Luận án Tiến sĩ Vật lí: Nghiên cứu phổ phát siêu liên tục trong sợi tinh thể quang tử lõi benzene với các cấu trúc mạng khác nhau

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:155

Thêm vào BST

Báo xấu

2
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Vật lí "Nghiên cứu phổ phát siêu liên tục trong sợi tinh thể quang tử lõi benzene với các cấu trúc mạng khác nhau" được trình bày trong 3 chương, bao gồm: Chương 1: Tổng quan về sợi tinh thể quang tử và phát siêu liên tục; Chương 2: Nghiên cứu các đại lượng đặc trưng của PCF lõi benzene với các cấu trúc mạng khác nhau; Chương 3: Nghiên cứu phổ phát siêu liên tục trong PCF lõi benzene với các cấu trúc mạng khác nhau. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Vật lí: Nghiên cứu phổ phát siêu liên tục trong sợi tinh thể quang tử lõi benzene với các cấu trúc mạng khác nhau

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ---------- LÊ TRẦN BẢO TRÂN NGHIÊN CỨU PHỔ PHÁT SIÊU LIÊN TỤC TRONG SỢI TINH THỂ QUANG TỬ LÕI BENZENE VỚI CÁC CẤU TRÚC MẠNG KHÁC NHAU LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ NGHỆ AN, 2024
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ---------- LÊ TRẦN BẢO TRÂN NGHIÊN CỨU PHỔ PHÁT SIÊU LIÊN TỤC TRONG SỢI TINH THỂ QUANG TỬ LÕI BENZENE VỚI CÁC CẤU TRÚC MẠNG KHÁC NHAU LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ Chuyên ngành: QUANG HỌC Mã số: 9 44 01 10 Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Chu Văn Lanh 2. TS. Nguyễn Thị Thuỷ NGHỆ AN, 2024
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung của bản luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Chu Văn Lanh và TS. Nguyễn Thị Thuỷ. Các kết quả trong luận án là trung thực và được công bố trên các tạp chí khoa học trong nước và quốc tế uy tín. Tác giả luận án Lê Trần Bảo Trân
ii LỜI CẢM ƠN Luận án được hoàn thành dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Chu Văn Lanh và TS. Nguyễn Thị Thuỷ. Bằng tấm lòng trân trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Thầy giáo, PGS.TS. Chu Văn Lanh, người đã tin tưởng giới thiệu cho tôi lĩnh vực nghiên cứu mà Thầy đang thực hiện. Thầy đã dành cho tôi rất nhiều thời gian, tâm sức, tận tình chỉ dẫn và truyền cảm hứng cho tôi trên con đường nghiên cứu khoa học, từ đó giúp tôi từng bước làm chủ và phát triển hướng nghiên cứu của mình. Bên cạnh đó, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Cô giáo, TS. Nguyễn Thị Thuỷ, người luôn dìu dắt và cho tôi những góp ý vô cùng quý báu. Sự động viên và khích lệ của Cô trở thành nguồn động lực to lớn, là chỗ dựa tinh thần vững chắc giúp tôi vượt qua mọi khó khăn trong quá trình thực hiện đề tài. Chính sự giúp đỡ và hỗ trợ tận tâm của tập thể giáo viên hướng dẫn đã giúp tôi trau dồi kiến thức khoa học, tác phong nghiên cứu cũng như nâng cao tinh thần làm việc có trách nhiệm của mình. Nhân đây, tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn đến Khoa Vật lý cùng quý Thầy, Cô giáo trong chuyên ngành Quang học, Trường Đại học Vinh đã tạo điều kiện thuận lợi trong thời gian tôi tham gia học tập và thực hiện nghiên cứu, cung cấp những ý kiến đóng góp khoa học bổ ích để tôi hoàn thiện luận án của mình. Đặc biệt, xin cảm ơn Chương trình học bổng đào tạo tiến sĩ trong nước của Quỹ Đổi mới sáng tạo Vingroup (VINIF), mã số VINIF.2021.TS.155 và VINIF.2023.TS.133 đã tài trợ cho tôi thực hiện luận án này. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và tốt đẹp nhất đến gia đình, người thân và bạn bè đã luôn sát cánh, tin tưởng và ủng hộ tôi trong những năm tháng qua. Xin trân trọng cảm ơn! Tác giả luận án
iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TIẾNG ANH DÙNG TRONG LUẬN ÁN Từ viết tắt Nghĩa AR Anti resonant – Phản cộng hưởng CL Circular lattice – Mạng tròn Circular lattice photonic crystal fiber – Sợi tinh thể quang tử mạng CL-PCF tròn CW Continuous waves – Sóng liên tục FFT Fast Fourier Transform – Biến đổi Fourier nhanh FWM Four wave mixing – Trộn bốn sóng Generalized nonlinear Schrödinger equation – Phương trình GNLSE Schrödinger phi tuyến tổng quát GVD Group velocity dispersion – Tán sắc vận tốc nhóm LMS Lumerical Mode Solutions HL Hexagonal lattice – Mạng lục giác Hexagonal lattice photonic crystal fiber – Sợi tinh thể quang tử HL-PCF mạng lục giác Im Imaginary part – Phần ảo MI Modulation instability – Biến điệu không ổn định OWB Optical wave breaking – Bẻ gãy sóng quang PBG Photonic Bandgap – Dải vùng cấm quang tử
iv PCF Photonic crystal fiber – Sợi tinh thể quang tử PML Perfectly matched layer – Lớp hấp thụ hoàn hảo Re Real part – Phần thực RS Raman scattering – Tán xạ Raman SCG Supercontinuum generation – Phát siêu liên tục SL Square lattice – Mạng vuông Square lattice photonic crystal fiber – Sợi tinh thể quang tử mạng SL-PCF vuông SPM Self phase modulation – Tự biến điệu pha SSFS Soliton self frequency shift – Tự dịch chuyển tần số soliton TIR Total internal reflection – Phản xạ toàn phần ZDW Zero dispersion wavelength – Bước sóng tán sắc bằng không
v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN ÁN Ký hiệu Đơn vị Nghĩa Aeff µm2 Diện tích mode hiệu dụng c m/s Vận tốc ánh sáng trong chân không D ps/nm/km Độ tán sắc DM ps/nm/km Độ tán sắc vật liệu DW ps/nm/km Độ tán sắc ống dẫn sóng d µm Đường kính lỗ khí dc µm Đường kính lõi f không thứ nguyên Hệ số lấp đầy không khí k0 1/cm Số sóng trong không gian tự do L cm Chiều dài lan truyền sóng LD cm Chiều dài tán sắc LMI cm Chiều dài biến điệu không ổn định LNL cm Chiều dài phi tuyến LOWB cm Chiều dài bẻ gãy sóng quang LSF cm Chiều dài tách soliton N không thứ nguyên Số soliton Ng không thứ nguyên Chiết suất nhóm n0 không thứ nguyên Chiết suất của môi trường truyền n2 m2/W Hệ số chiết suất phi tuyến
vi neff không thứ nguyên Chiết suất hiệu dụng P0 kW Công suất đầu vào Pi kW Công suất đầu ra t0 fs Độ rộng xung đầu vào α dB/cm Độ mất mát Ʌ µm Hằng số mạng ε F/m Độ điện thẩm của môi trường ε0 F/m Độ điện thẩm của chân không µ0 H/m Độ từ thẩm của chân không  C/m2 Mật độ điện tích Ω Hz Độ lệch giữa tần số của máy bơm và thành phần tần số được phân tích v Hz Tần số sóng quang vMI Hz Tần số dao động gây bởi biến điệu không ổn định vg m/s Vận tốc nhóm γ W-1.km-1 Hệ số phi tuyến Δn không thứ nguyên Độ chênh lệch chiết suất của lõi và lớp vỏ λ µm Bước sóng
vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình Nội dung 1.1 Mặt cắt của (a) sợi quang thông thường và (b) PCF. 1.2 (a) Mặt cắt PCF lõi đặc [1] và (b) cơ chế lan truyền ánh sáng trong PCF lõi đặc. 1.3 (a) Mặt cắt PCF lõi rỗng [3] và (b) cơ chế lan truyền ánh sáng trong PCF lõi rỗng. 1.4 (a) Mặt cắt sợi AR [64] và (b) cơ chế lan truyền ánh sáng trong sợi AR. 1.5 Mặt cắt của HL-PCF. 1.6 (a) Mặt cắt của SL-PCF. (b) Vị trí các lỗ khí trong vòng đầu tiên của SL- PCF (đường nét liền) và HL-PCF (đường nét đứt). 1.7 Mặt cắt của CL-PCF. 1.8 Quy trình chế tạo PCF bằng phương pháp xếp chồng và kéo sợi: (a) tạo ống nhỏ riêng lẻ, (b) xếp thành khối theo mẫu thiết kế, (c) tạo phôi ban đầu, (d) kéo sợi, (e) sơ đồ minh họa của tháp kéo sợi. 1.9 Sơ đồ biểu diễn quá trình SCG [77]. 1.10 (a) Đường cong tán sắc hoàn toàn thường của PCF lõi carbon disulfide, (b) tiến triển phổ, (c) độ rộng phổ SCG và độ kết hợp trong chế độ tán sắc hoàn toàn thường ở quãng đường lan truyền 10 cm [78]. 1.11 (a) Đường cong tán sắc của PCF lõi carbon disulfide với một ZDW, (b) tiến triển phổ, (c) độ rộng phổ SCG và độ kết hợp trong chế độ tán sắc dị thường ở quãng đường lan truyền 10 cm [78].
