Buồng cộng hưởng của laser bán dẫn là một phần quan trọng của hệ thống laser bán dẫn. Nó được thiết kế để tạo ra sự cộng hưởng và gia tăng cường độ của tia laser. Buồng cộng hưởng có thể được chia thành hai loại chính: buồng cộng hưởng ngang và buồng cộng hưởng dọc. Buồng cộng hưởng ngang (FabryPerot cavity): Loại buồng này bao gồm hai gương phản xạ ở hai đầu của nó. Tia sáng được phản xạ đi lại qua mỗi gương và tạo ra sự cộng hưởng trong buồng. Gương phản xạ dạng như gương phản xạ toàn bộ hoặc được tráng phủ một lớp phân cực phù hợp để tăng hiệu suất phản xạ. Buồng cộng hưởng dọc (Vertical cavity surfaceemitting laser VCSEL): Loại buồng này có một cấu trúc gồm một lớp mỏng semiconductor bán dẫn giữa hai gương phản xạ hoạt động như một gặtrung để tạo ra sự cộng hưởng. Tia laser được phát ra vuông góc với mặt phẳng của nó, điều này giúp việc tích hợp trong các ứng dụng quang học và viễn thông dễ dàng hơn. Cả hai loại buồng cộng hưởng đều thúc đẩy sự phát triển của các laser bán dẫn với hiệu suất và khả năng tích hợp cao. Chúng cũng có khả năng điều chỉnh dễ dàng độ phân cực và bước sóng, tạo ra các tia laser chính xác cho các ứng dụng khác nhau.
Chương Vật liệu từ phi từ 4.1 Nguồn gốc từ tính vật liệu Chương Vật liệu từ phi từ 4.2 Nghịch từ thuận từ 4.3 Sắt từ 4.4 Vật liệu phi từ 4.1 Nguồn gốc từ tính vật liệu ➢ Năm 1820, Amper giả thiết: từ tính vật liệu liên quan đến dịng điện trịn khơng tắt dần => tượng từ liên quan đến tương tác dòng điện phân tử ➢ Đầu kỷ 20, Rutherford xây dựng mơ hình ngun tử: điện tử quay xung quanh hạt nhân ➢ Thuyết lượng tử: Nếu coi nguyên tử phần tử nhỏ bé cấu tạo nên vật chất hình thành từ tính ngun tử nguồn gốc tính chất từ vật liệu 4.1 Nguồn gốc từ tính vật liệu 4.1.1 Mô men từ electron ➢ Các điện tử (electron) quay quanh hạt nhân giống dòng điện tròn gây mô men từ quỹ đạo điện tử: 𝑃𝑚𝐿 ➢ Tần số quay điện tử: 𝑓 = ➢ Dòng điện điện tử: i = e T 𝐿 𝑣 2𝜋𝑟 𝜔 𝑣Ԧ = e 𝑓 = 𝑟Ԧ 𝑒.𝑣 2𝜋𝑟 ➢ Mô men động lượng điện tử : 𝐿 = 𝑟Ԧ × 𝑚𝑣Ԧ = 𝑚 𝑟 𝜔 ➢ Mô men từ quỹ đạo điện tử: 𝑃𝑚𝐿 i + 𝑛 𝑒 2 Ԧ = 𝑖 𝑆𝑑𝑡 = 𝑒 𝑓 𝜋𝑟 𝑛 = − 𝑟 𝜔 = − 𝑒 𝐿 2𝑚 4.1 Nguồn gốc từ tính vật liệu 4.1.1 Mơ men từ electron ➢ Hệ số từ (hệ số hồi chuyển): γ = 𝑃𝑚𝐿 𝐿 = 𝑒 − 2𝑚 ➢ Độ lớn mô men động lượng điện tử: 𝐿 = ℏ 𝑙(𝑙 + 1) với 𝒍 số lượng tử quỹ đạo (𝑙 = 0, 1, 2, 3, …) ➢ Độ lớn mô men từ quỹ đạo điện tử: 𝑃𝑚𝐿 = ➢ Hình chiếu 𝑃𝑚𝐿 lên phương z: 𝑃𝑚𝐿 𝑧 = 𝑒 2𝑚 𝑒ℏ 𝑚; 2𝑚 𝑙 𝐿 = 𝑒ℏ 2𝑚 𝑙(𝑙 + 1) 𝒎𝒍 số lượng tử hình chiếu mơ men động lượng trục z hay gọi số lượng tử từ quỹ đạo ( 𝑚𝑙 = 0, ±1, ±2, … , ±𝑙) ℏ = ℎ , 2𝜋 ℎ = 6,6238 10−34 𝐽 𝑠 4.1 Nguồn gốc từ tính vật liệu 4.1.1 Mơ men từ electron ➢ Eleectron tự quay quanh nên có mơ men từ spin có giá trị lớn gấp hai lần mô men từ quỹ đạo: 𝑃𝑠 = 𝑒ℏ 𝑚 𝑒 − 𝑆Ԧ 𝑚 độ lớn: 𝑃𝑠 = 𝑒 𝑚 𝑆Ԧ = 𝑠(𝑠 + 1) s số lượng tử spin đặc trưng cho trạng thái