BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NINH VĂN QUYỂN ẢNH HƯỞNG CỦA VỊ TRÍ ĐẦU VÀO TỚI ĐẶC TRƯNG QUAN HỆ VÀO – RA CỦA TÍN HIỆU KHI TRUYỀN QUA GIAO THOA KẾ MICHELSON PHI TUYẾN Chuyên ngành: Quang học Mã số: 60.44.01.09 Luận văn thạc sĩ: Vật lý Vinh, tháng năm 2012 I LỜI CẢM ƠN Luận văn hoàn thành hướng dẫn khoa học TS Nguyễn Văn Hóa Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến quý thầy giáo dẫn dắt tận tình động viên trình thực với lòng người thầy tinh thần đầy tránh nhiệm khoa học nhà nghiên cứu, gúp nâng cao kiến thức, nghị lực, phát huy sáng tạo hoàn thành luận văn Tôi xin cảm ơn sâu sắc tới quý thầy PGS.TS Hồ Quang Quý, Ban giám hiệu Trường Đại học Vinh, Đại học Sài Gòn quý thầy cô khoa Vật lí khoa Sau đại học đóng góp ý kiến khoa học bổ ích cho nội dung luận văn, tạo điều kiện tốt thời gian học tập thực nghiên cứu trường Tôi xin cảm ơn đến Ban Giám Đốc Cơ sở Trường Đại học Lâm Nghiệp, Ban lãnh đạo Ban Khoa học Cơ Ban chức khác trường giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi trình học tâp làm luận văn Cuối xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân bạn bè quan tâm, động viên giúp đỡ trình học tập làm luận văn II MỤC LỤC Trang Bìa phụ .I III MỞ ĐẦU Trong năm gần linh kiện lưỡng ổn định dựa nguyên lí hoạt động giao thoa kế quang học: Fabry-Perot, Mach-Zenhder, Michelson … nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu [1, 2, 3,…] Với việc dùng môi trường phi tuyến tín hiệu ánh sáng Laser với việc lựa chọn tham số cấu trúc phù hợp Giao thoa kế cổ điển hoạt động linh kiện lưỡng ổn định quang học khẳng định [….] Khi công nghệ Nano sợi quang phát triển giao thoa kế quang có kích thước lớn trước rút gọn nhiều linh kiện ứng dụng nhiều thiết bị điện tử số Do cấu tạo phức tạp (so với Giao thoa kế khác) việc tính toán cài đặt thí nghiệm kiểm chứng tương đối khó khăn nên việc nghiên cứu linh kiện lưỡng ổn định sở Giao thoa kế Michelson phi tuyến quan tâm nghiên cứu không nhiều công trình liên quan tới Giao thoa kế không nhiều Trong năm gần việc khảo sát đặc trưng lưỡng ổn định Giao thoa kế Michelson phi tuyến xuất luận án luận văn nghiên cứu sinh học viên cao học Đại học Vinh [……] số báo công bố tạp chí hội thảo Trong công trình tác giả khẳng định chọn tham số phù hợp quan hệ vào-ra cường độ tín hiệu qua Giao thoa kế Michelson phi tuyến có đặc trưng lưỡng ổn định; đồng thời tác giả quan tâm nhiều tới vai trò hệ số phản xạ gương, hệ số truyền qua chia, hệ số hấp thụ ảnh hưởng pha ban đầu; nhiên Chúng thấy vị trí đầu vào tín hiệu có vai trò lớn, có ảnh hưởng nhiều tới đặc trưng quan hệ vào-ra tín hiệu chưa quan tâm mức Vì “Ảnh hưởng vị trí đầu vào tới đặc trưng quan hệ vào-ra tín hiệu truyền qua Giao thoa kế Michelson phi tuyến ” chọn làm đề tài nghiên cứu