Lưỡng ổn định quang

1. NGÔ THỊ HẠNH 1113126
TRƯƠNG PHƯƠNG DUNG 1113065
TRẦN NHỊ ÁI 1113021
LÂM SUNG 1113363
TRẦN PHƯƠNG NGUYÊN
1113290
(OPTICAL BISTABILITY)

2. MỘT SỐ THÔNG TIN CẦN
THIẾT
 Tài liệu quang phi tuyến:
http://mientayvn.com/Cao%20hoc%20quang%20dien%20tu/Semina%20tren%20lo
p/seminar.html#6
 https://drive.google.com/folderview?id=0B2JJJMzJbJcwajNXZWpzdGRTb1MtRX
dRN0hrZFhiQQ&usp=sharing

3. Nội dung bài báo cáo
1. Giới thiệu về lưỡng ổn định quang:
• Lưỡng ổn định quang là gì?
• Cơ chế
• Nguyên nhân
2. Lý thuyết và kết quả
• Lưỡng ổn định quang theo cơ chế hấp thụ phi tuyến
• Lưỡng ổn định quang dựa trên chiết suất phi tuyến.
3. Máy tính quang học

4. Giới thiệu về lưỡng ổn định quang
Lưỡng ổn định quang là gì?
• Một hệ quang phi tuyến được gọi là lưỡng ổn nếu nó có hai trạng thái đầu ra là
truyền cộng hưởng và ổn định ứng với cùng một trạng thái đầu vào và nó phụ
thuộc vào cường độ của chùm sáng đưa vào.
• Nhờ vào khả năng lưu trữ thông tin mà các thiết bi lưỡng ổn định quang được
ứng dụng trong lĩnh vực truyền thông tin quang, khả năng lưu trữ và pulse
shapers.

5. Giới thiệu về lưỡng ổn định quang
Nguyên nhân
Tương tác phi
tuyến trong môi
trường nguyên tử
Cơ chế hồi tiếp
trong tụ quang
học

6. Giới thiệu về lưỡng ổn định quang
Cơ chế
Khi cường độ đầu vào Ii tăng dần từ giá trị 0 thì cường độ đầu ra It tăng một cách đều
dặn nhưng rất chậm.Nhưng khi Ii tăng đến một giá trị IH (CƯờng độ chuyển mạch cao)
thì It tăng đột biến.Sau đó giảm Ii thì cươg độ đầu ra vẫn giữ nguyên không đổi.Cho đến
khi nó giảm đến giá trị IL (cường độ chuyển mạch thấp) thì It giảm đột ngột giảm
xuống.

7. Giới thiệu về lưỡng ổn định quang
Quá trình hình thành nên
một đường cong khép kín
giống như đường từ trễ
trong từ học.
Kết luận:Khi cường độ
đầu vào nằm trong khoảng
từ IL đến IH thì cường độ
đầu ra có hai giá trị thấp
hoặc cao.

8. * Xét một hệ lưỡng ổn định quang bao gồm một
môi trường phi tuyến trong một buồng cộng
hưởng Fabry-Perot.
-Các gương của buồng cộng hưởng có hệ số phản xạ
R
-Hệ số truyền qua T
-Môi trường phi tuyến có chiết suất n
Lý thuyết và kết quả
Hình 1.1 Thiết bị lưỡng ổn định quan
dưới dạng một giao thoa kế Fabry-Pero
chứa một môi trường phi tuyến.

9. Lý thuyết và kết quả

10. (1.2a)
(1.2b)
(1.3)
Lý thuyết và kết quả

11. Hình 1. Buồng cộng hưởng Fabry-
Perot phi tuyến.
Lý thuyết và kết quả

12. 1.Lưỡng ổn định quang theo cơ chế hấp
thụ phi tuyến
Một số vật liệu phi tuyến có tính chất đặc biệt, hệ số hấp thụ của
chúng giảm khi cường độ ánh sáng đi vào nó tăng.
Mối quan hệ giữa hệ số hấp thụ và cường độ ánh sáng tới có thể được
biểu diễn như sau:
I là cường độ trường cục bộ
Is là cường độ bão hòa.

13. Hình 2. Đặc tuyến vào-ra điễn
hình của một thiết bị lưỡng ổn
hấp thụ.
1.Lưỡng ổn định quang theo cơ chế hấp
thụ phi tuyến
Đối với những vật liệu này, khi cường
độ ánh sáng đầu vào tăng, điện trường
bên trong hệ cũng tăng, làm giảm hệ số
hấp thụ và vì thế cường độ trường lại
tăng thêm nữa. Sau đó, nếu cường độ
của trường tới giảm, trường bên trong hệ
có xu hướng giữ nguyên độ lớn vì trước
đó hệ số hấp thụ đã giảm

14. 1.Lưỡng ổn định quang theo cơ chế hấp thụ
phi tuyến

15. 1.Lưỡng ổn định quang theo cơ chế hấp thụ
phi tuyến
(4)
(6)

16. 1.Lưỡng ổn định quang theo cơ chế
hấp thụ phi tuyến

17. 1.Lưỡng ổn định quang theo cơ chế
hấp thụ phi tuyến
Tiếp theo, chúng ta sẽ tính toán cường độ chuyển mạch cao IH
cho hệ lưỡng ổn định quang dựa trên hấp thụ phi tuyến.

