Tóm tắt Luận án Nghiên cứu môi trường hoạt chất laser màu hữu cơ pha tạp hạt nano vàng dùng cho laser phản hồi phân bố phát xung ngắn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ---------------------------- NGUYỄN THỊ MỸ AN NGHIÊN CỨU MÔI TRƯỜNG HOẠT CHẤT LASER MÀU HỮU CƠ PHA TẠP HẠT NANO VÀNG DÙNG CHO LASER PHẢN HỒI PHÂN BỐ PHÁT XUNG NGẮN Chuyên ngành: Quang học Mã số: 9440110 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Hà Nội – 2019 Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Đỗ Quang Hòa Người hướng dẫn khoa học 2: TS. Nghiêm Thị Hà Liên Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: . Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Học viện, họp tại Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vào hồi giờ ..’, ngày tháng năm 201. Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ - Thư viện Quốc gia Việt Nam 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của luận án Laser màu phát xung ngắn đã trở thành các công cụ không thể thiếu tại các phòng thí nghiệm trong và ngoài nước. Mặc dù vậy, các nghiên cứu phát triển môi trường hoạt chất có khả năng hoạt động laser vẫn đang là một chủ đề hấp dẫn đối với các phòng thí nghiệm quang học và quang tử. Bên cạnh đó, thành tựu nghiên cứu vật liệu có cấu trúc nano đã và đang mang lại nhiều ứng dụng trong khoa học và đời sống. Đặc biệt, các hạt nano vàng có kích thước khác nhau đã và đang là đối tượng hấp dẫn nhờ các đặc điểm nổi bật của nó. Ý tưởng nghiên cứu, chế tạo môi trường hoạt chất lý tưởng cho một buồng cộng hưởng (BCH) laser màu từ hỗn hợp chất màu laser với các hạt kim loại có kích thước nano-mét đã được thực hiện. Mục tiêu nghiên cứu: Chế tạo và khảo sát các tính chất quang của môi trường hoạt chất pha tạp nano vàng trên nền polymer PMMA để sử dụng hiệu quả tạo ra laser màu phản hồi phân bố có xung ngắn picô-giây. Nội dung nghiên cứu: Để đạt được mục tiêu trên, các nội dung sau sẽ lần lượt được nghiên cứu: - Nghiên cứu chế tạo môi trường hoạt chất laser màu lai tạp nano vàng ở trạng thái rắn. - Khảo sát các tính chất quang học của môi trường chất màu laser pha tạp nano vàng. - Xây dựng mô hình tính toán động học tiến trình phát bức xạ laser xung phản hồi phân bố sử dụng môi trường hoạt chất pha tạp. - Thử nghiệm hệ laser màu xung ngắn sử dụng môi trường hoạt chất pha tạp nano vàng. 