngu?n phát x? sóng có t?n s?
  2 . Ði?n tru?ng c?a sóng này có th? vi?t du?i
  d?ng
• V?i và

48

• Gi? s? E2?(z) bi?n d?i ch?m theo tr?c z, ta có
  th? b? qua d?o hàm b?c hai c?a E2 ?(z), khi dó
• 
  
• M?t khác
• Thay vào pt Maxwell, rút g?n và tách thành các pt
  riêng cho m?i t?n s? ta du?c h? 2 pt

49

• Pt d?i v?i t?n s? 2? có d?ng
• 
  
• V?i là h? s? phi tuy?n b?c hai
• Và
• gi? s? E? gi?m không dáng k? (h?ng), tích phân
  ta có

50

• Trong dó
• Nên

51
3.3 Phát sóng hài b?c hai - SHG(Second harmonic
gernegation )

• Th?c nghi?m SHG du?c Franken và c?ng s? công b?
  l?n d?u tiên vào nam 1961 dùng b?c x? laser Ruby
  (? 6943 Ao) chi?u vào tinh th? quartz, chùm tia
  ra có b?c x? ? 3471 Ao

52

• N?u chi?u dài tinh th? là L (zL), ta có
• Cu?ng d? c?a sóng ? và 2? là
• Do dó

53

• Hi?u su?t bi?n d?i SHG
• Hi?u su?t d?t c?c d?i và có giá tr?
• Khi
• Ví d? L1cm d4.10-24 n1,5 I?(0)108W/cm2
  eSHG37

54
3.4 Ði?u ki?n d?ng b? không gian (S? h?p pha)

• Ði?u ki?n c?c d?i c?a hàm sin2x/x2
• Là nghi?m c?a c?a phuong trình siêu vi?t x tgx
• và
• Ch?n n1

55
x 0 4,49 7,73 10,10
1 0,047 0,016 0,008

• B?ng giá tr? và v? trí các c?c d?i c?a hàm
  sin2x/x2.
• Xét di?u ki?n

56

• Do dó di?u ki?n trên không th?a mãn trong môi
  tru?ng tán s?c bình thu?ng (có chi?t su?t n(?)
  tang khi ? tang)
• Trong môi tru?ng tinh th? lu?ng chi?t, di?u ki?n
  trên có th? th?a mãn

57

• Xét tinh th? don tr?c âm KDP
• Trong dó ne(?) và no(?) là chi?t su?t c?a tinh
  th? ?ng v?i tia b?t thu?ng và tia thu?ng d?i v?i
  sóng có t?n s? ?.
• D?a vào ellipsoid chi?t su?t ta tìm du?c hu?ng
  truy?n c?a tia t?i l?p v?i tr?c quang h?c m?t góc
  ? th?a mãn công th?c

58

• G?i ? là góc c?a hu?ng truy?n h?p v?i quang tr?c,
  ta có công th?c
• Góc th?a mãn di?u ki?n h?p pha ?d, ta có

59
3.5. SHG v?i chùm Gauss

• Trong th?c t?, chùm laser có d?ng chùm Gauss
• Công su?t c?a chùm tia

60

• Thay vào trên, ta có
• Trong dó ?3 2 ?1

61
(No Transcript)
62
Chuong IV Khu?ch d?i và Dao d?ng thông s? quang
h?c

• 4.1. S? tr?n ba sóng
• (do s? phi tuy?n c?a d? phân c?c)
• ?1 ?1
• ?2 ?3
• ?2

63

• Kh?o sát tru?ng quang h?c g?m hai sóng don s?c
  ?1, ?2 di vào môi tru?ng phi tuy?n b?c hai
• Trong dó
• Thay E vào bi?u th?c c?a d? phân c?c

64

• K?t qu? P s? g?m các s? h?ng có t?n s? 0, ?1, ?2,
  2?1, 2?2, ?1 ?2, ?1- ?2. Khi dó trong môi tru?ng
  có s? phân c?c v?i các t?n s? trên.
• Gi? s? môi tru?ng phát sóng có t?n s? ?3 ?1
  ?2, v?i cu?ng d? c?a sóng ?3
• Các sóng trong môi tru?ng ph?i th?a mãn pt Maxwell