viii 2.1 Giao diện của phần mềm LMS khi thiết kế cấu trúc SL-PCF lõi benzene. 2.2 Cấu trúc hình học của PCF lõi benzene với (a) SL, (b) HL và (c) CL. 2.3 Phần thực chiết suất của benzene và silica. 2.4 Hệ số truyền qua của benzene theo tài liệu tham khảo [93]. 2.5 Chiết suất hiệu dụng của các SL-PCF khi (a) f1 = 0,3 và (b) f1 = 0,8. 2.6 Đặc trưng tán sắc của các SL-PCF với f1 = 0,3–0,8 và Ʌ = 1–2,5 µm. 2.7 So sánh các đường cong tán sắc phẳng và gần với đường tán sắc không của các SL-PCF trong chế độ tán sắc dị thường. 2.8 Đặc trưng tán sắc của các SL-PCF được đề xuất. 2.9 (a) Diện tích mode hiệu dụng và (b) hệ số phi tuyến của các SL-PCF được đề xuất. 2.10 Đặc trưng mất mát của các SL-PCF được đề xuất. 2.11 Đặc trưng tán sắc của các HL-PCF với f1 = 0,3–0,8 và Ʌ = 1–2,5 µm. 2.12 Đặc trưng tán sắc của các HL-PCF được đề xuất. 2.13 Đặc trưng mất mát của các HL-PCF được đề xuất. 2.14 (a) Diện tích mode hiệu dụng và (b) hệ số phi tuyến của các HL-PCF được đề xuất. 2.15 Đặc trưng tán sắc của các CL-PCF với f1 = 0,3–0,8 và Ʌ = 1–2,5 µm. 2.16 (a) Đặc trưng tán sắc của các CL-PCF được đề xuất. (b) So sánh đặc trưng tán sắc của các CL-PCF được đề xuất với các công trình nghiên cứu trước
ix đó. 2.17 Đặc trưng mất mát của các CL-PCF được đề xuất. 2.18 (a) Diện tích mode hiệu dụng và (b) hệ số phi tuyến của các CL-PCF được đề xuất. 2.19 Đặc trưng (a) tán sắc và (b) mất mát của các sợi #SF1, #HF1 và #CF1. 2.20 Đặc trưng (a) diện tích mode hiệu dụng và (b) hệ số phi tuyến của các sợi #SF1, #HF1 và #CF1. 2.21 Các đại lượng đặc trưng: (a) tán sắc, (b) mất mát, (c) diện tích mode hiệu dụng và (d) hệ số phi tuyến của các sợi #SF2, #HF2 và #CF2. 3.1 (a) Độ rộng phổ phát siêu liên tục trong sợi #SF1 với các công suất cực đại đầu vào khác nhau. (b) Băng thông phổ trong trường hợp P0 = 0,45 kW. 3.2 Sự tiến triển phổ của quá trình phát siêu liên tục trong sợi #SF1 với các công suất cực đại đầu vào khác nhau. 3.3 Sự tiến triển phổ theo thời gian với quãng đường lan truyền 1 cm trong sợi #SF1 ở các công suất cực đại đầu vào khác nhau. Đường đứt nét biểu thị sự bắt đầu của OWB. 3.4. (a) Độ rộng phổ phát siêu liên tục trong sợi #SF2 với các công suất cực đại đầu vào khác nhau. (b) Băng thông phổ trong trường hợp P0 = 0,537 kW. 3.5 Sự tiến triển phổ của quá trình phát siêu liên tục trong sợi #SF2 với các công suất cực đại đầu vào khác nhau. 3.6 Sự tiến triển phổ theo thời gian với quãng đường lan truyền 15 cm trong sợi #SF2 ở các công suất cực đại đầu vào khác nhau. Đường đứt nét biểu
