Bài thuyết trình Vật liệu bán dẫn cấu trúc Nano

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:25

Thêm vào BST

Báo xấu

198
lượt xem 22
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mời các bạn tham khảo bài thuyết trình Vật liệu bán dẫn cấu trúc Nano sau đây để nắm bắt được những nội dung về sự trộn ba sóng, khuyết đại thông số, dao động thông số, biến đổi tần số. Với các bạn chuyên ngành Vật lý thì đây là tài liệu hữu ích.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài thuyết trình Vật liệu bán dẫn cấu trúc Nano

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH C KHOA HỌC TỰ NHIÊN VẬT LÝ ỨNG DỤNG CHUYÊN NGHÀNH: QUANG HỌC  KHUẾCH ĐẠI VÀ DAO ĐỘNG THÔNG SỐ QUANG HỌC GVHD:TS. Lê Thị Quỳnh Anh HV: Lê Phúc Quý Huỳnh Chí Cường 1
NOÄI DUNG TRÌNH BAØY I. Sự trộn ba sóng. II. Khuyết đại thông số. III. Dao động thông số. IV. Biến đổi tần số. 2
Khảo sát dao động phi tuyến với 1 trường có hai sóng đơn sắc tần số ω1, ω2: 1  i (21t  k1z ) i (21t  k1z )  E  E1  E2   E1 ( z )e   E1 ( z )e  2 1   E2 ( z )ei (22t k2 z )  E2 ( z )ei (22t k2 z )  (1) 2 n 1  1 n11 n 2  2 n22 Với: k1   k2   c c c c 3
Xét phương trình Newton của chuyển động điện tử: 3 A 2 4B 3 e x  02 x   x  x  ...  E (t ) (2) m m m Thay E ở (1) vào phương trình (2) và giải pt bằng phương pháp nhiễu loạn. x(t) gồm các số hạng có tần số: 0, ω1, ω2, 2ω1, 2ω2, ω1 – ω2, ω1 + ω2 4
Giả sử môi trường phát sóng có tần số ω3 và cường độ sóng là:  i (3t  k3 z ) i (3t  k3 z )  E3   E3 ( z )e 1 2  E3 ( z )e *  Các sóng trong môi trường phải thỏa phương trình Maxwell.  E  P 2 2  E  0 2  0 2 2 t t 5
Xét sự tương tác của 3 sóng theo phương sóng (xét theo phương z): E1 ( z , t )  E1 ( z )e  i (1t  k1z ) E2 ( z , t )  E2 ( z )e  i (2t  k2 z ) (3) E3 ( z , t )  E3 ( z )e  i (3t  k3 z ) Biểu thức độ phân cực tương ứng P1 ( z , t )  4dE2* ( z ) E3 ( z )e  i[(3 2 )t ( k3  k2 ) z ] P2 ( z , t )  4dE1* ( z ) E3 ( z )e  i[(3 1 )t ( k3  k1 ) z ] P3 ( z , t )  4dE1 ( z ) E2 ( z )e  i[(1 2 )t ( k1  k2 ) z ] Với: 3  1  2 6
Xét sóng 1 E1 ( z, t )  E1 ( z )ei (1t k1z ) P1 ( z, t )  4dE2* ( z ) E3 ( z )ei[(3 2 )t ( k3 k2 ) z ]  2 E1 ( z , t )  2 dE1 ( z )   i (1t  k1z ) (5)    k E1  z  2ik  e z 1 1  dz  2  2 E1 ( z, t ) (6)   E ( z )e  i (1t  k1 z ) t 2 1 1 2 P 1  i[(3 2 ) t ( k3  k2 ) z ]  (   ) 2 4d  E * ( z ) E ( z )e t 2 3 2 2 3 Thay vào pt Maxwell dE1 ( z ) 0  i1 dE2* ( z ) E3 ( z )eikz dz 1 7
Tương tự đối với 2 sóng còn lại: dE1 ( z ) 0  i1 dE2* ( z ) E3 ( z )eikz (7a) dz 1 dE2 ( z ) 0 *  i2 dE1 ( z ) E3 ( z )eikz (7b) dz 2 dE3 ( z ) 0  i3 dE1 ( z ) E2 ( z )eikz (7c) dz 3 Với: k  k1  k2  k3  i   0 ni2 8
ĐIỀU KIỆN ĐỂ PHÁT SÓNG      Sóng ω3 phát ra CĐ k  k1  k2  k3  0    k3  k1  k2 Điều kiện hợp pha Hay: Điều kiện bảo toàn động lượng  Điều kiệnω3 = ω1 + ω2 Điều kiện hợp tần Hay: Điều kiện bảo toàn năng lượng 9