65

• N?u các t?n s? ?1, ?2, ?3 là phân bi?t, ta có th?
  tách chúng thành 3 pt riêng d/v m?i t?n s?
• V?i

66

• Ð? có sóng ?3 phát ra có cu?ng d? c?c d?i thì
• Hay
  (1)
• Ði?u ki?n (1) g?i là di?u ki?n h?p pha hay dk b?o
  toàn d?ng lu?ng
• Ðk ?3 ?1 ?2
  (2) (2) là dk h?p t?n hay b?o toàn nang lu?ng

67

• V?y khi có hai sóng quang h?c ?1, ?2 di vào môi
  tru?ng phi tuy?n b?c hai, gi? s? ch? có sóng ?3
  th?a mãn dk h?p pha nên du?c phát ra, các sóng
  khác không du?c môi tru?ng duy trì vì không th?a
  mãn dk h?p pha
• M?i khi sóng ?3 phát ra nó l?i tuong tác v?i sóng
  ?1 d? t?o ra sóng ?2. Ðk h?p pha cung th?a mãn dv
  tuong tác này.
• Tuong t?, sóng ?3 và sóng ?2 k?t h?p v?i nhau t?o
  ra sóng ?1 cung th?a mãn dk hp

68

• ?1 tt ?2 gt ?3
• ?3 tt ?1 gt ?2 cùng th?a mãn dk hp
• ?3 tt ?2 gt ?1
• Quá trình dó g?i là s? tr?n 3 sóng.
• Không th? có s? tr?n 2 sóng.
• Hai sóng b?t k? ?1, ?2 không th? liên k?t v?i môi
  tru?ng mà không có s? góp m?t c?a sóng th? th? ba.

69

• S? tr?n ba sóng còn du?c g?i là tuong tác thông
  s? 3 sóng, có th? phân lo?i
• SFG DFG OPA OPO
• Các tru?ng h?p d?c bi?t
• SHG, up-converter, down-converter.

70

• Các tru?ng h?p c?a s? tr?n ba sóng

71
4.2. Khu?ch d?i thông s?

• Chi?u vào môi tru?ng phi tuy?n b?c hai sóng bom
  ?3 (cd? m?nh) và sóng tín hi?u ?1 (cd? y?u).
  (hình v?)
• Sau tuong tác có sóng ?2 phát ra, d?ng th?i cu?ng
  d? c?a sóng ?1 tang lên Sóng ?1 du?c kd?i.
• Ba sóng trên ph?i th?a mãn dk h?p pha và h?p t?n.

72

• H?p pha
• H?p t?n ?3 ?1 ?2
• Do có th? thay d?i ?2 và ?1 sao cho dk h?p t?n
  v?n th?a mãn nên có th? kd nhi?u t?n s? khác
  nhau kd?i thông s?.
• Gi?i h? các pt (3.1.4) v?i gi? thi?t cd? sóng bom
  thay d?i không dáng k? ta có bi?u th?c cd? c?a
  các sóng phát ra.

73
(4.2.1a)
(4.2.1b)
(4.2.2)
Trong dó i 1,2
74

• L?y vi phân 3.2.1a và dùng 3.2.1b ta có

• Gi?i theo E1(0) và E2(0) t?i m?t vào z 0, ta
  có

(4.2.5a)
(4.2.5b)
75

• Gi? s? chi?u vào môi tru?ng sóng bom ?3 và sóng
  tín hi?u ?1 thì E2(0) 0, l?i gi?i 4.2.5 tr?
  thành

(4.2.6a)
(4.2.6b)
76

• H? th?c Manley-Rowe
• S? gia tang cu?ng d? c?a sóng tín hi?u và sóng
  d?m d?c theo tr?c z tuong ?ng v?i s? gi?m cu?ng
  d? sóng bom và ngu?c l?i.
• Phù h?p v?i quan di?m photon

77

• Xét theo quan di?m photon

78
4.3. Dao d?ng thông s?