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LASER MÀU, CHẤT MÀU HUỲNH QUANG HỮU CƠ, HẠT NANO VÀNG 1.1. Laser màu Laser màu hữu cơ là laser sử dụng các phân tử màu hữu cơ làm môi trường hoạt chất. Các chất màu này chứa các liên kết đôi liên hợp với các nhóm chức nhất định có khả năng hấp thụ mạnh ánh sáng trong vùng tử ngoại và vùng nhìn thấy. Luận án lựa chọn chất màu DCM (4-(Dicyanomethylene)-2- methyl-6-(4-dimethylaminostyryl)-4H-pyran) để nghiên cứu do các tính chất đặc biệt của nó như: Phân tử màu loại này vừa mang đặc tính của chất cho (donor) vừa mang đặc tính của chất nhận (acceptor) nên có dải phổ phát quang khá rộng (~ 100 nm) trong vùng phổ nhìn thấy. Chất màu DCM có phổ hấp thụ mạnh ở vùng bước sóng ngắn hơn bước sóng cộng hưởng plasmon của các hạt nano vàng, phù hợp với nghiên cứu môi trường hỗn hợp chất màu và các hạt nano vàng. Mặt khác, các laser có các yếu tố lọc lựa bước sóng có thể dễ dàng lựa chọn một cách liên tục các bước sóng theo yêu cầu trong vùng phổ phát xạ của DCM. 1.2. Tính chất quang của vật liệu nano kim loại, nano vàng Các vật liệu có cấu trúc nano-mét có đặc tính đặc biệt. Với kích thước này (nhỏ hơn bước sóng ánh sáng tử ngoại – khả kiến), các qui luật của quang học cổ điển để giải thích các hiện tượng như sự cầm giữ ánh sáng, tán xạ... không còn thỏa mãn. Sự dao động cộng hưởng của đám mây điện tử trên bề mặt của các hạt nano (plasmon bề mặt - SPR) được áp dụng để giải thích sự giam giữ lượng tử và hiệu ứng lượng tử của vật liệu nano. Tại bề mặt tiếp giáp giữa vật liệu kim loại cấu trúc nano-mét với môi trường điện từ, hiệu ứng plasmon bề mặt tồn tại trong không gian nhỏ hơn nhiều so với trong vật liệu quang học thông thường. Mặt 3 khác, các hạt nano kim loại lại có khả năng tác động mạnh lên tính chất quang của môi trường như một “anten” thu - phát. Ví dụ, một hạt nano kim loại quý có đường kính 10 nm có hệ số tắt cỡ 107 M-1cm-1, hoặc có giá trị khoảng lớn hơn hai bậc so với giá trị điển hình của chất màu laser hữu cơ. 1.3. Laser màu xung ngắn 1.3.1. Cơ chế hoạt động của laser màu Laser màu hoạt động trên môi trường có hai mức năng lượng laser trên – dưới có độ rộng lớn có thể phát băng rộng. 1.3.2. Một số cấu hình laser màu phát xung pico-giây: mục này giới thiệu một số cấu hình phát xung laser màu pico-giây. 1.3.3. Laser màu phản hồi phân bố Laser phản hồi phân bố (DFB) có buồng cộng hưởng không gương phản xạ mà dựa trên hiệu ứng phản xạ Bragg. Hiện tượng cộng hưởng quang học khi chùm sáng lan truyền trong một môi trường có chu kỳ biến điệu độ khuếch đại và chiết suất phù hợp với bước sóng phản xạ tạo nên các bức xạ laser. Các đặc điểm của laser DFDL * Khả năng điều chỉnh liên tục bước sóng * Độ đơn sắc cao * Phát xung laser ngắn Hình 1.1: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của laser màu DFDL. Sơ đồ nguyên lí hoạt động laser DFB Hệ vân giao thoa Laser LLaser L p p   z  L Biến điệu gain )()( tT T n tn          Laser ra Laser ra 4 CHƯƠNG 2: CHẾ TẠO MÔI TRƯỜNG HOẠT CHẤT CHO LASER MÀU Sự khác nhau cơ bản về độ linh động