NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ LÊN KÌM QUANG HỌC SỬ DỤNG HAI CHÙM XUNG GAUSS NGƯỢC CHIỀU
Quang học, Mã số: 62 44 01 09
Luận án này tập trung "Nghiên cứu ảnh hưởng của một số thông số lên kìm quang học sử dụng hai chùm xung Gauss ngược chiều". Mở đầu, luận án khái quát lịch sử phát triển của kìm quang học từ công trình của Ashkin năm 1971, với việc ứng dụng bẫy quang học cho các vi hạt và phân loại thành làm lạnh nguyên tử bằng laser và bẫy quang học. Các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào sóng phẳng và chùm laser liên tục, trong khi thực tế hiện nay chủ yếu sử dụng chùm tia laser Gauss xung. Luận án chỉ ra rằng các công trình lý thuyết và thực nghiệm hiện có vẫn còn bỏ ngỏ việc phân tích chính xác sự ổn định của vi hạt trong vùng bẫy và ảnh hưởng của các tham số.
Để giải quyết vấn đề này, luận án đã xây dựng phương trình rút gọn mô tả chuyển động của vi hạt điện môi trong chất lưu dưới tác động của quang lực khi đặt trong kìm quang học, dựa trên phương trình Langevin mô tả chuyển động Brown. Luận án đề xuất và khảo sát quy trình mô phỏng quá trình động học của hạt trong chất lưu, cả khi không có quang lực và khi có quang lực với các tham số quang học và cơ học khác nhau. Kết quả mô phỏng đã khẳng định sự cạnh tranh giữa lực Brown và quang lực trong thời gian một xung laser.
Các khảo sát chi tiết về ảnh hưởng của vị trí ban đầu, năng lượng tổng, bán kính thắt chùm và bán kính vi hạt lên quá trình động học đã được thực hiện. Luận án xác định rằng để bẫy hiệu quả vi hạt có kích thước a=10 nm trong chất lưu (độ nhớt η=7,797x10⁻⁴Pa.s, nhiệt độ T=25°C, tỉ số chiết suất m=n1/n2=1,592/1,33), cần sử dụng hai chùm xung laser Gauss với năng lượng tổng U>0,1µJ, bán kính thắt chùm W₀<4µm (lý tưởng là W₀=1µm) và độ rộng xung 1ps. Khi các tham số này được tối ưu, vi hạt sẽ chuyển động nhanh chóng về vùng ổn định lân cận tâm kìm và dao động ổn định hơn.
Luận án cũng giới thiệu và phân tích khái niệm vùng ổn định không gian-thời gian của kìm quang học, bao gồm thời gian ổn định (Δt) và biên độ dao động (Δρ). Kết quả cho thấy độ ổn định của hạt (thời gian ổn định lớn, không gian ổn định hẹp) được nâng cao khi tăng năng lượng laser, giảm bán kính thắt chùm, tăng bán kính vi hạt và tăng độ nhớt của chất lưu. Tần số lặp xung càng cao cũng góp phần tăng thời gian ổn định và giảm ảnh hưởng của dao động Brown. Đặc biệt, luận án nhấn mạnh sự cần thiết phải chỉnh đồng pha giữa hai xung laser và tránh độ trễ thời gian giữa hai xung (δT < 2τ) để duy trì vùng ổn định hiệu quả.