• N?u d?t tinh th? phi tuy?n trong BCH d? các sóng
  kd?i dao d?ng dao d?ng thông s?.
• Thi?t b? trên du?c g?i là máy phát dao d?ng thông
  s? quang h?c (OPO)

79

• Do m?t mát trong BCH, d? có sóng kd phát ra, sóng
  bom ph?i có cd? l?n hon giá tr? t?i thi?u g?i là
  giá tr? ngu?ng
• 
  (4.3.1)
• N?u BCH ch? cho m?t sóng dao d?ng MPDÐTS c?ng
  hu?ng don (Single Resonant Oscillator SRO)
• N?u BCH cho hai sóng dao d?ng MPDÐTS c?ng hu?ng
  kép (Double Resonant Oscillator DRO)

80
Ði?u hu?ng t?n s? trong dao d?ng thông s?

• Xét dao d?ng thông s? g?m 3 sóng , và
• Th?a mãn di?u ki?n
• sóng bom (pump wave)
• sóng tín hi?u (signal wave)
• sóng d?m (idler wave)
• ni ph? thu?c vào nhi?t d? tinh th?, hu?ng tinh
  th?, di?n tru?ng

?1 ?2 ?3
n1?1 n2?2 n3?3
81

• Trong h? c?ng hu?ng có chi?u dài L có ch?a tinh
  th? phi tuy?n, t?n s? các sóng ?1 và ?2 ph?i th?a
  mãn cá h? th?c sau
• Xét s? thay d?i ni theo s? d?nh hu?ng c?a tinh th?

82

• Xét tru?ng h?p ni thay d?i theo s? d?nh hu?ng c?a
  tinh th?.
• Gi? s?, sóng ?1 và ?2 là tia thu?ng, tuong ?ng
  v?i chi?t su?t n10 và n20 còn sóng ?3 là tia b?t
  thu?ng, n3 ph? thu?c góc ? c?a tia sáng l?p v?i
  quang tr?c. Ban d?u, bi?u th?c th?a mãn di?u ki?n
  h?p pha là

83

• Gi? s? tinh th? quay m?t góc ?? khi dó n3 thay
  d?i, d? th?a mãn di?u ki?n h?p pha thì ?1, ?2,
  n1, n2 thay d?i theo.

84

• Ði?u ki?n h?p pha tr? thành
• B? qua các s? h?ng b?c hai ?n??, ta du?c

85

• Vì n3 là hàm c?a ?, còn n1, n2 ch? ph? thu?c t?n
  s?, nên ta có

86

• Thay các bi?u th?c vi phân trên vào (4.3.21), ta
  du?c
• 
  (4.3.24)
• 
  

87

• Ct (3.3.24) bi?u di?n s? bi?n d?i t?n s? ?1 theo
  góc ? t?o b?i sóng bom v?i tr?c c?a tinh th?.
• Dùng bi?u th?c
• Và
• Ta du?c

88

• Cu?i cùng ta du?c bi?u th?c bi?u di?n s? thay d?i
  c?a t?n s? sóng phát ra ?1 theo góc ?
• 
  (4.3.25)

89
Chuong 5. Các hi?u ?ng quang h?c phi tuy?n b?c
cao

• 5.1. S? tr?n b?n sóng
• Trong môi tru?ng có tâm d?i x?ng , s? h?ng phi
  tuy?n b?c hai d 0, do dó h? s? phi tuy?n b?c
  ba n?i b?t. Ð? phân c?c phi tuy?n
• Tuong t? s? tr?n ba sóng, n?u dua ba sóng có t?n
  s? ?1, ?2, ?3, vào môi tru?ng phi tuy?n b?c ba,
  thì chúng liên k?t v?i nhau và d? phân c?c phi
  tuy?n PNL t?o thành 216 s? h?ng. Gi? s? có s?
  phát t?n s? t?ng ?4 ?1 ?2?3 , ta có s? tr?n
  b?n sóng. Ðk h?p pha k4 k1 k2 k3

90
5.2 S? phát sóng hài b?c ba

• Tru?ng h?p d?c bi?t ? ?1 ?2 ?3
• Ta có s? phát sóng hài b?c ba ?4 3?

