1 / 34

SỰ PHÁT SÓNG HÀI BẬC 2

SỰ PHÁT SÓNG HÀI BẬC 2. Second Harmonic Generation (SHG). GVHD: Lê Thị Quỳnh Anh HV: Trịnh Thị Quỳnh Như Lê Duy Nhật. NỘI DUNG. Giới thiệu về s óng hài bậc hai Sóng hài bậc 2 Nguyên tắc Lịch sử 2. Ứng dụng Laser màu Kính hiển vi SHG Hiệu ứng bề mặt. L. . R. 2.

foster
Download Presentation

SỰ PHÁT SÓNG HÀI BẬC 2

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. SỰ PHÁT SÓNG HÀI BẬC 2 Second Harmonic Generation (SHG) GVHD: Lê Thị Quỳnh Anh HV: Trịnh Thị Quỳnh Như Lê Duy Nhật

  2. NỘI DUNG • Giới thiệu về sóng hài bậc hai • Sóng hài bậc 2 • Nguyên tắc • Lịch sử • 2.Ứng dụng • Laser màu • Kính hiển vi SHG • Hiệu ứng bề mặt

  3. L  R 2 Sóng hài bậc 2 (SHG) SHG (hay còn gọi là sự nhân đôi tần số) là quá trình phi tuyến, trong đó những photon tương tác với vật liệu phi tuyến, kết quả là tạo ra những photon mới có năng lượng gấp đôi (do đó tần số gấp đôi và bước sóng giảm một nửa so với photon ban đầu). Đây là một trường hợp của sự phát tần số tổng. SHG SHG

  4. Sóng hài bậc 2 (SHG) P = e0c(1)E + e0c(2)EE + e0c(3)EEE + … P: Độ phân cực của môi trường e0: hằng số điện môi trong chân không E: cường độ điện trường c(i): hằng số D = e0E + P = eE Trong quang phi tuyến: n2 = 1 + c(1)

  5. Sóng hài bậc 2 (SHG) • Sử dụng bước sóng λ = λ0 thì ánh sáng ra sẽ có bước sóng λ = λ0/2 • Tần số nhân đôi ω = 2ω0 Energy is conserved Cường độ điện trường tổng hợp: Rigorous solution:

  6. Điều kiện hợp pha • Chỉ khi 2k1 = k2 thì có hiệu ứng SHG ~ 100% hiệu ứng SHG có thể xảy ra nếu có sự đồng bộ về pha 2k1 = k2 2k1 ≠ k2

  7. Water Second Harmonic Generation (SHG) 347nm Fundamental Laser Light 694nm Quartz Lịch sử phát triển ** Năm 1961, với sự ra đời của tia laser, P.A.Frankin, A.E. Hill, C.W.Peters và G. Weinreich (đại học Michigan, Ann Arbor) phát hiện ra hiện tượng phát sóng hài bậc 2. P. A. Frankin ** Leslie Loew và Paul Pampagnola (trường đại học Connecticut) đã ứng dụng SHG để thu ảnh của phân tử. ** Joshua Salafsky đi tiên phong việc sử dụng kỹ thuật trong việc nghiên cứu phân tử sinh học bằng việc đánh dấu chúng với thẻ hoạt động SH

  8. ỨNG DỤNG • Khoa học vật liệu • Sinh học • Tìm kiếm tinh thể photonic có nguồn gốc từ vật liệu sinh học • Ảnh của các mô • Hiệu ứng bề mặt

  9. Khoa học vật liệu Tính chất của vật liệu GaN Với Laser Cr:Foxterite1230 SHG ở 615-nm Trường áp điện tăng Không cộng hưởng.