x thị sự bắt đầu của OWB. 3.7 Độ rộng phổ phát siêu liên tục trong sợi #HF1 với các công suất cực đại đầu vào khác nhau. 3.8 (a1-a6) Sự tiến triển phổ và (b1-b6) thời gian trễ tương ứng trong sợi #HF1 với các công suất cực đại đầu vào khác nhau. 3.9 Độ rộng phổ phát siêu liên tục trong sợi #HF2 với các công suất cực đại đầu vào khác nhau. 3.10 (a1-a6) Sự tiến triển phổ và (b1-b6) thời gian trễ tương ứng trong sợi #HF2 với các công suất cực đại đầu vào khác nhau. 3.11 (a) Độ rộng phổ phát siêu liên tục trong sợi #CF1 với các công suất cực đại đầu vào khác nhau. (b) Băng thông phổ trong trường hợp P0 = 0,45 kW. 3.12 (a1-a6) Sự tiến triển phổ của quá trình phát siêu liên tục, (b1-b6) tiến triển theo thời gian với quãng đường lan truyền 1 cm và (c1-c6) phổ đầu ra tương ứng trong sợi #CF1 với công suất cực đại đầu vào khác nhau. 3.13 (a) Độ rộng phổ phát siêu liên tục trong sợi #CF2 với các công suất cực đại đầu vào khác nhau. (b) Băng thông phổ trong trường hợp P0 = 0,555 kW. 3.14 (a1-a6) Sự tiến triển phổ của quá trình phát siêu liên tục, (b1-b6) tiến triển theo thời gian với quãng đường lan truyền 13 cm và (c1-c6) phổ đầu ra tương ứng trong sợi #CF2 với công suất cực đại đầu vào khác nhau. 3.15 Băng thông phổ của các sợi #SF1, #HF1 và #CF1 với các công suất cực đại đầu vào khác nhau. DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
xi Bảng Nội dung 2.1 Các tham số cấu trúc của các PCF lõi benzene. 2.2 Tham số tán sắc của các vật liệu [92]. 2.3 Các thông số hình học của các SL-PCF được đề xuất cho SCG. 2.4 Dải tán sắc phẳng của các SL-PCF được đề xuất so với các công trình nghiên cứu trước đó. 2.5 Các thông số hình học của các HL-PCF được đề xuất cho SCG. 2.6 Các thông số hình học của các CL-PCF được đề xuất cho SCG. 2.7 Giá trị của các đại lượng đặc trưng tại bước sóng bơm đối với các PCF được đề xuất và các nghiên cứu trước đây. 3.1 Hệ số tán sắc bậc cao của các SL-PCF được đề xuất. 3.2 Các tham số phù hợp của hàm đáp ứng phi tuyến đối với benzene [100]. 3.3 Hệ số tán sắc bậc cao của các HL-PCF được đề xuất. 3.4 Các đặc trưng phi tuyến của sợi #HF2. 3.5 Hệ số tán sắc bậc cao của các CL-PCF được đề xuất. 3.6 Các đặc trưng phi tuyến của sợi #CF2. 3.7 Sự thay đổi băng thông phổ của các sợi #SF1, #HF1 và #CF1 theo công suất cực đại đầu vào. 3.8 Độ rộng phổ của các PCF được đề xuất so với các công trình nghiên cứu về các cấu trúc PCF lõi chất lỏng trước đó.