Khi có hai sóng quang học 1 và 2  mt phi tuyến, giả sử chỉ có sóng ω3 thỏa mãn điều kiện hợp pha nên được phát ra .Các sóng khác không được môi trường duy trì vì không thỏa điều kiện hợp pha Tương tự, ta có: 1 tương tác 2 3 3 tương tác 1 2 Cùng thỏa mãn điều kiện hợp pha 3 tương tác 2 1 Vậy: Quá trình phi tuyến được diễn tả bởi 3 phương trình (7) trên gọi là sự trộn 3 sóng. Không thể có sự trộn 2 sóng. Hai sóng bất kỳ 1, 2 không thể liên kết với môi trường mà không có sự góp mặt của sóng thứ thứ ba. 10
Phaân loaïi Sự trộn ba sóng 11
KHUẾCH ĐẠI THÔNG SỐ (OPA) (Optical Parametric Amplification) Pump 3 3 2 1 Signal 1 Crystal Amplified Ilder signal Chiếu vào mt phi tuyến bậc hai sóng bơm 3 (cđộ mạnh) và sóng tín hiệu 1 (cđộ yếu). Ba sóng trên phải thỏa mãn đk hợp pha và hợp tần. Sau tương tác có sóng 2 phát ra, đồng thời cường độ của sóng 1 tăng lên: Sóng 1 được kđại. 12
KHUẾCH ĐẠI THÔNG SỐ (OPA)    • Hợp pha: k 3  k1  k 2 • Hợp tần: 3 = 1 + 2 Do có thể thay đổi 2 và 1 sao cho đk hợp tần vẫn thỏa mãn nên có thể khuếch đại nhiều tần số khác nhau: khuếch đại thông số. Từ phương trình trộn sóng: dE1 ( Z ) 0  i1 d E2* ( Z ) E3 ( Z )eikZ dZ 1 dE2 ( Z ) 0  i2 d E1* ( Z ) E3 ( Z )eikZ dZ 2
KHUẾCH ĐẠI THÔNG SỐ (OPA) Giả thiết : 3 = const  E3(Z) = E3(0) và có sự hợp pha ∆k=0 dE2*  z  0 2 *  i  2 d E 3 (0) E1  z   i * b2 E1  z  (8.a) dz 2 1 dE1  z  0 1  i 1 d E3 (0) E2  z   i * b1 E2*  z  (8.b) dz 1 2 1/ 2    0  bi  1 2      d E 3 (0) (9) Trong đó i = 1,2   i  14
KHUẾCH ĐẠI THÔNG SỐ (OPA) Vi phân (8.a) và kết hợp hệ thức (8.b) ta có : d 2 E1 ( Z ) 1 dE2* ( Z ) i b1 dZ 2 2 dZ 1  2 *  i b1   i b2 E1 ( Z )   K 2 E1 ( Z ) (10) 2  1  1  12  0 2 Ở đó : K    d E3 (0)  n1n2 0  Tương tự: d 2 E2 (Z ) 2  K 2 E2 (Z ) (11) dZ
KHUẾCH ĐẠI THÔNG SỐ (OPA) Pt (10) và (11) có thể được giải theo E1 tại mặt vào Z = 0 của môi trường phi tuyến, nghiệm : 1 * E1 ( Z )  E1 (0) cosh KZ  i E2 (0) sinh KZ (12.a) 2 2 * E2 ( Z )  E2 (0) cosh KZ  i E1 (0) sinh KZ (12.b) 1
KHUẾCH ĐẠI THÔNG SỐ (OPA) Trường hợp chiếu vào mtpt sóng bơm 3 và sóng tín hiệu 1 thì E2(0) = 0, nghiệm : E1 ( Z )  E1 (0) cosh KZ (13.a) 2 * E2 ( Z )  i E1 (0) sinh KZ (13.b) 1 Trường hợp KZ
KHUẾCH ĐẠI THÔNG SỐ (OPA) Hệ thức Manley-Rowe 1 d   1 2 1 d  2 2  1 d  3 2 E ( z )   E ( z )   E ( z )  1 dz   0   dz     dz    1 2 3  2  0  3  0  Sự gia tăng cường độ của sóng tín hiệu và sóng đệm dọc theo trục z tương ứng với sự giảm cường độ sóng bơm và ngược lại. 18
KHUẾCH ĐẠI THÔNG SỐ (OPA) ứng dụng Cáp quang đã trở thành phương tiện truyền dẫn chủ đạo trên mạng viễn thông của các quốc gia và xuyên quốc gia. Ngày nay, các hệ thông thông tin sợi quang đã truyền tới trên 85% nhu cầu dung lượng thông tin mà con người tạo ra. 19
KHUẾCH ĐẠI THÔNG SỐ (OPA) ứng dụng Do sự suy hao trên đường truyền trong sợi quang làm cho tín hiệu bị giảm khi truyền đi xa. Do đó để khắc phục tình trạng này, người ta khuếch sóng tín hiệu trong sợi quang, nhằm làm tăng công suất của tín hiệu quang trên đường truyền 20