luận văn tốt nghiệp thạc sĩ mình, nhằm nghiên cứu cách có hệ thống vai trò tham số tới hiệu ứng lưỡng ổn định quang học mở rộng cho trường hợp đặc biệt GTK Michelson phi tuyến Hy vọng có phát làm phong phú thêm ứng dụng giao thoa kế Michelson Chương 1: TỔNG QUAN VỀ LƯỠNG ỔN ĐỊNH QUANG HỌC 1.1 Hiệu ứng lưỡng ổn định quang học Lưỡng ổn định quang học (Optical Bistability-OB) tượng mà xuất trạng thái quang học ổn định hệ thống quang học trạng thái quang học vào [7] Nói cách khác, tượng tồn phụ thuộc kiểu trễ đặc trưng quang học vào-ra hệ Nguyên nhân gây tượng thay đổi đột biến trạng thái vật lý hệ điều kiện vật lý (các tham số thiết kế) biến đổi giới hạn định 1.2 Nguyên lý ổn định quang học Hai nhân tố quan trọng cần thiết để tạo nên lưỡng ổn định quang học tính phi tuyến (nonlinearity) phản hồi ngược (feedback) Hai nhân tố hoàn toàn thiết kế quang học Khi tín hiệu quang học từ môi trường phi tuyến (phần tử phi tuyến) lái trở lại (sử dụng gương phản xạ) sử dụng để điều khiển khả truyền ánh sáng môi trường đặc trưng lưỡng ổn định xuất Ta xem xét hệ quang học tổng quát hình 1.1 Nhờ trình phản hồi ngược, cường độ Ira cách điều khiển hệ số truyền qua ℑ hệ, cho ℑ hàm phi tuyến ℑ = ℑ (Ira) Do I = ℑI vao nên: I Ivao = ℑ( I ) (1.1) Là quan hệ vào-ra hệ lưỡng ổn định ℑ( I ) Ivao Ira Hình 1.1 Hệ quang học hệ số truyền qua hàm cường độ Ira Khi ℑ = ℑ( I ) hàm không đơn điệu, có dạng hình chuông (hình 1.2a), Ivào hàm không đơn điệu I (hình1.2b) Như Ira hàm nhiều biến Ivào (hình 1.2c) ℑ( I ) Ivào Ira Ivào Ira Hình 1.2a Ira Hình 1.2b I1 I2 Hình 1.2c Rõ ràng hệ có đặc trưng lưỡng ổn định Với cường độ vào nhỏ (IvàoI2), giá trị vào ứng với giá trị Trong vùng trung gian I1< Ivào (1.2) − Trong no chiết suất trường yếu thông thường n2 số quang (còn gọi số khúc xạ bậc 2) Từ (1.2) cho thấy chiết suất vật liệu tăng lên theo tăng cường độ Dấu ngoặc nhọn bao quanh E biểu diễn trung bình theo thời gian Ví dụ trường quang học có dạng < E (t)>=E(ω)e-iωt + c.c., (1.3) Thì < E (t)2> = E(ω)E(ω)* = 2E(ω)2 (1.4) Và tìm được: − n = n0 + n2 E(ω)2 (1.5) Công thức (1.2) (1.5) gọi hiệu ứng quang học Kerr trình suy luận dựa hiệu ứng quang điện Kerr, chiết suất vật liệu thay đổi tương ứng với bình phương cường độ môi trường Dưới tác động ánh sáng có cường độ lớn hiệu ứng phi tuyến xảy ánh sáng qua môi trường [3] Mỗi hiệu ứng phi tuyến gắn với thành phần phân cực cao môi trường Hiệu ứng Kerr gắn với thành phần phân cực bậc ba sau đây: PNL (ω) = 3χ(3)(ω= ω+ω-ω)E(ω)2 E(ω) (1.6) Trong ω tần số ánh sáng tương tác, E(ω) véctơ cường độ điện trường, χ3(ω) thành phần ten xơ bậc ba độ cảm phi tuyến môi trường Giả thiết hiệu ứng phi tuyến khác bỏ qua Để đơn giản, giả thiết ánh sáng phân cực tuyến tính bỏ qua số ten xơ χ(3) Khi phân cực tổng môi trường có dạng: PTONG(ω) = χ(1) E(ω) + 3χ(3) E(ω)2 E(ω) ≡ χeff E(ω) (1.7) χeff độ cảm hiệu dụng môi trường: χeff = χ(1) + 3χ(3) E(ω)2 (1.8) Ta biết rằng: n2 = + 4π χeff (1.9) nên từ (1.5),(1.8),(1.9) ta tìm được: − [ n0 + n2 E(ω)2 ]2 = + 4πχ(1) + 12πχ(3) E(ω)2 (1.10) Triển khai công thức (1.10) bỏ qua thứ hạng vô bé bậc cao E(ω)2 ta được: − n + 4n0 n E(ω)2 = (1 + 4πχ(1)) + (12πχ(3) E(ω)2 ) (1.11) 2 Như coi : n0 = (1 + 4πχ(1))1/2 (1.12) chiết suất tuyến tính 3πχ ( 3) n2 = n − (1.13) hệ số chiết suất phi tuyến môi trường Khi tính toán hoàn toàn giả định chiết suất đo sử dụng chùm laser đơn sắc (hình 1.4a) Bằng cách khác tìm phụ thuộc chiết suất vào cường độ sử dụng chùm riêng rẽ thể hình 1.4b Ở có mặt chùm mạnh với biên độ E( ω) làm thay đổi chiết suất chùm yếu với biên độ E(ω') Độ phân cực phi tuyến tác động đến sóng có dạng: PNL(ω') = 6χ(3) ( ω'=ω' +ω-ω)E(ω)2 E(ω') (1.14) Chú ý hệ số suy giảm trường hợp giảm lần trường hợp chùm đơn phương trình (1.6) Thật với trường hợp chùm, hệ số suy giảm ω=ω', chùm sóng bắn từ nguồn bơm theo φ =-0.1*π;L2=0.001;L11=0.8*L2; L12=0.9*L2; L13=L2; L14=1.1*L2; L15=1.2*L2 ; R1=0.45;α =1000;λ=0.0000008; n2=0.0001;R2=0 Từ hình vẽ 2.4 ta thấy rằng: Đường cong tai biên giống mục 3.1.a.1&2 : Dạng đường cong thay đổi nhạy L thay đổi trường hợp Khi L1 thay đổi từ 0.8L2 lên 1.2L2 ngưỡng chuyển trạng thái thay đổi từ 550W/cm2 lên đến 650W/cm2 ngưỡng chuyển trạng thái từ xuống không thay đổi Nhưng R 2=0 thay đổi Ivào lớn nhận Ira nhỏ R1=0 lớn R1#0 tương tự hiệu suất Ira với Ivào 3.1.b Đối với ánh sáng truyền qua (đi từ gương M2): 3.1.b.1 Trường hợp R1#0, R2#0 (Đầy đủ gương) φ =-0.1*π;L2=0.001;R1=0,45;α=1000;λ=0.0000008; n2=0.0001;R2=0.5 : Cho L1 thay đổi L1= 0.8L2, 0.9L2, L2, 1.1L2, 1.2L2 ta thu đường đặc trưng lưỡng ổn định giao thoa kế đồ thị Hình 2.5 [W/cm2] Iout L15 = 1.2L2 L11 = 0.8L2 200 400 Hinh 2.5 44 600 I in[W/cm2] φ =-0.1*π; L2=0.001;L11=0.8*L2; L12=0.9*L2; L13=L2; L14=1.1*L2; L15=1.2*L2 ; R1=0.45;α =1000;λ=0.0000008; n2=0.0001;R2=0.5 :Từ hình vẽ 2.5: Dạng đường cong thay đổi nhạy L1 thay đổi trường hợp Khi L1 thay đổi từ 0.8L2 lên 1.2L2 ngưỡng chuyển trạng thái thay đổi từ 300W/cm2 lên đến 350W/cm2 ngưỡng chuyển trạng thái từ xuống không thay đổi giống mục 3.1.a.1 Iout nhỏ Ira hiệu suất nhỏ 3.1.b.2 Trường hợp bỏ gương M1 (R1=0) φ =-0.1*π; L2=0.001;R1=0;α=1000;λ=0.0000008; n2=0.0001;R2=0.5 : Cho L1 thay đổi L1= 0.8L2, 0.9L2, L2, 1.1L2, 1.2L2 ta thu đường đặc trưng lưỡng ổn định giao thoa kế đồ thị Hình 2.6 [W/cm2] Iout 15 12.5 L15 = 1.2L2 10 L11 = 0.8L2 7.5 2.5 100 200 300 Hinh 2.6 45 400 I in[W/cm2] φ =-0.1*π;L2=0.001;L11=0.8*L2; L12=0.9*L2; L13=L2; L14=1.1*L2; L15=1.2*L2 ; R1=0.45;α =1000;λ=0.0000008; n2=0.0001;R2=0.5 Từ hình vẽ 2.6: Dạng đường cong thay đổi nhạy L thay đổi trường hợp Khi L1 