của các thành phần trong của môi trường hoạt chất sẽ cho phép khảo sát các đặc trưng và hiệu ứng quang học xảy ra cũng như sự tương tác giữa chúng, vì vậy môi trường chất laser màu dạng lỏng (trong dung môi ethanol) và trong môi trường rắn (trong PMMA) được chuẩn bị, chế tạo để nghiên cứu. 2.1. Nguyên vật liệu và thiết bị sử dụng 2.1.1. Nguyên vật liệu Chất màu hữu cơ DCM, hạt nano vàng dạng hình cầu (d  20 nm), Methyl methacrylate (MMA), Azobisisobutyronitrile (AIBN),... 2.1.2. Thiết bị sử dụng Máy rung siêu âm ELMASONIC S30, lò ủ nhiệt (< 200 oC), máy li tâm, 2.1.3. Chế tạo nano vàng và gắn kết HS-PEG-COOH Hạt nano vàng dạng cầu được chế tạo bằng phương pháp Turkevich. 2.1.4. Chuyển đổi môi trường của hạt nano vàng Các hạt nano vàng phân tán trong nước được phân tán lại trong dung môi MMA để loại bỏ nước do nước không hòa tan trong MMA, đồng thời nước còn làm phân tử màu DCM dễ bị phân hủy. 2.2. Môi trường hoạt chất dạng lỏng cho laser màu 2.2.1. Chuẩn bị dung dịch DCM Bảng 2.1: Nồng độ chất màu DCM trong dung dịch ethanol. Mẫu Nồng độ DCM (M) Mẫu 1 3.0×10-5 Mẫu 2 1.0×10-5 Mẫu 3 5.0×10-6 Mẫu 4 1.0x10-6 5 Bảng 2.2: Nồng độ chất màu DCM trong dung dịch MMA. Mẫu Nồng độ DCM (M) Mẫu 1 2.5×10-6 Mẫu 2 2.0×10-6 Mẫu 3 1.5×10-6 Mẫu 4 2.0×10-7 Mẫu 5 5.0 10-7 2.2.2. Môi trường chất màu dạng lỏng pha tạp hạt nano vàng (DCM/GNPs) Bảng 2.3: Nồng độ chất màu DCM và GNPs trong dung dịch ethanol. Mẫu Nồng độ DCM (mol/L) Dung tích GNPs (hạt/ml) Mẫu 1 1.0x10-4 M 5.0x109 Mẫu 2 1.0x10-4 M 1.0x1010 Mẫu 3 1.0x10-4 M 1.5x1010 Mẫu 4 1.0x10-4 M 2.0x1010 Bảng 2.4: Nồng độ chất màu DCM và GNPs trong dung dịch MMA. Mẫu Nồng độ DCM (M) Dung tích GNPs (hạt/ml) Mẫu 0 3.0x10-5 0 Mẫu 1 3.0x10-5 1.0x1010 Mẫu 2 3.0x10-5 1.5x1010 Mẫu 3 3.0x10-5 2.0x1010 Mẫu 4 3.0x10-5 3.3x1010 6 2.3. Chế tạo môi trường hoạt chất laser màu dạng rắn pha tạp hạt nano vàng (DCM/GNPs/PMMA) 2.3.1. Môi trường laser màu trên nền PMMA Môi trường hoạt chất laser màu rắn được chế tạo bằng phương pháp polimer hóa các đơn phân tử MMA. 2.3.2. Khuôn dùng cho chế tạo mẫu. Môi trường hoạt chất dạng rắn được tạo trong khuôn hình chữ nhật có kích thước 1x1x2,5 cm3 (tương tự cuvet) cho quá trình tổng hợp các polymer được thực hiện ở nhiệt độ khoảng 50 oC (Hình 2.1). 2.3.3. Chế tạo môi trường hoạt chất pha tạp dạng rắn Môi trường hoạt chất dạng rắn được chế tạo bằng phương pháp polymer hóa MMA pha tạp nano vàng với tâm màu DCM. 2.2.3.1. Chế tạo môi trường hoạt chất DCM/PMMA a) Chế tạo mẫu trắng Vật liệu được sử dụng: monomer MMA và xúc tác AIBN. Dung dịch MMA cho mỗi mẫu thí nghiệm là 2000 µl. Thực nghiệm 5 mẫu với phụ gia đóng rắn AIBN thay đổi. Bảng 2.5: Vật liệu và hàm lượng tương ứng chế tạo mẫu