  10. Có thể sử dụng buồng cộng hưởng để tăng hiệu ứng SHG. Bố trí thí nghiệm

  11. KÍNH HIỂN VI • Kính hiển vi: • Độ tương phản • Độ phân giải • Độ xuyên sâu • Tính không xâm nhập • KÍNH HIỂN VI CẢI TIẾN • Kính hiển vi trường tối • Kính hiển vi DIC hay PC • Kính hiển vi huỳnh quang • Kính hiển vi hội tụ • Kính hiển vi sóng hài

  12. KÍNH HIỂN VI

  13. KÍNH HIỂN VI SHG (SHG microscopy) • Độ suy giảm thấp nhất ở bước sóng khoảng 1200 đến 1300 nm • Xuyên sâu trong mẫu sinh vật • Có tác dụng trong vùng ánh sáng khả kiến • Giảm huỳnh quang • Không làm hỏng ảnh • Thích hợp với chất xơ, sợi • Không nhạy với đầu thu silic Vỏ hành Bì lợn

  14. KÍNH HIỂN VI SHG (SHG microscopy)

  15. Ứng dụng trong sinh học Tinh thể photonic từ vật liệu sinh học

  16. Sự phân bào bì phôi cá ngựa SHG: Tinh thể hóa dãy vi cấu trúc hình ống Thu nhỏ sau khi vi cấu trúc hình ống phân tán.

  17. SHG của tinh bột

  18. SHG trong sợi gân SHG từ protein, không phải từ đạm

  19. KẾT LUẬN (KÍNH HIỂN VI SHG) Độ tương phản tăng lên đáng kể Độ phân giải: 400nm Độ xuyên sâu >1.5mm Tính không xâm nhập Quan sát được thời kỳ phôi kéo dài Vẽ nên các tính chất của vật liệu Thể hiện điện trường 3 chiều Tìm kiếm tinh thể photonic có nguồn gốc sinh học Phát triển ngành sinh vật học (SHG rất nhạy với cấu trúc phân tử) Nghiên cứu màng mỏng Động lực học Hiển thị cường độ điện trường Đầu dò hiệu ứng nhiệt Ảnh sâu bên trong của mô

  20. Sự hấp thụ của ion thiocyanate ở lớp phân cách dodecanol/nước bằng UV SHG • Cơ sở lý thuyết: • 1.1 Giới thiệu chung • 1.2 Hấp phụ và kiểu hấp phụ Langmuir • 1.3 Cấu trúc Dodecanol/nước • Kết quả và thảo luận • Phổ hấp thụ UV của NaSCN • Phổ cường độ SHG theo nồng độ • Phổ cường độ SHG theo nồng độ NaSCN • Phổ cường độ SHG theo nồng độ KSCN • Kết luận:

  21. 1.1 Giới thiệu chung Những kết quả thực nghiệm và lý thuyết gần đây đã chứng minh độ xếp chặt của phân tử được thiết lập do sự sắp xếp cô đặc của các ion tại bề mặt. Sự liên kết của ion ở bề mặt là quá trình kết hợp phức tạp của các phân tử (complex molecules). Hiện tượng phát sóng hài bậc 2 cộng hưởng tử ngoại (resonant UV second harmonic generation) là do các ion thiocyanate (SCN- ) dao động mạnh (strongly chaotropic) hấp phụ ở lớp bề mặt giữa nước và lớp đơn dodecanol. Năng lượng tự do của hấp phụ Gibbs (Gibbs free energy of adsorption) được xác định là – 6.7 ± 1.1 kJ/mol (NaSCN) and – 6.3 ± 1.8 kJ/mol (KSCN). Sự trùng hợp về giá trị ở trên quyết định (determined) là do tính chất của thiocyanate (SCN- ) bề mặt giữa không khí và nước. Nếu nồng độ ≥ 4M thì tín hiệu SHG cộng hưởng sẽ tăng gián đoạn, chứng tỏ rằng có sự thay đổi cấu trúc ở một vùng ở bề mặt. Ái lực điện tử của các ion khác nhau ở lớp bề mặt đã được Chen nghiên cứu bằng cách dùng phổ dao động tần số tổng (vibrational sum frequency spectroscopy (VSFS))

