BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
----------------------------
NGUYỄN THỊ MỸ AN
NGHIÊN CỨU MÔI TRƯỜNG HOẠT CHẤT LASER MÀU
HỮU CƠ PHA TẠP HẠT NANO VÀNG DÙNG CHO LASER
PHẢN HỒI PHÂN BỐ PHÁT XUNG NGẮN
Chuyên ngành: Quang học
Mã số: 9440110
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ
Hà Nội – 2019
Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ
- Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Đỗ Quang Hòa
Người hướng dẫn khoa học 2: TS. Nghiêm Thị Hà Liên
Phản biện 1: …
Phản biện 2: …
Phản biện 3: ….
Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp
Học viện, họp tại Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam vào hồi … giờ ..’, ngày … tháng
… năm 201….
Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Laser màu phát xung ngắn đã trở thành các công cụ không thể
thiếu tại các phòng thí nghiệm trong và ngoài nước. Mặc dù vậy, các
nghiên cứu phát triển môi trường hoạt chất có khả năng hoạt động laser
vẫn đang là một chủ đề hấp dẫn đối với các phòng thí nghiệm quang
học và quang tử. Bên cạnh đó, thành tựu nghiên cứu vật liệu có cấu
trúc nano đã và đang mang lại nhiều ứng dụng trong khoa học và đời
sống. Đặc biệt, các hạt nano vàng có kích thước khác nhau đã và đang
là đối tượng hấp dẫn nhờ các đặc điểm nổi bật của nó. Ý tưởng nghiên
cứu, chế tạo môi trường hoạt chất lý tưởng cho một buồng cộng hưởng
(BCH) laser màu từ hỗn hợp chất màu laser với các hạt kim loại có
kích thước nano-mét đã được thực hiện.
Mục tiêu nghiên cứu:
Chế tạo và khảo sát các tính chất quang của môi trường hoạt
chất pha tạp nano vàng trên nền polymer PMMA để sử dụng hiệu quả
tạo ra laser màu phản hồi phân bố có xung ngắn picô-giây.
Nội dung nghiên cứu:
Để đạt được mục tiêu trên, các nội dung sau sẽ lần lượt được
nghiên cứu:
- Nghiên cứu chế tạo môi trường hoạt chất laser màu lai tạp
nano vàng ở trạng thái rắn.
- Khảo sát các tính chất quang học của môi trường chất màu
laser pha tạp nano vàng.
- Xây dựng mô hình tính toán động học tiến trình phát bức xạ
laser xung phản hồi phân bố sử dụng môi trường hoạt chất pha tạp.
- Thử nghiệm hệ laser màu xung ngắn sử dụng môi trường
hoạt chất pha tạp nano vàng.
2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LASER MÀU, CHẤT MÀU
HUỲNH QUANG HỮU CƠ, HẠT NANO VÀNG
1.1. Laser màu
Laser màu hữu cơ là laser sử dụng các phân tử màu hữu cơ
làm môi trường hoạt chất. Các chất màu này chứa các liên kết đôi liên
hợp với các nhóm chức nhất định có khả năng hấp thụ mạnh ánh sáng
trong vùng tử ngoại và vùng nhìn thấy.
Luận án lựa chọn chất màu DCM (4-(Dicyanomethylene)-2-
methyl-6-(4-dimethylaminostyryl)-4H-pyran) để nghiên cứu do các
tính chất đặc biệt của nó như: Phân tử màu loại này vừa mang đặc tính
của chất cho (donor) vừa mang đặc tính của chất nhận (acceptor) nên
có dải phổ phát quang khá rộng (~ 100 nm) trong vùng phổ nhìn thấy.
Chất màu DCM có phổ hấp thụ mạnh ở vùng bước sóng ngắn hơn
bước sóng cộng hưởng plasmon của các hạt nano vàng, phù hợp với
nghiên cứu môi trường hỗn hợp chất màu và các hạt nano vàng. Mặt
khác, các laser có các yếu tố lọc lựa bước sóng có thể dễ dàng lựa chọn
một cách liên tục các bước sóng theo yêu cầu trong vùng phổ phát xạ
của DCM.
1.2. Tính chất quang của vật liệu nano kim loại, nano vàng
Các vật liệu có cấu trúc nano-mét có đặc tính đặc biệt. Với kích
thước này (nhỏ hơn bước sóng ánh sáng tử ngoại – khả kiến), các qui
luật của quang học cổ điển để giải thích các hiện tượng như sự cầm
giữ ánh sáng, tán xạ... không còn thỏa mãn. Sự dao động cộng hưởng
của đám mây điện tử trên bề mặt của các hạt nano (plasmon bề mặt -
SPR) được áp dụng để giải thích sự giam giữ lượng tử và hiệu ứng
lượng tử của vật liệu nano.
Tại bề mặt tiếp giáp giữa vật liệu kim loại cấu trúc nano-mét
với môi trường điện từ, hiệu ứng plasmon bề mặt tồn tại trong không
gian nhỏ hơn nhiều so với trong vật liệu quang học thông thường. Mặt
3
khác, các hạt nano kim loại lại có khả năng tác động mạnh lên tính
chất quang của môi trường như một “anten” thu - phát. Ví dụ, một hạt
nano kim loại quý có đường kính 10 nm có hệ số tắt cỡ 107 M-1cm-1,
hoặc có giá trị khoảng lớn hơn hai bậc so với giá trị điển hình của chất
màu laser hữu cơ.
1.3. Laser màu xung ngắn
1.3.1. Cơ chế hoạt động của laser màu
Laser màu hoạt động trên môi trường có hai mức năng lượng
laser trên – dưới có độ rộng lớn có thể phát băng rộng.
1.3.2. Một số cấu hình laser màu phát xung pico-giây: mục này giới
thiệu một số cấu hình phát xung laser màu pico-giây.
1.3.3. Laser màu phản hồi phân bố
Laser phản hồi phân bố (DFB) có buồng cộng hưởng không
gương phản xạ mà dựa trên hiệu ứng phản xạ Bragg.
Hiện tượng cộng hưởng quang học khi chùm sáng lan truyền
trong một môi trường có chu kỳ biến điệu độ khuếch đại và chiết suất
phù hợp với bước sóng phản xạ tạo nên các bức xạ laser.
Các đặc điểm của laser DFDL
* Khả năng điều chỉnh liên tục bước sóng
* Độ đơn sắc cao
* Phát xung laser ngắn
Sơ đồ hoạt động
Hệ vân giao thoa
Laser L
Laser L
pp
z
L
Biến điệu gain
)()( tT
T
n
tn
Laser ra Laser ra