electron Theo phương z có: 𝑃𝑠 𝑒ℏ 2𝑚 𝑧 = 𝑒ℏ 𝑚𝑠 𝑚 = 𝑒ℏ ± 2𝑚 = ±𝜇𝐵 𝑚𝑠 = ± số lượng tử spin 𝜇𝐵 = = 0,927 10−23 𝐴 𝑚2 magneton Bohr – đơn vị đo từ độ nguyên tử 4.1 Nguồn gốc từ tính vật liệu 4.1.1 Mơ men từ electron ➢ Nguyên tử có lớp vỏ có nhiều electron, mơ men từ quỹ đạo mơ men từ spin tổng mô men từ electron riêng lẻ ➢ Nguyên tử có lớp vỏ electron lấp đầy có mơ men từ khơng ➢ Trong trường hợp hợp chất, electron thuộc nhiều nguyên tử toàn mạng (electron tự do), từ tính electron giải thích theo thuyết vùng lượng 4.1 Nguồn gốc từ tính vật liệu 4.1.3 Mô men từ tổng hợp nguyên tử ➢ Mô men từ quỹ đạo tổng cộng: 𝑃𝐿 = σ𝑖 𝑝Ԧ𝑚𝑖 : 𝑃𝐿 = σ𝑖 𝑝𝑚𝑖 = 𝑒ℏ 2𝑚 𝐿(𝐿 + 1) với 𝐿 = σ𝑖 𝑙𝑖 mô men động lượng tổng cộng electron ➢ Mô men từ spin tổng cộng: 𝑃𝑆 = σ𝑖 𝑝Ԧ𝑠𝑖 : 𝑃𝑆 = σ𝑖 𝑝𝑠𝑖 = 𝑒ℏ 𝑚 𝑆(𝑆 + 1) với S = σ𝑖 𝑠𝑖 tổng số lượng tử trạng thái ➢ Mô men từ tổng cộng nguyên tử: 𝑃𝐽 = 𝑃𝐿 + 𝑃𝑆 : 𝑃𝐽 = 𝑃𝐿 + 𝑃𝑆 = 2𝑺); 𝑳 = ℏ 𝐿(𝐿 + 1) 𝑺 = ℏ 𝑆(𝑆 + 1) 𝑒 (𝑳 2𝑚 + 4.1 Nguồn gốc từ tính vật liệu 4.1.3 Mô men từ tổng hợp nguyên tử ➢ J số lượng tử mơ men động lượng tồn phần electron: 𝐽 = 𝐿 + 𝑆, 𝐿 + 𝑆 − 1, 𝐿 + 𝑆 − 2, … , 𝐿 − 𝑆 ➢ 𝑃𝐽 = 𝑔𝜇𝐵 𝐽(𝐽 + 1); Chiếu lên trục z: 𝑃𝐽 ➢ 𝑔 =1+ 𝐽 𝐽+1 +𝑆 𝑆+1 −𝐿(𝐿+1) 2𝐽(𝐽+1) 𝑧 = 𝑔𝜇𝐵 𝑚𝐽 thừa số Lande, thừa số tách mức từ ➢ 𝑚𝐽 = 0, ±1, ±2, … , ±𝐽 số lượng tử hình chiếu mơ men động lượng tồn phần 4.1 Nguồn gốc từ tính vật liệu 4.1.3 Mơ men từ tổng hợp nguyên tử ➢ Trạng thái bản, số lượng tử S, L, J xác định quy tắc Hund, áp dụng cho electron lớp cho trước nguyên tử sau: ➢ Spin tồn phần S có giá trị cực đại thỏa mãn nguyên lý loại trừ Pauli – trạng thái ứng với số lượng tử 𝑛, 𝑙, 𝑚𝑙 , 𝑚𝑠 có electron chiếm chỗ ➢ Mơ men quỹ đạo L có giá trị cực đại phù hợp với giá trị S ➢ Mơ men động lượng tồn phần J = L – S lớp lấp đầy chưa đến , J = L + S 2 lớp lấp đầy J = S (L = 0) lớp lấp đầy 4.3 Sắt từ 4.3.2 Bán chất từ tính vật liệu sắt từ a) Lý thuyết Weiss (thuyết miền từ hóa tự nhiên) ➢ Lý thuyết Weiss (1907) xem thuyết cổ điển sắt từ ➢ Weiss giả thiết chất sắt từ từ hóa có tồn trường nội phân tử, từ trường ngồi chất sắt từ từ hóa đến bão hịa 4.3 Sắt từ 4.3.2 Bán chất từ tính vật liệu sắt từ a) Lý thuyết Weiss (thuyết miền từ hóa tự nhiên) ➢ Trong trạng thái khử từ (H = 0) mômen từ tổng cộng sắt từ không vật chia thành vùng vi mô riêng lẻ, gọi đơmen (hay vùng từ hóa tự nhiên), bên vùng mômen từ nguyên tử hướng song song với mômen từ vùng khác hướng khác nên tổng mômen từ vật không 4.3 Sắt từ 4.3.2 Bán chất từ tính vật liệu sắt từ a) Lý thuyết Weiss (thuyết miền từ hóa tự nhiên) ➢ Trong q trình từ hóa vật, từ trường ngồi có tác dụng định hướng mômen từ đômen Điều giải thích cần từ trường nhỏ từ hóa bão hịa sắt từ 4.3 Sắt từ 4.3.2 Bán chất từ tính vật liệu sắt từ a) Lý thuyết Weiss (thuyết miền từ hóa tự nhiên) ➢ Kích thước đơmen tùy thuộc vào loại sắt từ, có