  22. 1.2 Hấp phụ và kiểu hấp phụ Langmuir • Hấp phụ là quá trình tụ tập (chất chứa, thu hút…) các phân tử khí, hơi hoặc các phân tử, ion của chất tan lên bề mặt phân chia pha. Bề mặt phân chia pha có thể là lỏng – rắn, khí – lỏng, khí – rắn. Chất mà trên bề mặt của nó có sự hấp phụ xảy ra gọi là chất hấp phụ, còn chất mà được tụ tập trên bề mặt phân chia pha được gọi là chất bị hấp phụ. • Trong quá trình hấp phụ, năng lượng tự do bề mặt của hệ giảm, nghĩa là G < 0. Đồng thời độ hỗn độn của hệ giảm (do các tiểu phân của các chất bị hấp phụ trên bề mặt chất hấp phụ được sắp xếp một cách có trật tự) nghĩa là S < 0. Do đó từ phương trình năng lượng của công thức GIBBS (Thế đẳng áp đẳng tích). • G = H – T.S < 0. • Từ đó suy ra: H < 0. • Nghĩa là quá trình hấp phụ là quá trình tỏa nhiệt. Điều này hoàn toàn phù hợp với thực nghiệm. Hiệu ứng nhiệt của quá trình hấp phụ được gọi là nhiệt hấp phụ.

  23. 1.2 Hấp phụ và kiểu hấp phụ Langmuir Hấp phụ vật lý: Các nguyên tử bị hấp phụ liên kết với những tiểu phân (nguyên tử, phân tử, các ion…) ở bề mặt phân chia pha bởi lực liên kết vander walls yếu. Nói một cách khác, trong hấp phụ vật lý các phân tử của chất bị hấp phụ và chất hấp phụ không tạo thành hợp chất hóa học (không hình thành các liên kết hóa học) mà chỉ bị ngưng tụ trên bề mặt phân chia pha và bị giữ lại trên bề mặt bằng lực liên kết phân tử yếu(lực vander walls) và liên kết hiđro. Sự hấp phụ vật lý luôn luôn thuận nghịch. Nhiệt hấp phụ không lớn. Hấp phụ hóa học: Có những lực hóa trị mạnh (do các liên kết bền của liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí…) liên kết những phân tử hấp phụ và những phân tử bị hấp phụ tạo thành những hợp chất hóa học trên bề mặt phân chia pha. Nói một cách khác hấp phụ hóa học xảy ra khi các phân tử hấp phụ tạo hợp chất hóa học với các phân tử bị hấp phụ và hình thành trên bề mặt phân chia pha (bề mặt pha hấp phụ). Lực hấp phụ hóa học khi đó là lực liên kết hóa học thông thường (liên kết ion, liên kết cộng hóa trị, liên kết phối trí…) sự hấp phụ hóa học luôn luôn bất thuận nghịch.

  24. 1.2 Hấp phụ và kiểu hấp phụ Langmuir • Hấp phụ đẳng nhiệt của Langmuir: • Trong quá trình hấp phụ những phân tử khí bị hấp phụ sẽ ở lại trên bề mặt hạt xúc tác trong một thời gian nhất định để tiếp nhận năng lượng và thực hiện quá trình nhả hấp phụ. Quá trình hấp phụ và quá trình nhả hấp phụ xảy ra đồng thời cho đến khi hạt phản ứng đạt được trạng thái cân bằng. • Để thiết lập được phương trình động học cho quá trình hấp phụ, Langmuir đã đưa ra một số điều kiện sau (thuyết hấp phụ đẳng nhiệt của Langmuir): • Tất cả các tâm hoạt hóa đều có tính chất như nhau. • Số tâm hoạt hóa không thay đổi theo thời gian. • Mỗi tâm hoạt hóa chỉ có thể hấp phụ một phân tử bị hấp phụ. • Giữa các phân tử bị hấp phụ không có tác động qua lại.