trắng. Mẫu AIBN (mg) MMA (µl) T1 1mg 2000 T2 2mg 2000 T3 3mg 2000 Hình 2.1. Khuôn sử dụng trong chế tạo các môi trường hoạt chất rắn. 7 T4 4mg 2000 T5 5mg 2000 Mẫu rắn được chế tạo với hàm lượng AIBN là 3 mg cho đồng đều cao, không tạo bọt, đạt chất lượng tốt nhất và được sử dụng trong thí nghiệm của luận án. b) Chế tạo môi trường hoạt chất DCM/PMMA Mục tiêu: Chế tạo mẫu màu rắn để khảo sát tính chất môi trường hoạt chất dạng rắn khi nồng độ chất màu thay đổi. Bảng 2.6: Vật liệu và hàm lượng chế tạo mẫu DCM/PMMA. Mẫu DCM/MMA (M) DCM/MMA (µl) AIBN (mg) D1 1x10-2 2000 3 D2 5x10-3 2000 3 D3 1x10-3 2000 3 D4 5x10-4 2000 3 D5 1x10-4 2000 3 D6 3x10-5 2000 3 D7 1x10-5 2000 3 Hình 2.1: Môi trường hoạt chất DCM phân tán trong PMMA cho laser. 8 2.2.3.2. Chế tạo mẫu PMMA/DCM pha tạp nano vàng Hạt nano vàng Au@PEG-COOH sử dụng đã được phân tán trong MMA và được đưa vào mẫu ngay công đoạn đầu. Bảng 2.7: Mẫu DCM/GNPs/PMMA với nồng độ DCM 10-3 M. Mẫu DCM (mol/l) GNPs/MMA (µl) DCM/MMA (µl) AIBN (mg) DA1 10 -3 0 2000 3 DA2 10 -3 4 2000 3 DA3 10 -3 8 2000 3 DA4 10 -3 12 2000 3 DA5 10-3 20 2000 3 Bảng 2.8: Mẫu DCM/GNPs/PMMA với nồng độ DCM 10-4 M. Mẫu DCM (mol/l) Au/MMA (µl) DCM/MMA (µl) AIBN (mg) DA6 10-4 0 2000 3 DA7 10-4 4 2000 3 DA8 10-4 8 2000 3 DA9 10-4 12 2000 3 DA10 10-4 20 2000 3 2.4. Các thông số của mẫu cần xác định và kỹ thuật sử dụng Phần này giới thiệu các phép đo phổ hấp thụ, phổ huỳnh quang, thời gian sống huỳnh quang, độ rộng xung laser và kích thước, hình dạng của nano cũng như các thiết bị sử dụng. 9 CHƯƠNG 3: KHẢO SÁT MÔI TRƯỜNG HOẠT CHẤT PHÂN TỬ MÀU PHA TẠP HẠT NANO VÀNG Khảo sát các kết quả mới về dập tắt và tăng cường huỳnh quang của chất màu laser trong môi trường hoạt chất DCM có pha tạp GNPs. 3.1. Tính chất quang học của môi trường hoạt chất laser màu pha tạp các hạt nano vàng dạng cầu 3.1.1. Chuẩn bị mẫu Các mẫu sau khi được chế tạo như trong chương 2. Bức xạ hòa ba bậc hai của laser Nd:YAG dùng làm nguồn bơm laser màu DFDL, các mẫu PMMA pha tạp màu và GNPs có thể được chế tạo dưới dạng khối 1×1×2.5 cm3. 3.1.2. Đặc trưng quang của DCM trong môi trường lỏng và rắn 3.1.2.1. Phổ hấp thụ của chất màu DCM trong dung dịch ethanol và MMA Phổ hấp thụ của chất màu DCM trong dung dịch ethanol và trong MMA khi không có GNPs được thể hiện trong Hình 3.1a và 3.1b có dạng tương tự nhau. Tuy nhiên, đường cong phổ hấp thụ của DCM trong ethanol hẹp hơn và suy giảm nhanh ở phía bước sóng dài. Điều (a) (b) Hình 3.1: Phổ hấp thụ của DCM trong ethanol (a) và trong MMA (b). 