thay đổi từ 0.8L2 lên 1.2L2 ngưỡng chuyển trạng thái thay đổi từ 250W/cm2 lên đến 300W/cm2 ngưỡng chuyển trạng thái từ xuống không thay đổi giống mục 3.1.a.2 , thay đổi Iout lại nhỏ Ira hiệu suất nhỏ 3.1.b.3 Trường hợp bỏ gương M2 (R2=0) φ =-0.1*π;L2=0.001;R1=0,45;α=1000;λ=0.0000008; n2=0.0001;R2=0 : Cho L1 thay đổi L1= 0.8L2, 0.9L2, L2, 1.1L2, 1.2L2 ta thu đường đặc trưng lưỡng ổn định giao thoa kế đồ thị Hình 2.7 [W/cm2] Iout 35 30 L15 = 1.2L2 25 20 L11 = 0.8L2 15 10 200 400 600 800 1000 I in[W/cm2] Hinh 2.7 φ =-0.1*π; L2=0.001;L11=0.8*L2; L12=0.9*L2; L13=L2; 46 R1=0.45;α =1000;λ=0.0000008; n2=0.0001;R2=0.5 L14=1.1*L2; L15=1.2*L2 ; Từ hình vẽ 2.7: Dạng đường cong thay đổi nhạy L thay đổi trường hợp Khi L1 thay đổi từ 0.8L2 lên 1.2L2 ngưỡng chuyển trạng thái thay đổi từ 550W/cm2 lên đến 650W/cm2 ngưỡng chuyển trạng thái từ xuống không thay đổi giống mục 3.1.a.3 , thay đổi Iout lại lơn Ira cho hiệu suất lớn 2.3.2 GTK với môi trường phi tuyến chiếm nửa không gian gương 3.2.a Đối với ánh sáng phản xạ (đi từ gương M1): 3.2.a.1 Trường hợp R1#0, R2#0 (Đầy đủ gương) φ0 = 0; L2=0.001;R1=0.1;α=2000;λ=0.00000085; n2=0.0001;R2=0.5 ; Cho L1 thay đổi L1=0.8L2, 0.9L2, L2, 1.1L2, 1.2L2 ta thu đường đặc trưng lưỡng ổn định giao thoa kế đồ thị Hình 2.8 [w/cm2] Ira 175 L15 = 1.2 L2 125 100 L11 = 0.8 L2 75 50 25 100 200 300 47 400 Hình 2.8 500 600 Ivào[w/cm2] L2=0.0004;L11=0.8*L2; L12=0.9*L2; L13=L2; L14=1.1*L2; L15=1.2*L2 ; R1=0.1;α =1000;λ=0.00000085; n2=0.0001;R2=0.3 Từ hình vẽ 2.8 ta thấy :Với giá trị khác L 0,8L2 đến 1,2L2 đường cong lưỡng ổn định thay đổi rõ rệt với bước nhảy khác Điều khẳng định vị trí đầu vào đóng vai trò tham số tách quan trọng Ngưỡng chuyển trạng thái từ 260 W/cm xuống 200 W/cm2 tức vị trí thay đổi lớn ngưỡng chuyển trạng thái nhỏ xuất trạng thái lưỡng ổn định GTKMPT - Vị trí thay đổi lớn ngưỡng chuyển trạng thái nhỏ Điều giải thích sau Vị trí L1 lớn độ trễ pha tăng Kết tăng nhanh trình đạt độ lệch pha cần thiết hai nhánh để có thay đổi trạng thái -Như lựa chọn khác vị trí L cho ta đặc trưng lưỡng ổn định khác nhau, trạng thái lưỡng ổn định khác 48 3.2.a.2 Trường hợp bỏ gương M1 (R1=0) φ0 = 0; L2=0.001;R1=0;α=2000; λ=0.00000085; n2=0.0001;R2=0.3 ; Cho L1 thay đổi L1= 0.8L2, 0.9L2, L2, 1.1L2, 1.2L2 ta thu đường đặc trưng lưỡng ổn định giao thoa kế đồ thị Hình 2.9 [w/cm2 ] Ira 175 150 L15 = 1.2 L2 125 100 L11 = 0.8 L2 75 50 25 200 400 600 800 Ivào[w/cm2] Hình 2.9 L2=0.001;L11=0.8*L2; L12=0.9*L2; L13=L2; L14=1.1*L2; L15=1.2*L2 ; =1000;λ=0.00000085; n2=0.0001;R2=0.35 49 R1=0;α Từ hình vẽ 2.9 ta thấy :Với giá trị khác L 0.8L2 đến 1,2L2 đường cong lưỡng ổn định thay đổi rõ rệt với bước nhảy khác Điều khẳng định vị trí đầu vào đóng vai trò tham số tách quan trọng Ngưỡng chuyển trạng thái từ 450cm đến 350 W/cm2 