18. 1.Lưỡng ổn định quang theo cơ chế hấp thụ
phi tuyến
Từ (7) và (8) suy ra:
𝑰 >
𝟑𝝐 𝟎 𝒉 𝟐 𝒄
𝟒𝝅 𝟐 𝝁 𝟐 𝑻 𝟐 𝒕 𝑫
(9)
Giả sử rằng thời gian đáp ứng của hệ 𝜏 thỏa điều kiện 𝜏 = 𝑡 𝐷~𝑇2 nên:
𝑰 >
𝟑𝝐 𝟎 𝒉 𝟐 𝒄
𝟒𝝅 𝟐 𝝁 𝟐 𝝉 𝟐(10)

19. Thế các giá trị bằng số vào (12), ta được:
hay :
1.Lưỡng ổn định quang theo cơ chế hấp thụ
phi tuyến

20. 2.Lưỡng ổn định quang dựa trên chiết suất phi
tuyến
Cơ chế

21. 2.Lưỡng ổn định quang dựa trên chiết
suất phi tuyến
Hệ số phản xạ của các gương tương đối lớn nên hệ có khả năng
lưu giữ các photon ánh sáng. Khi cường độ bên ngoài giảm,
cường độ ánh sáng bên trong buồng vẫn được duy trì ở giá trị cũ
trong một khoảng thời gian nhất định nên cường độ truyền qua
trong khoảng thời gian đó vẫn lớn.
HỆ SỐ TRUYỀN
QUA

22. 2.Lưỡng ổn định quang dựa trên chiết suất phi
tuyến
HỆ SỐ TRUYỀN QUA
Suy ra:
𝑰 𝒕
𝑰 𝒊
=
𝑬 𝒕
𝟐
𝑬 𝒊
𝟐 =
𝟏
𝟏+ 𝟒𝑹/𝑻 𝟐 𝒔𝒊𝒏 𝟐 𝜹
𝟐
(13)
Đặt 𝐹 =
4𝑅
𝑇2, (13) có thể được viết lại là:
𝑰 𝒕
𝑰 𝒊
=
𝟏
𝟏+𝑭𝒔𝒊𝒏 𝟐 𝜹
𝟐
(14)
Như đã nói trên: 𝛿 = 2𝑘𝓁 =
4𝜋
𝜆
𝓁(𝑛0 + 𝑛2 𝐼) (15)
I là cường độ bên trong buồng cộng hưởng:
𝐼 =
1+𝑅
1−𝑅
𝐼𝑡 (16)
Thế (15) và (16) vào (14), ta được:
𝐼𝑡
𝐼 𝑖
=
1
1+𝐹𝑠𝑖𝑛21
[
4𝜋
𝓁𝑛0+
4𝜋
𝓁𝑛2 𝐼𝑡(1+𝑅)/(1−𝑅)]
(17)

23. 2.Lưỡng ổn định quang dựa trên chiết suất phi
tuyến
Sử dụng các tính chất của hàm sin, chúng ta cũng có thể viết:
𝑰 𝒕
𝑰 𝒊
=
𝟏
𝟏+𝑭𝒔𝒊𝒏 𝟐 𝟏
𝟐
[
𝟒𝝅
𝝀
𝓵𝒏 𝟎−𝒎𝟐𝝅+
𝟒𝝅
𝝀
𝓵𝒏 𝟐 𝑰 𝒕(𝟏+𝑹)/(𝟏−𝑹)]
(18)
Đặt: 𝛿0 =
4𝜋
𝜆
𝓁𝑛0 − 𝑚2𝜋
Γ =
4𝜋
𝜆
𝓁𝑛2(1 + 𝑅)/(1 − 𝑅)
(18) Được viết lại là:
𝑰 𝒕
𝑰 𝒊
=
𝟏
𝟏+𝑭𝒔𝒊𝒏 𝟐 𝟏
𝟐
[𝜹 𝟎+𝚪𝑰 𝒕]
(19)

24. 2.Lưỡng ổn định quang dựa trên chiết
suất phi tuyến
Cường độ chuyển mạch cao IH

25. Máy tính quang học
Ý tưởng về một loại máy tính sử dụng ánh sáng
(hay các photon) làm phương tiện mã hóa và
truyền thông tin thay cho dòng điện (hay các
electron) trong các máy tính truyền thống được
khởi xướng năm 1960. Do là, các chùm sáng tần
số khác nhau có thể cùng truyền trong một môi
trường, trong khi các dòng điện khác nhau không
thể truyền chung với nhau trong một dây dẫn . Vì
thế, máy tính quang học có khả năng xử lý thông
tin song song với tốc độ ánh sáng, nhận tín hiệu
truyền đến từ cáp quang mà không cần các bộ
chuyển đổi quang – điện.

26. Để thực hiện ý tưởng này chúng ta cần có một thiết bị quang học có
thể thực hiện được các phép toán logic cơ bản như các cổng AND,
OR, NOR, v.v….trong điện tử số.
Hay nói cách khác, thiết bị đó phải có đặc tuyến vào-ra phi tuyến và
có chức năng chuyển mạch. Hệ lưỡng ổn định quang là một ứng cử
viên thích hợp có thể đảm nhận vai trò này.
Nhỏ gọn mạnh mẽ và thân thiện với môi trường, siêu máy tính quang học đang
được nghiên cứu phát triển bởi Optalysys hứa hẹn sẽ sớm đạt được tốc độ xử lý
lên đến hàng nghìn triệu triệu phép tính một giây (exaflops)
Máy tính quang học