400 500 600 700 0.0 0.7 1.4 1 1x10 -5 M 2 5x10 -6 M 3 3x10 -6 M 4 1x10 -6 M Đ ộ h ấ p t h ụ Bước sóng (nm) 400 500 600 0.00 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 1 DCM 2.5 10 -6 M 2 DCM 2.0 10 -6 M 3 DCM 1.5 10 -6 M 4 DCM 2.0 10 -6 M 5 DCM 5.0 10 -7 M 1 2 3 4 5 Đ ộ h ấ p t h ụ Bước sóng (nm) 10 đó có thể được giải thích bởi tương tác yếu giữa phân tử chất màu và dung môi hòa tan không làm mở rộng hoặc thay đổi trạng thái mức năng lượng trên và mức cơ bản của phân tử DCM. 3.1.2.2. Phổ hấp thụ của chất màu DCM trong nền PMMA Trong nền rắn PMMA, các phân tử DCM ít linh động hơn, phổ hấp thụ thu được bị mở rộng nhiều về phía sóng dài (Hình 3.3). 3.1.3. Phổ huỳnh quang của phân tử DCM pha tạp GNPs trong dung dịch ethanol (DCM/GNPs/ethanol) Cường độ huỳnh quang đạt giá trị cực đại với tỷ lệ của GNPs (dung dịch 1x1010 hạt/ml của GNPs d ≈ 16 nm) và DCM (trong dung dịch 1x10-4 M) là 1:20. Khi tăng nồng độ GNPs (> 1x1010 hạt/ml), cường độ đỉnh của phổ huỳnh quang tăng chậm và sau đó giảm. Điều đó có thể được giải thích bởi hiện tượng tăng cường huỳnh quang do tương tác trường gần giữa GNPs và phân tử chất màu đạt tới giá trị bão hòa sau đó sự dập tắt huỳnh quang bởi truyền năng lượng Foster và SET chiếm ưu thế. Hình 3.6: Phổ huỳnh quang của DCM/GNPs trong dung dịch ethanol. 450 500 550 600 650 700 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 (1) DCM 1x10 -4 M (2) DCM+5x10 9 hat/ml (3) DCM+1x10 10 hat/ml (4) DCM+1,5x10 10 hat/ml (5) DCM+2,0x10 10 hat/ml (1) (2) (3) (5) (4) C ư ờ n g đ ộ h u ỳ n h q u a n g ( đ .v .t .y ) Bước sóng (nm) Hình 3.3: Phổ hấp thụ của DCM trong nền PMMA. 300 400 500 600 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1 1x10 -5 M/L 2 3x10 -5 M/L 3 1x10 -4 M/L 1 2 3 C ư ờ n g đ ộ h ấp t h ụ ( đ .v .t .y ) Bước sóng (nm) 11 3.1.4. Tính chất quang của DCM pha tạp GNPs trong nền PMMA 3.1.4.1. Phổ hấp thụ của DCM/GNPs/PMMA Nồng độ DCM là 1×10-4 M, nồng độ GNPs được thay đổi. Cường độ hấp thụ của DCM tăng nhẹ khi nồng độ GNPs pha tạp tăng từ 5 l/ml tới 20 l/ml (tương ứng với 0,5x1010 hạt/ml  2x1010 hạt/ml) (Hình 3.7). Ở nồng độ GNPs thấp, ta quan sát được có sự tăng trưởng huỳnh quang nhẹ. Điều đó có thể được giải thích có sự xuất hiện của tương tác trường gần. Một số phân tử DCM kết đám trên bề mặt GNPs dẫn đến thiết diện hấp thụ của DCM cao hơn hấp thụ riêng phần của GNPs và chất màu. Khi tăng nồng độ GNPs, cường độ hấp thụ của mẫu tăng lên. 3.1.4.2. Huỳnh quang chất màu DCM/GNPs/PMMA Phổ huỳnh quang của DCM/GNPs/PMMA (nồng độ DCM 3x10-4 M) với nồng độ GNPs thay đổi kích thích tại bước sóng 472 nm được trình bày trong Hình 3.8. Từ hình vẽ ta thấy cường độ huỳnh quang của DCM tăng tới giá trị cực đại với nồng độ GNPs 1,5x1010 hạt/ml (đường 2), sau đó giảm cùng với sự tăng của nồng độ GNPs (đường 3, 4). Hình 3.7: Phổ hấp thụ của môi trường hoạt chất DCM/GNPs/PMMA. 350 400 450 500 550 600 650 0,0 0,5 1,0 A b s o rb a n c e ( a .u ) Wavelength (nm) 1 DCM+1.0x10 10 hat/mLGNPs 2 DCM+1.5x10 10 hat/mLGNPs 3 DCM+2.0x10 10 hat/mLGNPs 1 2 3 C ư ờ n g đ ộ h ấ p th ụ (đ .v .t .