  25. 1.2 Hấp phụ và kiểu hấp phụ Langmuir Löïc haáp phuï - Adsorptive Forces

  26. 1.3 Cấu trúc Dodecanol/nước Dodelcanol là một hydro cacbon no có nhóm chức của rượu (OH-). Cấu trúc nội tại của Dodecanol/nước là một chuỗi dài liên kết của dodecanol và nước ở lớp phân cách của 2 chất. Diện tích bề mặt của phân tử dodecanol -1 trên bề mặt nước là 20 Angron2. Dùng phổ tia X người ta khẳng định dodecanol nằm dọc (thẳng đứng) so với bề mặt nước. Do đó gốc OH- của dodecanol có thể liên kết với nguyên tử H của nước. Dodecanol -1 có trong chất béo (alipphatic chain). Vì vậy mà người ta sử dụng phổ dao động tần số tổng (VSFS - vibrational sum frequency spectroscopy) để xác định rõ chỗ hỏng (khuyết tật) của các chất béo nhờ vào sự chuyển đổi pha 2D theo nhiệt độ (Tm(2D)) Sự hấp thụ bề mặt của thiocyanate tại bề mặt thiocyanate/nước không làm gián đoạn mật độ của thiocyanate và tính định hướng của lớp đơn dodecanol.

  27. Phổ hấp thụ UV của NaSCN UV absorption spectrum of aqueous sodium thiocyanate. (Phổ hấp thụ UV của NaSCN)

  28. Phổ cường độ SHG theo nồng độ Cường độ SHG phụ thuộc vào bản chất của lớp đơn dodecanol/nước. Cường độ SHG tăng lên rõ nét khi nồng độ ion tăng. SHG response for NaSCN and KSCN solutions plotted as a function of bulk concentration

  29. Phổ cường độ SHG theo nồng độ NaSCN, KSCN SHG response for NaSCN (A) and KSCN (B) solutions and the corresponding Langmuir fits

  30. Kết luận: Sự hấp thụ ion âm ở bề mặt của lớp đơn của chuỗi rượu và nước, sử dụng cộng hưởng SHG do sự hỗn độn (hỗn loạn) mạnh của ion thiocyanate. Phép phân tích Langmuir chỉ ra rằng sự biểu hiện của ion thiocyanate phụ thuộc vào nồng độ thể tích. Các ion dương đồng nhất có hiệu ứng ái lực nhỏ lên các ion thiocyanate ở bề mặt. Kết quả đã tìm ra bề mặt nước/chất béo, ví dụ từ sự hấp thụ của ion thiocyanate người ta hy vọng có thể hấp thụ nhiều OH ở thành tế bào. Ở nồng độ cao, cường độ SHG tăng một cách gián đoạn. Ở nồng độ thấp cho thấy có sự thay đổi trong cấu trúc bề mặt. Phép phân tích với nồng độ cao có liên quan đến ngành sinh lý học.

  31. Tài liệu tham khảo: • Giáo trình Quang phi tuyến _Trần Tuấn_NXB ĐHQG Tp HCM • Hiệu ứng quang học phi tuyến_ Trần Tuấn_Lê Văn Hiếu_ NXB ĐHQG Tp HCM • www.pnas.org/cdi/doi/10.1073/pnas.0904800106 • Adsorption of thiocyanate ions to the dodecanol/water interface characterized by UV second harmonic generation - Robert M. Onoratoa, Dale E. Ottena, and Richard J. Saykallya,b,1 - Department of Chemistry, University of California, Berkeley, CA 94720; and bChemical Sciences Division, Lawrence Berkeley National Laboratory, Berkeley, CA 94618 • Các bài viết khác

  32. Cảm ơn sự quan tâm theo dõi của cô và các bạn.

More Related