xii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DÙNG TRONG LUẬN ÁN ...................................v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ ......................................................... vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .............................................................................x MỤC LỤC ............................................................................................................... xii MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 1. Lí do chọn đề tài ....................................................................................................1 2. Mục tiêu nghiên cứu..............................................................................................7 3. Nội dung nghiên cứu .............................................................................................7 4. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................8 5. Bố cục luận án........................................................................................................8 Chương 1. TỔNG QUAN VỀ SỢI TINH THỂ QUANG TỬ VÀ PHÁT SIÊU LIÊN TỤC................................................................................................................10 1.1 Giới thiệu về sợi tinh thể quang tử ..............................................................10 1.1.1 Định nghĩa và phân loại ...........................................................................10 1.1.2 Các loại mạng ở lớp vỏ của PCF .............................................................14 1.1.3 Phương pháp chế tạo PCF lõi chất lỏng ..................................................18 1.2 Sự lan truyền ánh sáng trong PCF .............................................................20 1.2.1 Phương trình Schrödinger phi tuyến tổng quát .......................................20 1.2.2 Các hiệu ứng phi tuyến trong sợi tinh thể quang tử ................................31 1.2.3 Phương pháp số để giải phương trình Schrödinger phi tuyến tổng quát .40
xiii 1.3 Phát siêu liên tục trong sợi tinh thể quang tử ...........................................44 1.3.1 Nguyên lý của quá trình phát siêu liên tục ..............................................44 1.3.2 Ứng dụng của nguồn phát siêu liên tục ...................................................46 Kết luận chương 1 ...............................................................................................49 Chương 2. NGHIÊN CỨU CÁC ĐẠI LƯỢNG ĐẶC TRƯNG CỦA PCF LÕI BENZENE VỚI CÁC CẤU TRÚC MẠNG KHÁC NHAU ................................50 2.1 Thiết kế cấu trúc PCF lõi benzene với các mạng khác nhau ....................50 2.2 Tính chất Vật lý của các vật liệu .................................................................55 2.3 Nghiên cứu các đại lượng đặc trưng của PCF lõi benzene với các mạng khác nhau.............................................................................................................57 2.3.1 Cấu trúc mạng vuông...............................................................................57 2.3.2. Cấu trúc mạng lục giác ...........................................................................66 2.3.3. Cấu trúc mạng tròn .................................................................................71 2.3.4. So sánh các đại lượng đặc trưng của PCF lõi benzene với các mạng khác nhau ..................................................................................................................77 Kết luận chương 2 ...................................................................................................85 Chương 3. NGHIÊN CỨU PHỔ PHÁT SIÊU LIÊN TỤC TRONG PCF LÕI BENZENE VỚI CÁC CẤU TRÚC MẠNG KHÁC NHAU ................................86 3.1 Nghiên cứu phát siêu liên tục trong PCF lõi benzene với cấu trúc mạng vuông ....................................................................................................................86 3.2 Nghiên cứu phát siêu liên tục trong PCF lõi benzene với cấu trúc mạng lục giác..................................................................................................................95 3.3 Nghiên cứu phát siêu liên tục trong PCF lõi benzene với cấu trúc mạng tròn .....................................................................................................................104