đ ) Bước sóng (n ) 12 Điều này được giải thích bởi sự kém linh động của phân tử DCM trong nền rắn nên tại nồng độ GNPs càng cao, khoảng cách trung bình giữa GNPs và DCM càng nhỏ và hiệu ứng SET càng rõ. Đặc điểm này của GNPs có thể được ứng dụng để điều khiển sự phát quang của các tâm màu ở lân cận của nó. GNPs thể hiện như anten phát hay thu nhận bức xạ điện từ trường. Ở nồng độ GNPs thấp, khi có bức xạ kích thích huỳnh quang, GNPs đóng vai trò phát năng lượng dẫn tới việc truyền năng lượng từ GNPs tới phân tử DCM. Ở nồng độ GNPs cao hơn, dập tắt huỳnh quang từ phân tử DCM xảy ra. Khi kích thích tại bước sóng 532 nm, chỉ quan sát được dập tắt huỳnh quang (Hình 3.9). Điều đó có thể được giải thích bởi bước sóng kích thích gần với đỉnh hấp thụ cộng hưởng plasmon của GNPs dẫn đến sự tẩy quang tức thời đối với các phân tử DCM định xứ Hình 3.9: Phổ huỳnh quang của DCM/GNPs/PMMA kích thích tại bước sóng 532 nm (nồng độ DCM 3x10-5 M). 500 550 600 650 700 750 0 50 100 150 200 250 300 F lu o re s c e n c e I n te n s it y ( a .u ) Wavelength (nm) 1 DCM+1.0x10 10 hat/ml GNPs 2 DCM+1.5x10 10 hat/ml GNPs 3 DCM+2.0x10 10 hat/ml GNPs 1 2 3 C ư ờ n g đ ộ h u ỳ n h q u a n g (đ .v .t .y ) Bước sóng (nm) Hình 3.8: Phổ huỳnh quang của DCM/GNPs/PMMA kích thích tại bước sóng 472 nm (nồng độ DCM 3x10-4 M). 500 600 700 800 0 20 40 1 1x10 10 hat/ml 2 1,5x10 10 hat/ml 3 2x10 10 hat/ml 4 2,5x10 10 hat/ml 1 2 3 4 C ư ờ n g đ ộ h u ỳn h q u an g (đ .v .t. y) Bước sóng (nm) 13 trên bề mặt GNPs. Kết quả này khác với trường hợp mẫu dung dịch DCM pha tạp GNPs. 3.1.5. Thời gian sống huỳnh quang của phân tử DCM/GNPs/PMMA Đối với trường hợp các mẫu lỏng, các phân tử DCM rất dễ bị tác động bởi phân cực của môi trường nền. Do đó, thời gian sống huỳnh quang của DCM có sự khác biệt rõ khi sử dụng dung môi hòa tan khác nhau cũng như vật liệu pha tạp khác nhau (Hình 3.10). Trong khi đó, thời gian sống huỳnh quang của DCM trong PMMA với các nồng độ GNPs khác nhau (từ 0 tới 33 l của dung dịch GNP 1x1011 hạt/ml) như trình bày trên Hình 3.11. Tính chất phát quang của phân tử DCM như tự phát, khả năng chuyển dời từ mức năng lượng cao trong giản đồ năng lượng hầu như không bị biến đổi. Do đó, vật liệu rắn chứa DCM pha tạp GNPs có thể sử dụng làm môi trường hoạt chất laser như khi tồn tại dưới dạng dung dịch. Hình 3.10: Thời gian sống huỳnh quang của DCM pha tạp các loại GNPs khác nhau trong dung dịch. L n I (đ .v .t .y ) Thời gian (ns) Hình 3.11: Thời gian sống huỳnh quang