SEMINAR: Sự Hấp Thụ Hai Photon Ánh Sáng Học viên: HOÀNG VĂN ANH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TP HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ BỘ MÔN VẬT LÝ ỨNG DỤNG SEMINAR: Sự Hấp Thụ Hai Photon Ánh Sáng Học viên: HOÀNG VĂN ANH

Độ phân cực Độ phân cực P: Một đặc điểm nổi bật của quang học Phi tuyến tính là:

Số hạng P = ε0eE3 tương ứng quá trình tán xạ photon có thể phát bức xạ do độ phân cực phi tuyến: Công suất mất mát do môi trường: tỷ lệ với E4 tương ứng với quá trình hấp thụ hai photon vì cường độ quá trình hấp thụ một photon tỷ lệ với E2.

Khi có trường bức xạ với tần số ω tương tác: H = H0 + HB(t). Yếu tố ma trận của toán tử nhiễu loạn: Xác suất tìm hệ ở trạng thái uk, ở thời điểm t sẽ tỷ lệ với: Ta có:

Trong đó: Thay vào phương trình trên ta có: Hấp thụ cộng hưởng xảy ra khi: ωkm = 2ω và biểu diễn bằng số hạng thứ 2.Bình phương modun số hạng 2 ta có:

Đưa vào hàm mật độ xác suất: ρ(ω) Khi đó xác suất dịch chuyển vào trạng thái k: Sự có mặt của mức n, mà năng lượng của nó bằng ½(Wk – Wm) tức là ωnm = ω,thì xác suất dịch chuyển hai lượng tử sẽ rất lớn. m n k

Như vậy xác suất dịch chuyển m→k tỷ lệ với E4 hay tỷ lệ với bình phương năng lượng của trường.

Hệ số hấp thụ ánh sáng α do quá trình hai photon: Trong đó:

Sự hấp thụ hai photon 1PA TPA Beer’s Law I1 I1-DI Degenerate case I2 Dx I1-DI Degenerate case b – TPA cross-section, c – concentration of material 1PA TPA Beer’s Law

2PE Spectra 2w w 2PE Medium

Hiệu quả quang trị liệu. One-photon absorption Two-photon absorption 660 nm, 2.3 mW Two-photon absorption 920 nm, 300 fs, 4.2 mW

Two-Photon Absorption

Simultaneous two-photon absorption 2nd EXCITED STATE 800 nm 1st EXCITED STATE Energy 400 nm 550 nm GROUND STATE

Một số chất quang phi tuyến. Tên công thức hóa học và bước sóng hiệu dụng

Lợi ích của TPA Hội tụ tại điểm rất nhỏ Sternberg et al, Tetrahedron 1998, 54, 4151 Kawata et al, Nature 2001, 412, 697 Hội tụ tại điểm rất nhỏ Bước sóng chỉ bằng ½ so với photon hấp thụ

Two-Photon Absorption in Silicon Photodiode TPA is observed when: 1100 nm < λ < 2200 nm

(works even under the surface!) Kính hiển vi TPA Single photon imaging Two photon imaging (works even under the surface!) ~l Optical power spreading Better focus Image from Heidelberg University web-site

TPA Measurements in Non-Fluorescent Materials Z-Scan Technique Sample Lens Intensity of light Transmission of the sample z Open aperture Z-scan, TPA measurements

TPA microscopy Ưu điểm: Nhược điểm: Cường độ lớn Beam shaping optics Spectrometer Sample Photomultiplier tube Or CCD camera Emission Pickup Optics And Filters laser light (700-1000 nm) Two-photon Absorption Ưu điểm: Cường độ lớn Dễ thiết lập Không cần khuếch đại Nhược điểm: Cần cường độ ánh sáng lớn,công suất laser lớn. Mẫu vật cần chuẩn bị.

TPA Applications 3D bộ nhớ quang học. Tạo cấu trúc quang 3D và toàn kí 3D. Điều khiển từ xa và hi-res imaging

At depth 1 At depth 2

TPA Microfabrication Photonic crystal Magnified view of (a) Tapered waveguide Array of cantilevers B.H. Cumpston et al., Nature 398, p. 51 (1999)