ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------
PHAN ĐÌNH THẮNG
PHÁT XUNG QUANG HỌC ĐA SẮC
BẰNG PHƢƠNG PHÁP
RAMAN – TRỘN BỐN SÓNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Hà Nội, 2017
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
------
PHAN ĐÌNH THẮNG
PHÁT XUNG QUANG HỌC ĐA SẮC
BẰNG PHƢƠNG PHÁP
RAMAN – TRỘN BỐN SÓNG
CHUYÊN NGÀNH : QUANG HỌC
Mã số : 60440109
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. HOÀNG CHÍ HIẾU
TS. NGUYỄN MẠNH THẮNG
Hà Nội, 2017
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Hoàng Chí Hiếu,
TS. Nguyễn Mạnh Thắng là những người trực tiếp hướng dẫn tôi, tạo mọi điều kiện
thuận lợi để tôi có thể thực hiện và hoàn thành luận văn này.
Tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc tới GS. Totaro Imasaka tại phòng thí
nghiệm Center of Future Chemistry, Division of International Strategy, Kyushu
University, Nhật Bản. Đã tạo điều kiện để tôi thực hiện các thí nghiệm và nghiên
cứu trong luận văn này. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS. Vũ Dương đã
giúp đỡ tôi rất nhiều trong các nghiên cứu của tôi.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô cùng toàn thể các cán bộ, nghiên
cứu sinh, học viên cao học và sinh viên thuộc Bộ môn Quang lượng tử đã nhiệt tình
ủng hộ và giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn.
Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các cán bộ, chuyên viên của các phòng ban
trong nhà trường và Khoa Vật lý đã hướng dẫn, tạo điều kiện để tôi nhanh chóng
hoàn thành mọi thủ tục bảo vệ.
Cuối cùng, tôi xin được gửi lòng biết ơn đến gia đình và người thân đã luôn
ủng hộ, tin tưởng và động viên tôi trong suốt quá trình học tập và công tác.
Hà Nội, ngày 20 tháng 7 năm 2017
Học viên cao học
Phan Đình Thắng
Mục lục
DANH MỤC HÌNH VẼ .............................................................................................. i
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................ v
DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ TỪ VIẾT TẮT ........................................................... vi
Mở đầu ........................................................................................................................ 1
1.1. Quang học phi tuyến ................................................................................... 3
1.2. Hiệu ứng quang học phi tuyến bậc hai ........................................................ 8
Hiệu ứng phát hòa ba bậc hai .............................................................................. 8
Hiệu ứng phát tần số tổng và tần số hiệu .......................................................... 11
Phát khuếch đại thông số quang học ................................................................. 12
1.3. Hiệu ứng quang phi tuyến bậc ba. ............................................................. 13
1.3.1. Hiệu ứng Kerr .................................................................................... 14
1.3.2. Hiện tượng tự điều biến pha .............................................................. 15
1.3.3. Hiện tượng điều biến pha chéo .......................................................... 17
1.3.4. Hiện tượng trộn bốn sóng .................................................................. 18
Phát hòa ba bậc ba (THG) ................................................................................. 20
Phát hiệu tần số trộn bốn sóng (FWDFM) ........................................................ 20
Trộn bốn sóng suy biến (DFWM) ..................................................................... 21
1.4. Nghiên cứu phát xung quang học đa bước sóng bằng hiệu ứng Raman –
Trộn bốn sóng. ...................................................................................................... 22
1.4.1. Tổng quan phát xung quang học đa bước sóng bằng hiệu ứng
Raman-trộn bốn sóng ........................................................................................ 23
1.4.2. Raman-trộn bốn sóng trong môi trường khí hydro ........................... 27
1.4.2.1. Các mức năng lượng dao động - quay của phân tử hydro ............. 28
1.4.2.2. Raman-trộn bốn sóng trong môi trường khí hydro ........................ 33
1.4.3. Điều kiện hợp pha ............................................................................. 34
Điều kiện phù hợp pha trong sợi quang rỗng (hollow fiber or capillary): .... 41
Chương 2. THỰC NGHIỆM ..................................................................................... 44
2.1. Raman- trộn bốn sóng sử dụng hai xung bơm .......................................... 44
2.1.1. Xung bơm trong vùng hồng ngoại gần .............................................. 44
2.1.2. Xung bơm trong vùng tử ngoại gần .................................................. 45
2.2. Raman – trộn bốn sóng sử dụng ba xung bơm.......................................... 47
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................ 50
3.1. Hiệu suất kết nối và truyền xung laser trong sợi rỗng .............................. 50
3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới phát Raman – trộn bốn sóng và các
điều kiện tối ưu. ..................................................................................................... 51
3.2.1. Tác động của tự điều biến pha và điều biến pha chéo. ...................... 51
3.2.2. Sự ảnh hưởng của thời gian trễ các xung bơm lên quá trình Raman –
trộn bốn sóng ..................................................................................................... 59
3.3. Hiệu suất phát Raman – Trộn bốn sóng phụ thuộc theo môi trường ........ 62
3.3.1. Trộn bốn sóng trong môi trường không khí ............................................ 62
3.3.2. Hiệu suất phát Raman – Trộn bốn sóng trong môi trường khí hydro
67
3.3.2.1. Ống kín chứa khí hydro ................................................................... 67
3.3.2.2. Hiệu suất phát Raman – Trộn bốn sóng trong sợi rỗng ................. 73
KẾT LUẬN ............................................................................................................... 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 81