xiv 3.4 So sánh phổ phát siêu liên tục của PCF lõi benzene với các mạng khác nhau ....................................................................................................................113 Kết luận chương 3 .................................................................................................120 KẾT LUẬN CHUNG ............................................................................................122 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ ....................124 CÁC THÀNH TÍCH TRONG QUÁ TRÌNH LÀM NGHIÊN CỨU SINH .....126 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................127
1 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Sự ra đời của sợi tinh thể quang tử (Photonic crystal fiber – PCF) do Russell và các cộng sự [1] đề xuất vào năm 1996 là một cột mốc quan trọng đánh dấu sự phát triển vượt bậc trong công nghệ quang. Không giống như các sợi quang thông thường, PCF với các cơ chế dẫn sáng khác nhau như phản xạ toàn phần (Total internal reflection – TIR), cơ chế dải vùng cấm quang tử (Photonic Band-gap – PBG) hay phản cộng hưởng (Anti resonant – AR) thể hiện các tính chất độc đáo như hoạt động đơn mode trên một dải bước sóng rộng, tính linh hoạt trong quản lý tán sắc, độ lưỡng chiết cao, độ phi tuyến rất lớn [2 - 4]. Những tính chất quang độc đáo này đã được ứng dụng trong việc chế tạo các bộ khuếch đại, cảm biến sợi quang và các thiết bị phi tuyến [5]. Sở dĩ PCF sở hữu nhiều tính năng vượt trội như vậy là do tính linh hoạt trong mô hình thiết kế. Để ứng dụng vào một lĩnh vực cụ thể, các thông số cấu trúc của PCF như kích thước lỗ khí, khoảng cách giữa các lỗ khí hay hằng số mạng, kích thước lõi, hình dạng mạng ở lớp vỏ, thậm chí cả vật liệu được sử dụng có thể được thay đổi một cách phù hợp nhằm mục đích điều khiển linh hoạt các đại lượng đặc trưng. Trong số các ứng dụng của PCF, phát siêu liên tục (Supercontinuum generation – SCG) là một ứng dụng nổi bật, trong đó xung laser hẹp được mở rộng khi lan truyền qua một môi trường phi tuyến [6]. Nhờ vào đặc tính liên tục như ánh sáng trắng và cường độ cực lớn tương đương với cường độ laser, SCG đã góp mặt trong hầu hết các ứng dụng viễn thông, quang phổ, quang sinh học và lược tần số. Nguồn siêu liên tục trong vùng hồng ngoại trung còn được sử dụng trong lĩnh vực y sinh, chẳng hạn như chụp cắt lớp quang học [6]. SCG đạt hiệu quả cao nhất khi lõi của các PCF được tạo bởi vật liệu có hệ số chiết suất phi tuyến lớn, đường cong tán
2 sắc phẳng (độ dốc đường cong tán sắc nhỏ với giá trị tuyệt đối của độ tán sắc  25 ps/nm/km) và tiệm cận với đường tán sắc không, diện tích mode hiệu dụng và mất mát nhỏ [7]. Kể từ khi xuất hiện cho đến nay, công nghệ PCF và SCG đã được nghiên cứu chuyên sâu cả về mặt lý thuyết lẫn thực nghiệm và đạt được nhiều thành tựu to lớn trong việc tối ưu các tính chất quang tuyến tính và phi tuyến, mở rộng băng thông phổ từ vùng tử ngoại đến hồng ngoại trung dùng trong đo lường và kính hiển vi, mạng 6G, chụp cắt lớp kết hợp quang học nhãn khoa với độ phân giải cao [8 - 10]. Ở Việt Nam, kể từ năm 2007, nhóm nghiên cứu tại Đại học Bách khoa Hà Nội đã có những nghiên cứu bước đầu về một loại PCF lõi rỗng hình elip với đường cong tán sắc siêu phẳng và mất mát giam giữ thấp [11, 12]; tiếp đó là nghiên cứu các sợi có diện tích hiệu dụng lớn và độ tán sắc âm cao; các PCF đơn mode dẫn sáng theo chiết suất có đường cong tán sắc siêu phẳng gần với đường tán sắc không trong phạm vi bước sóng rộng [13, 14]. Viện Khoa học Vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã nghiên cứu và chế tạo cảm biến quang học trên cơ sở tinh thể quang tử một chiều ứng dụng trong lĩnh