của DCM/GNPs/PMMA. Thời gian (ns) L n I (đ .v .t .y ) 5 10 15 20 2,71828 7,38906 20,08554 54,59815 148,41316 403,42879 1096,63316 0 GNP 0,6x10 10 hat/ml GNP 0,9x10 10 hat/ml GNP 1,5x10 10 hat/ml GNP 3,3x10 10 hat/ml 14 3.2. Sự ảnh hưởng của hiệu ứng biến đổi nhiệt của GNPs lên phân tử DCM 3.2.1. Sự biến đổi nhiệt do hiệu ứng plasmon của GNPs Hiệu ứng chuyển đổi nhiệt giữa các hạt GNPs với môi trường xung quanh đã được mô phỏng bằng lý thuyết Mie. Mô hình lý thuyết này có thể áp dụng để giải thích các kết quả thực nghiệm đã ghi nhận được khi sử dụng các hạt GNPs đường kính d ~ 16 nm pha tạp trong môi trường laser màu rắn DCM. 3.2.2. Sự suy giảm huỳnh quang của DCM/GNPs/PMMA Hiệu ứng chuyển đổi quang nhiệt ảnh hưởng rất mạnh đến tuổi thọ của môi trường hoạt chất của DFDL. Hình 3.13 biểu diễn mức độ suy giảm cường độ huỳnh quang tích phân theo thời gian của môi trường hoạt chất laser DCM/GNPs/PMMA được kích thích bằng hòa ba bậc hai của laser Nd:YAG. Hình 3.13: Sự suy giảm cường độ huỳnh quang theo thời gian của môi trường hoạt chất DCM/GNPs/PMMA tại nhiệt độ phòng và được làm lạnh. 0 1000 2000 0 2000 4000 6000 1 1x10 -3 mol/l DCM 2 DCM/2x10 10 GNPs (T P ) 3 DCM/2x10 10 GNPs (T 4C ) 1 2 3 Số xung (x102) C ư ờ n g đ ộ h u ỳ n h q u a n g ( d .v .t .y ) 15 3.2.3. Sự suy giảm cường độ bức xạ laser màu Độ ổn định của DFDL được mô tả trong Hình 3.15 ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ 4oC. Tại nhiệt độ phòng, sự suy giảm cường độ laser cũng tương tự như sự suy giảm huỳnh quang. Khi môi trường laser tại nhiệt độ 4 ± 1°C, cường độ laser vẫn ổn định trong một thời gian dài. CHƯƠNG 4. LASER MÀU PHẢN HỒI PHÂN BỐ (DFDL) SỬ DỤNG MÔI TRƯỜNG HOẠT CHẤT MÀU RẮN PHA TẠP NANO VÀNG - Nghiên cứu thiết lập mô hình lí thuyết cho laser màu rắn DFDL sử dụng DCM/GNPs/PMMA. Lập chương trình bằng ngôn ngữ Matlab để mô phỏng các quá trình động học của DFDL. - Bằng công cụ phần mềm, nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số laser lên tính chất chùm tia laser nhằm thu được các thông số hoạt động tối ưu của DFDL. Hình 3.15: Sự suy giảm cường độ laser DFDL (532 nm, 140J, 5,6 ns, 10Hz). 0 500 1000 1500 2000 2500 0 3000 6000 9000 at 4 o C room temp. C ư ờ n g đ ộ la s e r (đ .v .t .y ) Số xung (x102) 16 - Nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của một số thông số laser màu rắn DFDL lên tính chất chùm tia laser. - Các kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm nhằm định hướng cho việc xây dựng một thiết bị laser DFDL có thể đưa vào ứng dụng thực tiễn. 4.1. Nghiên cứu lý thuyết về laser màu rắn DFDL 4.1.1. Hệ phương trình tốc độ hai thành phần Giả thiết rằng hoạt động laser màu có thể được biểu diễn bởi hai