Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
327
KHẢO SÁT SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA CHIẾT SUẤT CHẤT LỎNG
LÊN ĐỘ TRUYỀN QUA, GÓC CỘNG HƯỞNG VÀ
ĐỘ LỚN ĐIỆN TRƯỜNG TRÊN BỀ MẶT CÁCH TỬ
Nguyễn Văn Nghĩa
Trường Đại học Thủy lợi, email: nghiangvan@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Cách tử nhiễu xạ là một linh kiện quan
trọng trong các hệ quang học. Nó có nhiều
ứng dụng chẳng hạn như trong các cảm biến
sinh học, các mạch tích phân quang học, hệ
kính phân cực, đầu thu, hộp cộng hưởng laze
[1]. Với vai trò là ống dẫn sóng trong các hệ
khuếch đại tín hiệu quang, các cách tử nhiễu
xạ cộng hưởng giúp cho tín hiệu được tăng
cường một cách mạnh mẽ [2]. Vì thế việc tìm
ra góc cộng hưởng có ý nghĩa khoa học trong
các hệ quang học sử dụng cách tử. Có nhiều
yếu tố ảnh hưởng đến góc cộng hưởng như
chu kì cách tử, độ sâu cách tử, độ dày và
chiết suất của các lớp cấu thành hệ mẫu sử
dụng cách tử, nghiên cứu này tập trung khảo
sát ảnh hưởng của chiết suất chất lỏng trên bề
mặt cách tử lên phân bố điện trường cũng
như phổ truyền qua và góc cộng hưởng.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp mô phỏng được sử dụng để
tìm ra giá trị góc cộng hưởng. Sau đó, kết
quả được tổng hợp và phân tích bằng đồ thị.
Các thông số của hệ quang học sử dụng cách
tử được cho trong Bảng 1. Mô hình của hệ
được thể hiện trên Hình 1. Trong đó hai lớp
thủy tinh bên ngoài để bảo vệ hệ mẫu và cho
ánh sáng truyền qua, lớp TiO2 chiết suất cao
vừa có vai trò bảo vệ bề mặt cách tử, vừa dễ
dàng cho ánh sáng truyền vào bên trong và
phản xạ toàn phần trên bề mặt tiếp giáp với
lớp chất lỏng cũng như với lớp chiết suất
thấp ở hai bên.
Hình 1. Cách tử trong hệ mẫu vật
Bảng 1. Các thông số mô phỏng
Lớp
thủy
tinh
trái
Lớp
chất
lỏng
Lớp
TiO2
Lớp
chiết
suất
thấp
Lớp
thủy
tinh
phải
Độ dày
(μm) 4 2 0,05 0,6 4
Chiết
suất 1,5087 1,24-
1,45 2,0666 1,22 1,5087
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Hình 2 biểu diễn kết quả mô phỏng tính
toán phổ truyền qua của mẫu khi thay đổi
chiết suất của lớp chất lỏng trên bề mặt cách
tử từ 1,24 đến 1,45. Hình 2a là ảnh toàn phổ
và Hình 2b là phổ với độ phân giải cao. Khi
tăng chiết suất, độ sâu phổ ban đầu có xu
hướng tăng, đạt giá trị cực đại khi chiết suất là
1,36 sau đó giảm dần. Chiết suất này gần với
giá trị chiết suất của cồn. Độ sâu phổ giảm
nhanh khi chiết suất tăng quá giá trị 1,39. Sự
thay đổi của phổ truyền qua sẽ ảnh hưởng đến
phân bố của điện trường trên bề mặt cách tử.
Phổ truyền qua càng sâu thì điện trường trên
bề mặt cách tử có cường độ càng mạnh.
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
328
Hình 2. Phổ truyền qua của mẫu khi chiết suất thay đổi:
a) Toàn phổ; b) Độ phóng đại cao.
Hình 3. Sự phụ thuộc của góc cộng hưởng
vào chiết suất
Hình 4. Sự phụ thuộc của bình phương
điện trường vào chiết suất
Hình 3 mô tả sự phụ thuộc của góc cộng
hưởng vào chiết suất. Góc cộng hưởng giảm
đều đặn khi tăng chiết suất của lớp chất lỏng
trên bề mặt cách tử. Sự thay đổi của bình
phương cường độ điện trường theo chiết suất
được biểu diễn trên Hình 4. Ban đầu, điện
trường có độ lớn tăng, đạt cực đại ở chiết suất
1,36 tương ứng với góc cộng hưởng 11,7o.
Đây là giá trị nằm trong phạm vi điều chỉnh
của các kính hiển vi trường rộng.
4. KẾT LUẬN
Như vậy, sự thay đổi của độ sâu phổ
truyền qua, góc cộng hưởng và độ lớn của
cường độ điện trường trên bề mặt cách tử
theo chiết suất của lớp chất lỏng trên bề mặt
đã được khảo sát. Các kết quả nghiên cứu
cho thấy độ sâu phổ cũng như độ lớn điện
trường ban đầu tăng, đạt cực đại ứng với
chiết suất của cồn (1,36) sau đó giảm nhanh
khi tăng chiết suất chất lỏng. Giá trị góc cộng
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
329
hưởng ứng với điện trường và độ sâu phổ
truyền qua cực đại là 11,7o. Giá trị này nằm
trong khả năng điều chỉnh của các kính hiển
vi đồng trục phát xạ trường [3]. Các kết quả
tính toán được định hướng cho các nhà thực
nghiệm chế tạo cách tử nên phủ lớp cồn trên
bề mặt để thu được điện trường lớn nhất.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Wu, J., & Shu, X. (2024). Multifunctional
Line-by-Line Tilted Waveguide Bragg
Gratings Directly Written by Femtosecond
Laser. Journal of Lightwave Technology,
42 (16), 5639-5644.
[2] Sun, S., Xiong, X., Liang, J., Xu, Y., &
Shen, L. (2024). Envelope Spectrum of the
Subwavelength Grating Slot Waveguide
Microring Resonator for High-sensitivity
and Wide-range Refractive Index Sensing
Applications. Journal of Lightwave
Technology, 42 (15), 5390-5398.
[3] Nguyen, V. N., Lee, Y. H., Le-Vu, T. T.,
Lin, J. Y., Kan, H. C., & Hsu, C. C. (2022).
Impact of Excitation Intensity-Dependent
Fluorescence Intensity Ratio of
Upconversion Nanoparticles on Wide-Field
Thermal Imaging. ACS Applied Nano
Materials, 5(10), 15172-15182.