tức vị trí thay đổi lớn ngưỡng chuyển trạng thái nhỏ, bước nhảy nhỏ R1#0 Nói chung tương tự mục 3.2.a.1 với cường độ Ivào giảm Ira giảm theo hiệu suất hiệu suất thấp R1#0 3.2.a.3 Trường hợp bỏ gương M2 (R2=0) φ0=0; L2=0.001;R1=0.1;α=2000;λ=0.00000085; n2=0.0001;R2=0; Cho L1 thay đổi L1= 0.8L2, 0.9L2, L2, 1.1L2, 1.2L2 ta thu đường đặc trưng lưỡng ổn định giao thoa kế đồ thị Hình 2.10 [w/cm2] Ira 140 120 100 L11 = L15 80 60 40 20 50 100 150 Hình 2.10 50 200 250 Ivào[w/cm2] L2=0.001;L11=0.8*L2; L12=0.9*L2; L13=L2; L14=1.1*L2; L15=1.2*L2 ; R1=0.1;α =1000;λ=0.00000085; n2=0.0001;R2=0 Từ hình vẽ 2.10 ta thấy :Với giá trị khác L 0,8L2 đến 1,2L2 đường cong lưỡng ổn định không thay đổi mà trùng với bước nhảy L1 khác Điều khẳng định vị trí đầu vào không đóng vai trò tham số tách quan trọng Ngưỡng chuyển trạng thái không thay đổi vị trí thay đổi Điều cho thấy cường độ Ivào Ira không phụ thuộc vào vị trí đầu vào gương M1 3.2.b Đối với ánh sáng truyền qua (đi từ gương M2): 3.2.b.1 Trường hợp R1#0, R2#0 (Đầy đủ gương) : [2,tr45&46] Trong kết khảo sát giới hạn tia sáng lý tưởng vào GTKMPT tâm M1 (x=y=L) Vậy với tia khác vào GTKMPT lệch tâm sao? Câu trả lời thể hình 2.11 51 Cường độ [w/cm2] Iout Iin Cường độ vào [w/cm2] Hình 2.11- Đặc trưng vào-ra GTKMPT với R1=64%, R2=84%, λ=1µm, n2=10-5cm2/W, L=1cm, α=0.47, ϕ0=-0.175π ; x/L=1, 0.95, 0.9, 0.85, 0.8 (y/L=1, 1.05, 1.1, 1.15 1.2) Hình 2.11 mô tả quan hệ cường độ vào-ra với tham số vị trí biến đổi (ví dụ x- nghĩa thay đổi vị trí vào) Từ hình 2.11 ta có nhận xét sau: 1) Các đường đặc trưng lưỡng ổn định thay đổi phụ thuộc vào vị trí đầu vào tia ánh sáng Mặc dù quãng đường nhánh phi tuyến (x+y=2L) số, cường độ ngưỡng chuyển trạng thái thay đổi phụ thuộc vào vị trí vào 2) Hơn cường độ chuyển mạch cao thay đổi chậm điểm vào xung quanh trung tâm chia cường độ chuyển trạng thái thấp thay đổi nhanh điểm vào cách xa trung tâm chia Như gần tâm đặc trưng lưỡng ổn định giống Điều giải thích sau: gần tâm sai khác quang lộ nhánh nhỏ (x≈y) kéo theo độ lệch pha hai nhánh nhỏ 52 Với lý giải giải thích cường độ vào cho giá trị cường độ khác gần tâm giá trị cường độ giống [w/cm2] Iout 3.2.b.2 Trường hợp bỏ gương M1 (R1=0) φ0 = 0; L2=0.0004;R1=0;α=2000;λ=0.00000085; n2=0.0001;R2=0.1 ; Cho L1 thay đổi L1= 1.05L2, 1.1L2, 1.15L2, 1.2L2, 1.25L2 40 ta thu đường đặc trưng lưỡng ổn định giao thoa kế đồ thị Hình 2.12 30 L11 = 1.05 L2 20 L15 = 1.25 L2 10 200 400 53 600 800 Hình 2.12 1000 1200 Iin[w/cm2] L2=0.0004;L11=1.05*L2; L12=1.1*L2; L13=1.15*L2; L14=1.2*L2; L15=1.52*L2 ; R1=0.15;α =1000;λ=0.00000085;n2=0.0001;R2=0.1 Từ hình vẽ 2.12 ta thấy : Những đường cong lưỡng ổn định thay đổi nhạy ngưỡng chuyển trảng thái lại cao L1 thay đổi Trong trường hợp này, L1 thay2 đổi từ 1,05L2 lên 1,25L2 ngưỡng chuyển