91

• Gi?i theo pt liên k?t
• Gi? thi?t E(?) h?ng

92

• Hi?u su?t THG
• Ð? có sóng THG thì di?u ki?n d?ng b? pha ph?i
  du?c th?a mãn ?k 0.
• T?ng quát

93

• N?u môi tru?ng tán s?c âm (n gi?m khi ? tang) và
  các sóng vào không c?ng tuy?n thì di?u ki?n h?p
  pha du?c th?a mãn theo so d?

94

• Tru?ng h?p c?ng tuy?n
• (1)
• Bi?u th?c (1) thu?ng không du?c th?a mãn do môi
  tru?ng b? tán s?c.
• Tuy nhiên (1) có th? du?c th?a mãn trong môi
  tru?ng khí b?ng cách tr?n hai ch?t khí v?i nhau

95

• Gi? s? khí A tán s?c thu?ng
• và khí B tán s?c âm
• theo t? l? thích h?p
• G?i np và nn là chi?t su?t c?a khí tán s?c duong
  và âm
• fp và fn là n?ng d? riêng ph?n c?a chúng

96

• Ð? có n(?)n(3 ?) gt

97
5.3 S? t? t? tiêu

• Trong QTT, chùm sáng song song khi truy?n qua môi
  tru?ng s? b? khu?ch tán ngang do nhi?u x?.
• ? k/c d?c trung Rd chùm b?t d?u nhi?u x?- d? dài
  nx Rd ka2/2 (1) v?i a là bán kính c?a
  chùm.
• Góc phân k? ?d 1,22?/2ano (2)
• (1) và (2) không phu thu?c vào cu?ng d? c?a chùm
  b?c x?
• K?t qu? trên không còn dúng khi chi?u chùm laser
  công su?t l?n vào ch?t l?ng, m?t s? tt r?n.

98

• Nguyên nhân ta có P aE ßE2 ?E3
• Vecto c?m ?ng di?n D eoerE eoE P
• Ð? di?n th?m tuong d?i er 1 P/ eoE
• Chi?t su?t n2 er
• Do dó khi chi?u ás có E d? l?n vào môi tru?ng phi
  tuy?n b?c ba, ta có n2 er 1 a/eo
  (3?/4eo)Eo2
• Ð?i v?i chùm Gauss, Eo tang d?n t? biên vào vùng
  tr?c nên n cung tang d?n t? biên vào vùng tr?c ?
  chùm tia b? h?i t? vào vùng tr?c S? t? t? tiêu

99
(No Transcript)
100

• N?u công su?t chùm tia d?t giá tr? ngu?ng
• Pc ?nceoao2Eo2/2
  ceo?2/8?n2
• thì s? h?i t? cân b?ng v?i s? nhi?u x? chùm tia
  gi? nguyên song song khi truy?n s? t? b?y.
• N?u P gt Pc chùm tia t? h?i t?.
• Kho?ng cách h?i t? d?i v?i chùm Gauss
• zf zo(P/Pc - 1)-1/2
• Các quá trình phi tuy?n khác c?n tr? s? h?i t?
  d?n bán kính w 0.

101
5.4 S? h?p th? hai photon ás. Two Photon
Absorption (TPA)

• TPA là qt hai photon du?c h?p th? d?ng th?i d? kt
  h? v?t li?u, là qt b?c cao hon ti?t di?n hi?u
  d?ng nh? hon nhi?u b?c so v?i h?p th? 1 photon.
• Tuy nhiên v?n quan sát du?c nh? các laser
• S? d?ch chuy?n m?t photon và hai photon tuân theo
  các qui t?c ch?n l?c khác nhau nên thu?ng du?c
  dùng d? b? sung cho nhau trong quang ph? h?c.
• Xác su?t d?ch chuy?n c?a quá trình hai photon
  du?c Göppert-Mayer dua ra l?n d?u tiên b?ng cách
  dùng lý thuy?t nhi?u lo?n b?c hai. Ngoài ra có
  th? dùng pt sóng liên k?t d? tính.

