I. Tổng quan về tinh thể quang tử và ứng dụng trong nghiên cứu chế tạo laser
Nghiên cứu về phát xạ laser và khuếch đại quang trong buồng cộng hưởng liên kết với cấu trúc tinh thể quang tử là một lĩnh vực quan trọng trong quang học hiện đại. Cấu trúc tinh thể quang tử (PhC) có khả năng điều khiển ánh sáng thông qua các vùng cấm quang, cho phép phát triển các thiết bị quang học tiên tiến. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hiệu ứng quang học trong các cấu trúc này có thể được tối ưu hóa để cải thiện hiệu suất của laser. Việc hiểu rõ về vùng cấm quang và các chế độ điện trường trong cấu trúc 2D-PhC là rất cần thiết để phát triển các ứng dụng trong khuếch đại quang và phát xạ quang.
1.1. Giới thiệu về cấu trúc tinh thể quang tử
Cấu trúc tinh thể quang tử được thiết kế để tạo ra các vùng cấm quang, nơi ánh sáng không thể truyền qua. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng vùng cấm quang trong cấu trúc 2D-PhC có thể được điều chỉnh thông qua các thông số hình học như bán kính và độ sâu của các hố không khí. Điều này cho phép tối ưu hóa các tính chất quang học của laser và khuếch đại quang. Các mô hình lý thuyết đã được phát triển để mô phỏng các chế độ điện trường trong các cấu trúc này, từ đó giúp hiểu rõ hơn về hiệu ứng quang học trong buồng cộng hưởng.
II. Các phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu này sử dụng nhiều phương pháp khác nhau để khảo sát hiệu ứng phát xạ laser và khuếch đại quang. Các mô hình lý thuyết kết cặp giữa buồng cộng hưởng và dẫn sóng được áp dụng để phân tích các chế độ ánh sáng trong cấu trúc tinh thể quang tử. Phương pháp FDTD (Finite-Difference Time-Domain) và PWE (Plane Wave Expansion) được sử dụng để mô phỏng các tính chất quang học của các cấu trúc này. Kết quả từ các mô phỏng cho thấy rằng công nghệ laser có thể được cải thiện đáng kể thông qua việc tối ưu hóa các thông số của cấu trúc quang tử.
2.1. Phương pháp tính toán mô phỏng
Phương pháp FDTD cho phép mô phỏng các hiện tượng quang học phức tạp trong cấu trúc tinh thể quang tử. Bằng cách sử dụng phương pháp này, các nhà nghiên cứu có thể phân tích sự tương tác giữa ánh sáng và vật liệu, từ đó dự đoán các hiệu ứng quang học như phát xạ quang và khuếch đại quang. Ngoài ra, phương pháp PWE cũng được áp dụng để khảo sát các chế độ ánh sáng trong buồng cộng hưởng, giúp hiểu rõ hơn về tính chất quang học của các cấu trúc này.
III. Phát xạ laser của vi cầu trên nền silica pha tạp Er3
Nghiên cứu về phát xạ laser từ vi cầu silica pha tạp Er3+ đã chỉ ra rằng việc kết hợp giữa cấu trúc tinh thể quang tử và laser có thể tạo ra các thiết bị quang học hiệu suất cao. Các vi cầu này cho phép phát xạ quang với độ chính xác cao và khả năng khuếch đại tốt. Kết quả cho thấy rằng phổ phát xạ laser từ vi cầu silica có thể được điều chỉnh thông qua các thông số như kích thước và khoảng cách kết cặp, mở ra nhiều ứng dụng trong lĩnh vực cảm biến quang và truyền thông quang.
3.1. Kết quả chế tạo vi cầu silica pha tạp Er3
Quá trình chế tạo vi cầu silica pha tạp Er3+ được thực hiện thông qua phương pháp phóng điện hồ quang. Kết quả cho thấy rằng các vi cầu này có khả năng phát xạ laser mạnh mẽ với các chế độ ánh sáng khác nhau. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hiệu ứng phát xạ laser có thể được tối ưu hóa thông qua việc điều chỉnh các thông số chế tạo, từ đó nâng cao hiệu suất của các thiết bị quang học. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các ứng dụng trong lĩnh vực khuếch đại quang và cảm biến quang.