trạng thái thay đổi từ [w/cm ] Iout lên 550W/cm2, L1 từ 1.05L2 lên 1.25L2 ngưỡng chuyển 500 W/cm trảng thái tăng theo hiệu suất thấp Như L1 đóng vai trò tham số tách đáng kể hoạt động GTKMPT R1 = không tia phản xạ từ M tham gia vào 40 khiển nên khó đặt ngưỡng chuyển trạng thái Iin trình điều L11 = 1.05 L2 3.2.b.3 Trường hợp bỏ gương M2 (R2=0) 30 φ0 = 0; L2=0.0004;R1=0.15;α=2000;λ=0.00000085; L = 1.25 L2 n2=0.0001;R2=0.1 ; Cho L1 thay15 đổi L1= 1.05L 2, 1.1L2, 1.15L2, 1.2L2,20 1.25L2 : ta thu đường đặc trưng lưỡng ổn định giao thoa kế đồ thị Hình 2.13 10 1000 2000 54 3000 Hình 2.13 4000 Iin[w/cm2] L2=0.0004;L11=1.05*L2; L12=1.1*L2; L13=1.15*L2; L14=1.2*L2; L15=1.52*L2 ; R1=0.15;α =1000;λ=0.00000085;n2=0.0001;R2=0.1 Từ hình vẽ 2.13 ta thấy : - Dạng đường cong lưỡng ổn định thay đổi nhạy L1 thay đổi Trong trường hợp này, L1 thay đổi từ 1,05L2 lên 1,25L2 ngưỡng chuyển trạng thái thay đổi từ 700 W/cm lên 800W/cm2, L13= 1.15L2 ngưỡng chuyển trảng thái đặt giá trị lớn có dạng hình parabol Như L1 đóng vai trò tham số tách đáng kể hoạt động GTKMPT, ngưỡng chuyển mức trạng thái nhỏ I lại lớn so với R1#0&R2#0 2.4 Kết luận Đề xuất giao thoa kế Michelson phi tuyến đóng với môi trường phi tuyến chiếm đầy không gian nửa không gian Trên sở lý thuyết quang hình 55 phương trình mô tả quan hệ vào-ra cường độ ánh sáng với với vị trí đầu vào qua gương M1 thiết lập Phương trình hoàn toàn đáng tin cậy đưa trường hợp đặc biệt Từ phương trình này, ảnh hưởng vị trí đầu vào lên đặc trưng lưỡng ổn định, mà chủ yếu ngưỡng nhảy I vao ổn định mô pháp số thảo luận Kết cho thấy, thay đổi vị trí đầu vào để thiết kế giao thoa kế Michelson phi tuyến có đặc trưng lưỡng ổn định theo ý muốn KẾT LUẬN CHUNG Giao thoa kế Michelson chứa đầy môi trường phi tuyến, nửa môi trường phi tuyến , ngăn chia hoạt động linh kiện lưỡng ổn định đề xuất khảo sát Sử dụng phần mềm Mathematica đề khảo sát Phương trình mô tả quan hệ vào cường độ ánh sáng ta đồ thị mô quan hệ vào cường độ ánh sáng GTKMPT Trên sở lựa chọn phù hợp tham số thiết kế như: Hệ số chiết suất phi tuyến, hệ số hấp thụ môi trường phi tuyến, hệ số phản xạ hai gương đặc biệt vị trí đầu vào thích hợp gương M để giao thoa kế hoạt động linh kiện lưỡng ổn định quang học Sử dụng phần mềm Mathematica xây dựng đồ thị biểu diễn quan hệ vào GTKMPT 56 Bằng đồ thị thảo luận lưỡng ổn định đề xuất phương án lựa chọn tham số thích hợp để định đến đặc trưng lưỡng ổn định hiệu suất cường độ ánh sáng vào giao thoa kế Michelson phi tuyến TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] N V Hoa, N V Long, “Đặc trưng lưỡng ổn định giao thoa kế Michelson phi tuyến không đối xứng”, Tạp Chí Nghiên cứu Khoa học Kỹ thuật & CN QS số (10-2011) [2] TS Nguyễn Văn Hoá, Đặc trưng lưỡng ổn định số giao thoa kế phi tuyến , luận án Tiến sĩ vật lý, ĐH Vinh, 2007 [3] Nguyễn Thế Bình , Quang học,NXB ĐHQG Hà Nội, 2006 [4] PGS TS H.Q.Quý, PGS.TS V.N Sáu , Vật lý laser quang phi tuyến ĐH Vinh, 1997 [44 P.N Hà, đặc trưng ổn định laser vòng có chứa vật liệu hấp thụ bão hoà , Luận án PTS Toán Lý, Hà Nội, 1985 57 [6].V.