102

• Công su?t m?t mát do h?p th? c?a môi tru?ng du?c
  tính theo ct P E(dP/dt). (i)
• Trong QTT, P eE ? P E2 h?p th? 1 photon.
• Trong QPT, P aE ßE2 ?E3 , d/v mtru?ng
  phi tuy?n b?c ba P aE ?E3 , khi thay vào (i)
  s? xu?t hi?n s? h?ng P E4 h?p th? hai photon.
• Khi gi?i bài toán tìm xác su?t d?ch chuy?n t?
  tr?ng thái m vào tt k thông qua tt n ta tìm du?c
  k?t qu? tuong t?.

103

• Hi?n tu?ng TPA du?c quan sát l?n d?u tiên ? tinh
  th? CaF2 Eu.Chi?u chùm laser Ruby (? 6943 Å)
  vào tinh th?, ion Eu2 h?p th? hai photon, chuy?n
  lên tr?ng thái kich thích, sau dó d?ch chuy?n
  không b?c x? v? m?c NL th?p hon r?i b?c x? ph?n
  NL còn l?i du?i d?ng ás màu xanh lam (? 4250
  Å).
• Luu ý khác v?i SHG, THG, có th? xem nhu 3WM.

104
?ng d?ng c?a TPA

• TPA là công c? h?u ích d? n/c s? kích thích và
  p/c exciton trong bán d?n (do du?c du?ng cong
  tán s?c c?a p/c exciton, trong khi O-PA ch? quan
  sát du?c p/c exciton trong resttrahling band).
• TPA du?c dùng d? t?o ra s? kt d?ng b? các h?t t?i
  trong kh?i v?t ch?t.
• TPA còn du?c dùng d? dò các tt c?a exciton khi
  không th? dò b?ng O-PA.

105
Trong các ch?t khí và ch?t l?ng phân t?

• Các phân t? có tâm d?i x?ng, tt c?a di?n t? có
  th? du?c chia thành tt g (gerade) và u
  (ungerade).
• Các d?ch chuy?n 1 photon t? g?g ho?c u ?u là b?
  c?m. Nhung d?ch chuy?n 2 photon t? g?g ho?c u ?u
  là cho phép. Do dó nh? TPA có th? n/c du?c b? m?i
  các ttr c?a dt?, dao d?ng, quay.

106

• TPA cung có th? dùng d? kt các tt di?n t? c?a m?t
  nguyên t? mà không th? dò b?ng O-PA. Ví d? tt ns
  và nd c?a m?t nguyên t? alkali.
• Do các y?u t? ma tr?n d?ch chuy?n l?n gi?a các
  ttr c?a nguyên t? TPA trong các khí nguyên t?
  thu?ng m?nh hon nhi?u trong các khí phân t?. Tuy
  v?y, nó v?n còn y?u d? có th? quan sát nh? do d?c
  s? thang giáng c?a chùm tia. Vì v?y ngu?i ta ph?i
  dùng các phuong pháp nhu quang hu?nh quang và
  quang ion hóa.

107
5.5Tán x? Raman kích thích
108

• Các dao d?ng, chuy?n d?ng quay c?a phân t?,
  chuy?n d?ng di?n t? trong nguyên t? hay các kích
  thích chung c?a v?t ch?t có th? tuong tác v?i ás
  và làm d?ch chuy?n t?n s? ás m?t lu?ng O thông
  qua các tán x? không dàn h?i.
• Hi?n tu?ng dó dã du?c Raman Krishnan phát hi?n
  và h?u nhu d?ng th?i b?i Mandelstam Lansberg
  vào nam 1928.