đường kính từ 0,5-1,5 µm (nếu xem chúng có dạng hình cầu) ➢ Giữa đơmen có vách ngăn, thường gặp loại vách ngăn Block (vách 180o- đơmen liền kề vách ngăn có mơmen từ định hướng đối song với nhau) Sơ đồ cấu trúc đômen sắt từ, vùng vách ngăn Các véctơ mômen từ (mũi tên) định hướng đối song song cặp dẫn đến từ độ toàn vật không 4.3 Sắt từ 4.3.2 Bán chất từ tính vật liệu sắt từ a) Lý thuyết Weiss (thuyết miền từ hóa tự nhiên) ➢ Khi qua vách ngăn mômen từ tự động quay 180o để trùng hướng với mômen từ kế bên Sự xoay hướng véctơ mômen từ vách Bloch hai đơmen 4.3 Sắt từ 4.3.2 Bán chất từ tính vật liệu sắt từ a) Lý thuyết Weiss (thuyết miền từ hóa tự nhiên) ➢ Thực nghiệm xác minh tồn đômen từ việc quan sát xếp theo trật tự xác định chất lỏng từ trải bề mặt vật sắt từ (phương pháp Bitter) 4.3 Sắt từ 4.3.2 Bán chất từ tính vật liệu sắt từ a) Lý thuyết Weiss (thuyết miền từ hóa tự nhiên) ➢ Khi từ hóa chất sắt từ, ban dầu trình dịch chuyển vách ngăn ➢ Các vùng có mơmen từ hướng gần trùng với từ trường ngồi H lớn dần lên cịn vùng mà mơmen từ chúng khơng trùng với phương từ hóa thu hẹp dần biến mất, từ trường từ hóa tăng dần lên 4.3 Sắt từ 4.3.2 Bán chất từ tính vật liệu sắt từ a) Lý thuyết Weiss (thuyết miền từ hóa tự nhiên) ➢ Khi từ trường từ hóa H đủ lớn, cịn vùng có mơmen từ gần trùng với phương H ➢ Nếu tiếp tục tăng H mơmen từ thực trình quay để định hướng hoàn toàn song song chiều với từ trường từ hóa, lúc từ độ mẫu đạt tới giá trị bão hòa 4.3 Sắt từ 4.3.2 Bán chất từ tính vật liệu sắt từ a) Lý thuyết Weiss (thuyết miền từ hóa tự nhiên) ➢ Vì trình dịch chuyển vách quay mơmen từ từ trường H lớn có tính chất bất thuận nghịch nên ngắt từ trường mơmen từ đơmen giữ lại định hướng định, không trở lại trạng thái hỗn loạn ban đầu Đó ngun nhân tính từ dư sắt từ 4.3 Sắt từ 4.3.2 Bán chất từ tính vật liệu sắt từ a) Lý thuyết Weiss (thuyết miền từ hóa tự nhiên) ➢ Muốn khử từ mẫu (làm triệt tiêu cảm ứng từ dư) phải từ hóa vật theo chiều ngược lại để phá vỡ định hướng có trật tự mômen từ (khử từ từ trường), phải nung nóng vật lên để phá vỡ cấu trúc đômen chúng (khử từ nhiệt) ➢ Nhiệt độ Curie TC giới hạn tồn đômen sắt từ, giới hạn (T > TC) sắt từ trở thành thuận từ 4.3 Sắt từ 4.3.2 Bán chất từ tính vật liệu sắt từ b) Thuyết lượng tử tính sắt từ ➢ Lý thuyết Weiss khơng giải thích xác nguồn gốc trường phân tử sắt từ Vậy chất trường Weiss yếu tố định trật tự từ sắt từ? ➢ Heisenberg Frenkel người đưa giả thiết chất trường Weiss tương tác trao đổi điện tử thuộc nguyên tử cấu thành chất rắn ➢ Tương tác trao đổi biểu thị ảnh hưởng định hướng spin lên lượng hệ, có nguồn gốc tương tác tĩnh điện 4.3 Sắt từ 4.3.3 Vật liệu từ cứng vật liệu từ mềm 4.3 Sắt từ 4.3.3 Vật liệu từ cứng vật liệu từ mềm 4.3 Sắt từ 4.3.4 Vật liệu phản sắt từ Ferit 4.4 Vật liệu phi từ