Đ.Lương, Nghiên cứu lý thuyết đặc trưng hệ laser chứa chất hấp thụ bão hoà với mô hình mức lượng, Luận án PTS Toán Lý, Hà Nội, 1993 [7] V.N.Sáu, ứng dụng lý thuyết tai biến vào số mô hình laser Luận án PTS ĐH Vinh,1996 Tiếng Anh [1] Nguyễn Văn Hoá, Nguyễn Văn Long, Hồ Quang Quý, “The Bistable Characteristic of Asymmetric Nonlinear Michelson Interferometer”- HNQHQP toàn quốc lần thứ [2] N V Hoa, H Q Quy, V N Sau, Commun.in Phys Vol 15, No.1 (2005) pp 6-12 [3] R W Boyd (1992), Nonlinear optics -Academic Press Inc 58 [...]... ứng dụng của giao thoa kế Milchelson phi tuyến cần đánh giá ẢNH HƯỞNG CỦA VỊ TRÍ ĐẦU VÀO TỚI ĐẶC TRƯNG QUAN HỆ VÀO RA CỦA TÍN HIỆU KHI TRUYỀN QUA GIAO THOA KẾ MICHELSON PHI TUYẾN (GTKMPT) Những vấn đề trên cũng là nội dung chính của luận văn sẽ được trình bày trong chương 2 Chương 2: ẢNH HƯỞNG CỦA VỊ TRÍ ĐẦU VÀO TỚI ĐẶC TRƯNG QUAN HỆ VÀO -RA CỦA TÍN HIỆU KHI TRUYỀN QUA GIAO THOA KẾ MICHELSON PHI TUYẾN... nghiên cứu tổng quan về linh kiện lưỡng ổn định quang học trên cơ sở giao thoa kế phi tuyến đã trình bày ở trên, chúng ta thấy rằng: 1 Có thể xây dựng phương trình vào- ra của giao thoa kế phi tuyến bằng phương pháp chồng chất truyền thống 2 Đặc trưng lưỡng ổn định và ảnh hưởng của các tham số lên hiệu ứng được khảo sát từ quan hệ vào- ra của cường độ qua linh kiện 3 Các giao thoa kế phi tuyến sẽ hoạt... TUYẾN 14 2 1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của giao thoa kế Michelson phi tuyến a/ Cấu tạo giao thoa kế Michelson phi tuyến Như đã giới thiệu ở chương I, một linh kiện lưỡng ổn định quang học (quang-quang) cần bảo đảm hai điều kiện: 1 Có thể tạo ra tín hiệu phản hồi ngược 2 Có môi trường phi tuyến Kerr (hoặc môi trường hấp thụ bão hoà) Cấu tạo của giao thoa kế Michelson cổ điển theo Hình 2.1 cấu tạo... cấu tạo của NFPI Trong mục này ta sẽ giới thiệu lý thuyết về hoạt động của giao thoa kế Fabry-Perot phi tuyến có tính đến sự hấp thụ tuyến tính Qua đây chúng ta tìm hiểu về các gần đúng mà các tác giả, giả thiết phương trình sóng và đưa ra hàm truyền Cấu tạo của giao thoa kế Fabry-Perot phi tuyến trình bày như hình 1.7 Sử dụng phương trình sóng trong quang học phi tuyến và giả thiết sóng phẳng truyền. .. khảo sát hệ vào- ra của cường độ ánh sáng khi qua GTKMPT 2 2 Phương trình quan hệ vào - ra của cường độ ánh sáng khi đi qua GTKMPT: 17 a/ Giao thoa kế Michelson chứa đầy môi trường phi tuyến: Cường độ ánh sáng chiếu vào gương M1 có phương trình: E0 = A0e ( i ωt −ϕ ) truyền qua M1 đi