109

• Trong m?t chùm laser m?nh, các photon c?a laser
  bom và các photon có t?n s? d?ch chuy?n Raman
  cùng tác d?ng k?t h?p gây ra chuy?n d?ng c?ng
  hu?ng cho phân t? d?n d?n s? khu?ch d?i tín hi?u
  Raman. Hi?u ?ng này du?c g?i là tán x? Raman kích
  thích (SRS Stimulated Raman Scattering).
• Trong SRS, các mode kích ho?t Raman c?a v?t li?u
  có vai trò nhu các b? di?u bi?n quang, cu?ng b?c
  tru?ng laser d?ch chuy?n d? phát ra t?n s? m?i.

110

• M?t tru?ng laser m?nh trong di?u ki?n dó không
  ch? t?o ra các photon ? t?n s? m?i thông qua
  tuong tác v?i các mode kích ho?t Raman mà còn
  khu?ch d?i chúng.
• Tán x? Raman x?y ra khi chi?u ás vào ch?t khí,
  l?ng hay m?t s? t.th? r?n có d?i x?ng tâm. (Môi
  tru?ng phi tuy?n b?c ba).
• Sau dây là lý thuy?t v? tán x? Raman (tán x? t?
  h?p).

111
(No Transcript)
112
5.5.1. Tán x? t? h?p c?a ás.

• Lý thuy?t c? di?n
• Xét h? g?m nhi?u h?t, không có momen lu?ng c?c
  riêng, ngoài chd?ng c?a di?n t? còn xét chd?ng
  c?a h?t nhân.
• G?i r, ra là vecto xác d?nh v? trí di?n t? và v?
  trí h?t nhân, gi? s? d?ch chuy?n c?a dt? và hnhân
  cùng x?y ra trên m?t tr?c.
• N?u r, ra nh?, có th? khai tri?n hàm th? nang
  quanh v? trí cân b?ng c?a chúng.

113

• T?i v? trí th? nang c?c ti?u
• Hàm th? nang
• Bi?u th?c l?c dàn h?i tác d?ng lên dt? và nhân

114

• B? qua các s? h?ng b?c cao, ta có
• (5.1.4)
• (5.1.5)
• Ptrình chd?ng c?a dt?, d? phân c?c P và h?t nhân
• (5.1.7)
• (5.1.9)
• (5.1.10)

115

• Trong dó
• Nghi?m c?a pt là
• Trong dó roa và pha fa là d?i lu?ng ng?u
  nhiên, còn ?v là t?n s? dao d?ng riêng c?a h?t
  nhân.
• Ðua (5.1.12) vào (5.1.9) ta du?c

116

• L?i gi?i c?a ptrình là l?c phân c?c kích thích
  c?a môi tru?ng. L?c dó ch?a 3 s? h?ng có t?n s?
  ?,
• ? ?v , ? - ?v .
• Vì v?y trong môi tru?ng, ngoài sóng có t?n s? ?,
  còn xu?t hi?n sóng có t?n s? ? ?v và ? - ?v .
• Ðó là ás tán x? t? h?p (t? phát).
• Các v?ch (? - ?v) g?i là v?ch Stoke
• Các v?ch (? ?v) g?i là v?ch anti-Stoke.

117
5.5.2. Tán x? Raman kích thích

• Khi chi?u ás laser vào môi tru?ng phi tuy?n b?c
  ba, các photon c?a laser bom và photon tán x? (có
  t?n s? d?ch chuy?n) tác d?ng k?t h?p, gây ra
  chuy?n d?ng c?ng hu?ng cho các phân t?.
• Ði?u dó d?n d?n s? khu?ch d?i tín hi?u Raman.
• Hi?u ?ng này du?c g?i là tx? Raman kích thích
  (Stimulate Raman Scattering SRS)
• SRS ltgt s? tr?n ba sóng ?, ?s , ? - ?s (? ?s)

118
Lý thuy?t v? tán x? Raman kích thích

• T? lý thuy?t c? di?n (m?c 5.1) không th? b? qua
  s? h?ng ? v? ph?i c?a pt (5.1.10)
• Phuong trình liên k?t (tuong t? s? tr?n ba sóng).
  
• Lý thuy?t vi mô

119
Chuong VI. Tán x? kích thích Mandelstam -
Brillouin
120
(No Transcript)
121
(No Transcript)