Đang tải... (xem toàn văn)
Tinh thể quang tử
Photonic Tinh thể quang tử 1. Một số khái niệm về tinh thể lượng tử ánh sáng 2. Cách thức tạo ra một band tinh thể tử ánh sáng và tính chất quang học của nó. 3. Một số tính năng quan trọng của tinh thể quang tử 4. Phương pháp chế tạo các tinh thể lượng tử ánh sáng khác nhau(1D,2D,3D) 5. Chỉ ra cách tạo ra các khuyết tật có hình dạng và kích thước khác nhau trong tinh thể lượng tử ánh sáng 6. Tinh thể phi tuyến trong lượng tử ánh sáng 7. Tính năng của từng loại tinh thể lượng tử ánh sáng 8. Mô tả ứng dụng của tinh thể lượng tử ánh sáng trong truyền thông tin quang. 9. Ứng dụng chung của tinh thể lượng tử ánh sáng trong môi trường,hóa chất,cảm biến sinh học Giới thiệu • Cung cấp chi tiết lớp bảo vệ của tinh thể quang tử • Tinh thể quang tử biểu diễn cho một lớp vật liệu quang mà ở dó xen kẽ chỉ số khúc xạ thấp và cao để tạo ra cấu trúc có tính chu kỳ với bước sóng ánh sáng • Lĩnh vực này đang được nghiên cứu trên toàn thế giới và lời hứa cho nhiều công nghệ trong tương lai. 1.Khái niệm cơ bản • Các tinh thể lượng tử ánh sáng được sắp xếp theo cấu trúc nano với hằng số điện môi thay đổi hay là chỉ số khúc xạ được bố trí một cách tuần hoàn theo thứ tự của bước sóng ánh sáng. 3D:là các mặt cầu được sắp xếp theo cả mặt và khối 2D:tạo ra bằng cách chồng các khối trụ có chỉ số khúc xạ đã cho 1D : cấu trúc gồm các lớp xen kẽ có chỉ số khúc xạ khác nhau được xếp chồng lên nhau • Trong cấu trúc tinh thể quang thông thường thì giữa các chỉ số khúc xạ cao và thấp sẽ tạo ra khoảng trống. • Nếu đóng gói các hạt keo trong cấu trúc này thì gọi là các opal • Để sản xuất ra các opal nghịch đảo trong lĩnh vực đóng gói rỗng(chỉ số khúc xạ của không khí =1) và khoảng trống được làm đầy với vật liệu có chiết suất cao(>2.9) • Đóng gói hình cầu polystyrene và điền vào khe hở loại vật liệu có chỉ số khúc xạ cao(GaP=3.5).Sau đó polystyrene được đốt nóng để lại lỗ khí • Nếu đóng gói bằng silica thì ta sử dụng khắc HF trên sản phẩm để tạo ra opal nghịch đảo 2.Lý thuyết tạo ra tinh thể quang tử • Cấu trúc band của tinh thể quang tử có thể xác định được tính chất quang học của nó( truyền tải,phản xạ,phụ thuộc góc). • Cấu trúc bandgap(vùng cấm) của lượng tử ánh sáng được xác định qua các định luật và nó cũng đúng với thực nghiệm -tạo ra tinh thể quang tử mong muốn và phù hợp với từng ứng dụng • Nhiều phương pháp xác định cấu trúc dải quang tử Phương pháp xác định cấu trúc dải phân tử • !"#$%&'%%&()* • +,-&.,-/-,01234-5 678-9&:;<-=.<>36?@A1,- sang 7%B phương pháp ,-C=DBEF@G'G @G'G!@AHGIAAAH'AHG-* • Tính toán quá trình truyền theo thời gian của các sóng điện từ bằng cách rời rạc hóa trực tiếp từ phương trình Maxwell. • S J+<0/-%-KLAFF-3M<NJ+<0OP6 +M,01+,- hiện tại đến +,-5M A7 +M4BP2FQ96BPB=3:7 "#$%!"F-A#-2A$K-%A=* [...]... làm tinh thể quang tử • Sợi tinh thể quang tử được thiết kế để tạo nên sự phân tán vận tốc nhóm không cho truyền thông quang • Tinh thể quang tử được dùng để tăng cường hiệu ứng quang phi tuyến Sợi tinh thể quang tử là một tinh thể quang tử hai chiều với một mảng các lỗ khí rất nhỏ dọc theo chiều dài Một sợi tinh thể quang tử có lõi đặc làm bởi vật chất quang phi tuyến,có thể tăng cường độ phi tuyến... tính chất của tinh thể quang tử sợi tinh thể quang tử có nhiều tính chất mà những sợi quang học trước đây không thể có được - Việc thiết kế sợi tinh thể quang tử rất linh động, có một vài thông số cho việc thết kế như: bước nhảy mạng (chu kỳ mạng), h.nh dạng lỗ hổng không khí và đường kính của nó, chiết suất của thuỷ tinh và loại mạng - có hai kỹ thuật truyền dẫn trong sợi tinh thể quang tử : một là... các tinh thể blue và green 7 Sợi tinh thể quang tử • Sợi tinh thể quang tử : - Là sợi có cấu trúc tuần hoàn được làm bằng các ống nhỏ (như ống mao dẫn) Những lỗ trống được chứa đầy không khí và nó có hình dạng giống mạng lục giác - Ánh sáng có thể truyền dọc theo sợi bên trong những lỗ khuyết của cấu trúc tinh thể - Sợi tinh thể quang tử là một loại mới của sợi quang học Kết hợp tính chất của sợi quang. .. Những đặc tính quang như truyền,phản xạ và góc phụ thuộc vào tinh thể quang tử, được xác định bởi cấu truc dải • • Cấu trúc dải của tinh thể quang tử định nghĩa bởi một phần những tần số của những vector sóng của chúng ngược lại với photon,phụ thuộc vào chiết suất tương phản,chu kì,và topo của tinh thể quang tử Cấu trúc dải của tinh thể quang tử có thể được tính bởi những kĩ thuật và chương trình,trong cả... các tinh thể lượng tử ánh sáng 3D polystyrene (a) hình ảnh hai photon huỳnh quang (sử dụng kích thích 800 nm) chế tạo cấu trúc cách tử (b) hình ảnh một huỳnh quang đồng tiêu của photon chế tạo chùm 1X3 trong khu vực nhánh 5 Mạch quang lượng tử ánh sáng 6 Tinh thể quang tử phi tuyến • Ta có hai tinh thể photonic bao gồm các khối cầu polystyrene,tạo thành một cấu trúc lập phương tâm diện,đó là tinh thể. .. như một gói sóng quang học truyền trong một phương tiện và phân tán vận tốc nhóm như một hàm của tần số ánh sáng Các đặc điểm của tinh thể quang tử( tiếp) Các đặc điểm của tinh thể quang tử( tiếp) • Phân tán chỉ số khúc xạ bất thường: khi gần vùng hấp thụ quang thì chỉ sổ số khúc xạ xảy ra bất thường(xuất hiện các đường congkhông tăng theo bước sóng) Các đặc điểm của tinh thể quang tử( tiếp) • Hiệu ứng... sóng này không thể truyền qua tinh thể quang tử Nếu chiết suất tương phản lớn sẽ gây ra sự cố định photon hoàn toàn.Loại tinh thể quang tử này được gọi là photonic band gap material Nếu chiết suất tương phản không lớn thì chỉ xảy ra sự cố định photon giả.Trường hợp này bandgap được định nghĩa là pseudo-gap hay stop-gap • • Tinh thể quang tử bao gồm các topo : 1D,2D,3D • Những đặc tính quang như truyền,phản... bẻ cong ánh sáng mà không tổn hao đáng kể,đây chính là ưu điểm đáng kể của tinh thể quang tử Sử dụng sợi tinh thể quang tử còn có thể đạt được sự phân tán vận tốc nhóm 0 tới dải bước sóng được nói đến ở mục 9.7,do đó tần số sóng mang không bị giới hạn trong miền từ 1.3 um đến 1.55 um Đặc tính lọc dải hẹp của tinh thể quang tử có ích trong WDM (Wavelength Division Multiplexing ).Tăng cường độ dịch pha... khối cầu polystyrene,tạo thành một cấu trúc lập phương tâm diện,đó là tinh thể blue và tinh thể green: - Tinh thể blue : cấu tạo bởi các khối cầu đường kính 198 nm - Tinh thể green : cấu tạo bởi các khối cầu đường kính 228 nm • Chiếu chùm tia laser có bước sóng lần lượt là 1.36 um và 1.56 um vào tinh thể blue và tinh thể green,ta quan sát thấy một chùm tia bước sóng harmonic thứ ba trong cả truyền và... của PCF xung quanh lỗ không khí Sợi tinh thể quang tử lõi đặc và lõi rỗng • Sự phân tán vận tốc nhóm 0: - Những cáp đặc biệt được chế tạo với sự phân tán nhóm 0 gần 1550 nm - Có thể thiết kế sợi với sự phân tán vận tốc nhóm 0 tại bất kì bước sóng nào được chọn giữa 550 nm và 1.7um 8 .Tinh thể quang tử và truyền thông quang • • • Tinh thể photonic có thể được sử dụng để lưu giữ và truyền ánh sáng.Việc . Photonic Tinh thể quang tử 1. Một số khái niệm về tinh thể lượng tử ánh sáng 2. Cách thức tạo ra một band tinh thể tử ánh sáng và tính chất quang học của nó. 3. Một số tính năng quan trọng của tinh thể. của tinh thể lượng tử ánh sáng trong môi trường,hóa chất,cảm biến sinh học Giới thiệu • Cung cấp chi tiết lớp bảo vệ của tinh thể quang tử • Tinh thể quang tử biểu diễn cho một lớp vật liệu quang. tạo ra tinh thể quang tử • Cấu trúc band của tinh thể quang tử có thể xác định được tính chất quang học của nó( truyền tải,phản xạ,phụ thuộc góc). • Cấu trúc bandgap(vùng cấm) của lượng tử ánh