tới bản chia P, tại P có phương trình: 1 2 E1 = (1 − R1 ) A0 e δ1 = i ( ωt −ϕ+δ1 ) e 1 − αL1 2 2πnL1 là độ lệch pha của ánh... M2(R2) L Môi trường Kerr Ira Hình 2.1b: Sơ đồ cấu tạo của GTK Michelson phi tuyến với môi trường phi tuyến chứa b/ Nguyên lý động thoa( GTKMPT2) kế Michelson phi tuyến nửahoạt không gian của giữa giao các gương Từ giao thoa kế Michelson cổ điển gồm hai gương phản xạ 100% M 3 và M4 đặt vuông góc với nhau và một bản chia P có hệ số truyền qua là T chúng tôi đưa hai gương M1 và M2 có hệ số phản xạ thay đổi... là W/cm2 nên đơn vị của n2 là cm2/W Chúng ta tìm được  cm 2  W n2  0.0395 ( 3)  12π 2 7 ( 3) χ (esu )  = 10 χ (esu ) = 2 n02 n0  Lựa chọn môi trường Kerr với hệ số phi tuyến hợp lý đưa vào hệ quang và tạo ra hiệu ứng phản hồi ngược (feedback) ta sẽ nhận được một linh kiện lưỡng ổn định quang học toàn quang (All-Optical Bistable Device) Các hệ quang này chủ yếu là giao thoa kế, hoặc là cấu trúc... độ Ak) và sau đó gặp nhau ở đầu ra của giao thoa kế sk s3 s2 s1 Bởi vì các xuất phátI từ một Ivào≈sóng A02 thành phần ≈ [A +Anguồn, +…Ak]2 nên chúng sẽ kết ra 1 2 hợp khi hiệu quang trình chúnglýnhỏ kếtthoa hợp Hình 1.5 Sơ đồ miêugiữa tả nguyên hoạthơn độngđộ củadài giao kế Biên độ sóng ra 9 sẽ là tổng chồng chất (superposition) của tất cả các sóng thành phần, phụ thuộc vào biên độ Ak và pha ϕ k =... biên độ tổng phụ thuộc vào bước sóng Cường độ của ánh sáng ra được tính như sau: I ra ≈ ∑A 2 (1.22) k k Cường độ cực đại của sóng ra sẽ đạt được khi có sự tăng cường của tất cả các sóng thành phần Điều này dẫn đến điều kiện cho độ lệch quang trình như sau: ∆sik = si − s k = m λ , (m = 1,2,3 ) (1.23) Số sóng thành phần phụ thuộc vào cấu trúc của giao thoa kế, ví dụ giao thoa kế Michelson và Mach - Zehnder... GTKMPT là rất nhạy đối với sự thay đổi rất nhỏ của chiết suất mặc dù các hiệu ứng phi tuyến thông thường đòi hỏi cường độ ánh sáng tới rất cao mới làm thay đổi đáng kể đặc trưng của vật chất Với việc chọn các tham số của GTKMPT như là hệ số phản xạ của các gương, vị trí vào, độ dày và độ cảm phi tuyến bậc ba của môi trường phi tuyến và cường độ ánh sáng tới một cách hợp lý thì cường độ sẽ có dạng binary, ... CỦA VỊ TRÍ ĐẦU VÀO TỚI ĐẶC TRƯNG QUAN HỆ VÀO -RA CỦA TÍN HIỆU KHI TRUYỀN QUA GIAO THOA KẾ MICHELSON PHI TUYẾN 14 Cấu tạo nguyên lý hoạt động giao thoa kế Michelson phi tuyến a/ Cấu tạo giao thoa. .. thụ ảnh hưởng pha ban đầu; nhiên Chúng thấy vị trí đầu vào tín hiệu có vai trò lớn, có ảnh hưởng nhiều tới đặc trưng quan hệ vào- ra tín hiệu chưa quan tâm mức Vì Ảnh hưởng vị trí đầu vào tới đặc. .. ẢNH HƯỞNG CỦA VỊ TRÍ ĐẦU VÀO TỚI ĐẶC TRƯNG QUAN HỆ VÀO RA CỦA TÍN HIỆU KHI TRUYỀN QUA GIAO THOA KẾ MICHELSON PHI TUYẾN (GTKMPT) Những vấn đề nội dung luận văn trình bày chương Chương 2: ẢNH HƯỞNG