vực sinh-hóa (năm 2015) [15]. Nhìn chung, các nghiên cứu trên hầu hết chỉ quan tâm đến các đại lượng đặc trưng của PCF mà chưa ứng dụng cho SCG. Đặc biệt, vào năm 2015, Trường Đại học Vinh đã thành lập nhóm nghiên cứu và bước đầu có các công bố về các đại lượng đặc trưng của PCF lõi đặc [16 - 23], tiếp đó là những công bố quốc tế về SCG trong các PCF với mạng lục giác (Hexagonal lattice – HL) [24 - 28]. Điểm chung của các nghiên cứu trong nước và trên thế giới tại thời điểm này là chỉ tập trung vào việc thiết kế PCF với mạng lỗ khí hình lục giác ở lớp vỏ quang tử. Đây là loại mạng phổ biến và đã được chế tạo trong thực tế với ưu điểm nằm ở các đường cong tán sắc phẳng và gần với đường tán sắc không nhưng chưa hỗ trợ nhiều cho các tính chất quang học khác. Một số
3 công trình nghiên cứu về HL cũng cho thấy phổ đầu ra khi sử dụng mạng này chưa được phẳng [29, 30]. Do đó, các cấu trúc mạng mới đã được giới thiệu nhằm khai thác triệt để những tiến bộ trong công nghệ sản xuất và khắc phục hạn chế của HL. Trong số đó, các PCF với mạng vuông (Square lattice – SL) giúp đạt được chế độ đơn mode trong vùng bước sóng rộng cũng như khả năng giảm thiểu mất mát [7, 31]. Mặt khác, các thiết kế PCF với mạng tròn (Circular lattice – CL) cũng được nghiên cứu nhằm đạt được độ phi tuyến cao [7], diện tích mode hiệu dụng nhỏ [7] và mất mát giam giữ thấp [32]. Việc thay đổi các loại mạng ở lớp vỏ PCF không chỉ cung cấp tính linh hoạt trong quy trình thiết kế mà còn cho phép điều khiển các đại lượng đặc trưng của chúng. Nói cách khác, mỗi một cấu trúc PCF khác nhau sẽ hỗ trợ các tính chất quang học khác nhau định hướng cho SCG. Chính vì vậy, một số nhóm nghiên cứu đã tiến hành so sánh đặc trưng của các loại mạng SL và HL [33], SL và CL [34], HL và CL [35] và SL, CL và HL [36] nhằm xác định cấu trúc ứng dụng hiệu quả nhất cho SCG. Gần đây, công trình nghiên cứu [37] đã phân tích đặc trưng tán sắc của PCF lõi đặc với ba loại mạng khác nhau bao gồm SL, HL và CL. Mặc dù đã điều khiển linh hoạt các đường cong tán sắc với việc bơm ethanol vào các lỗ khí ở lớp vỏ, tuy nhiên công bố này chưa nghiên cứu các đại lượng đặc trưng khác của PCF. Một hạn chế tiếp theo của công trình này là sử dụng chất nền silica. Sở dĩ nhiều nghiên cứu trước đây thường ưa chuộng silica làm chất nền bởi nó thông dụng, có độ trong suốt cao và độ tinh khiết đặc biệt trong vùng hồng ngoại gần, ngưỡng phá huỷ laser cao và dễ kéo sợi trong quy trình sản xuất [38 - 40]. Tuy nhiên, hạn chế của silica là hệ số chiết suất phi tuyến n2 thấp, đặc biệt là bị hấp thụ mạnh ở vùng hồng ngoại trung nên việc mở rộng phổ trong các PCF lõi silica bị giới hạn ở vùng bước sóng 2 µm.
4 Kể từ năm 2006, các nhóm nghiên cứu trên thế giới đã bắt đầu bơm các chất lỏng có chiết suất phi tuyến cao vào lõi rỗng của PCF thay cho lõi silica phi tuyến thấp [41, 42]. Nhờ độ phi tuyến và độ trong suốt cao của các chất lỏng, ta có thể thu được độ rộng phổ của ánh sáng SCG từ vùng ánh sáng nhìn thấy đến vùng hồng ngoại gần và hồng ngoại trung với năng lượng xung bơm thấp trong một mẫu sợi ngắn. Hơn nữa, độ nhạy của các đặc tính quang học của chất lỏng được chọn thông qua việc thay đổi nhiệt độ và áp suất cho phép kiểm soát dễ dàng các đại lượng đặc trưng của PCF lõi lỏng, từ đó giúp điều khiển sự tiến triển phổ theo thời gian của quá trình SCG [42]. Cho đến nay, một loạt các công trình về PCF lõi chất lỏng đã ra đời sử dụng nhiều loại chất lỏng khác nhau như carbon disulfide, carbon tetrachloride, chloroform, nitrobenzene, toluene, benzene, tetrachloroethylene, 1,2-dibromethane [26 - 28, 43 - 47]. Trong số đó, các công bố về PCF lõi carbon disulfide đã tăng cường hiệu quả của SCG bởi carbon disulfide có độ trong suốt cao từ vùng khả kiến đến hồng ngoại trung ngoại trừ vùng phổ hẹp ở gần bước sóng 4,6 µm và 6,6 µm. Hệ số chiết suất phi tuyến của carbon disulfide tương đương với hệ số chiết suất phi tuyến của thủy tinh mềm và phụ thuộc vào thời gian của laser kích thích, chẳng hạn bằng 3⨯10-19 m2/W với xung laser cực ngắn (