Tăng cường hiệu suất phát siêu liên tục sử dụng sợi tinh thể quang tử có tán sắc siêu phẳng

Như đã đề cập ở mục 1.1, một số nghiên cứu SCG sử dụng các PCF nền silic vẫn chưa đạt được sự cân bằng giữa điều khiển linh hoạt tán sắc, nâng cao tính phi tuyến và giảm thiểu tổn hao. Các tán sắc siêu phẳng, giá trị tán sắc nhỏ trong vùng bước sóng rộng có lợi cho nghiên cứu SCG vẫn chưa đạt được. Vì thế “Tăng cường hiệu suất phát siêu liên tục sử dụng sợi tinh thể quang tử có tán sắc siêu phẳng” là một hướng đi rất mới mẻ và triển vọng ở Việt Nam, đây là vấn đề nghiên cứu mang tính thời sự. Giải pháp của chúng tôi có thể giải quyết được các hạn chế nêu trên nhờ những ưu điểm vượt trội: + Điều khiển linh hoạt tính chất tán sắc: Đây là ưu điểm nổi bật nhất. Cấu trúc nhảy bậc với sự khác biệt kích thước giữa các vòng lỗ khí trong lớp vỏ giúp thay đổi vùng vi cấu trúc cho phép điều chỉnh chiết suất giữa lõi và vỏ một cách chính xác. Điều này dẫn đến sự linh hoạt trong điều khiển tán sắc. Chúng tôi đạt được tán sắc siêu phẳng trong dải bước sóng rộng hơn 400 nm, độ phẳng chỉ vài ps/nm.km, ZDW gần với bước sóng bơm của nguồn laze thương mại, hệ số góc của đường cong tán sắc thấp. + Cải thiện tính phi tuyến: Việc tích hợp các chất lỏng có chiết suất phi tuyến cao vào vùng lõi cho phép các tính chất phi tuyến của được cải thiện: đã đạt được diện tích mode hiệu dụng nhỏ dưới 5 µm2, hệ số phi tuyến được nâng cao đến hàng nghìn W–1.km–1 và tổn hao thấp khoảng vài chục dB/m. + Mở rộng dải bước sóng hoạt động: Sự tối ưu đồng thời giữa tán sắc và tính chất phi tuyến của PCF trong nghiên cứu của chúng tôi cho phép PCF hoạt động hiệu quả ở những dải bước sóng mới, ví dụ như vùng hồng ngoại trung bình, nơi các vật liệu truyền thống không phù hợp. Cụ thể, các phổ SCG đạt được từ 3,8 đến 6,5 µm trong vùng hồng ngoại trung bình với công suất của xung đầu vào rất thấp cỡ vài kW.

Dải phổ SCG được mở rộng từ vùng bước sóng 3,8 đến 6,5 µm trong miền hồng ngoại trung bình: là một dải phổ rất quan trọng với nhiều ứng dụng tiên tiến, đặc biệt khi nguồn phát có thể hoạt động với công suất xung rất thấp (vài kW), điều này mang lại nhiều lợi thế về hiệu quả, kích thước thiết bị và độ an toàn. Tiêu biểu như: i) Chẩn đoán y sinh và phát hiện sinh học: hồng ngoại trung bình là vùng mà nhiều phân tử hữu cơ (protein, lipid, glucose,...) có dải hấp thụ đặc trưng. Do đó nguồn SCG được tạo ra rất phù hợp để: phân tích mô và tế bào không xâm lấn; chẩn đoán ung thư hoặc bệnh lý bằng phân tích phổ hồng ngoại trung bình; cảm biến hơi thở để phát hiện các bệnh như tiểu đường, ung thư phổi. ii) Phát hiện khí và ô nhiễm môi trường: Rất nhiều khí quan trọng (CH₄, CO, CO₂, NOₓ, NH₃, H₂O...) có dải hấp thụ mạnh trong vùng 3,8 - 6,5 µm, cho phép chế tạo cảm biến khí chính xác cao và hoạt động với nguồn công suất thấp. Các cảm biến này ứng dụng trong giám sát chất lượng không khí, an toàn công nghiệp và phát hiện rò rỉ khí độc, theo dõi khí nhà kính. Với tiềm năng ứng dụng cao trong nhiều lĩnh vực, nếu được đầu tư kinh phí để xây dựng các phòng thí nghiệm nghiên cứu về PCF và SCG thì giải pháp: “Tăng cường hiệu suất phát siêu liên tục sử dụng sợi tinh thể quang tử có tán sắc siêu phẳng” giúp tối ưu hóa quá trình chế tạo PCF, có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong điều kiện của thành phố Huế nói riêng hoặc Việt nam nói chung, đặc biệt trong bối cảnh thành phố Huế là thành phố trực thuộc trung ương, có uy tín lớn về y khoa và giáo dục.

Hiệu quả kinh tế: Tiết kiệm chi phí thử nghiệm: Các kết quả mô phỏng đạt được của giải pháp giúp tiết kiệm chi phí thử nghiệm thực tế bằng cách tối ưu hóa thiết kế trước khi chế tạo. Tiềm năng thương mại hóa: Các kết quả của giải pháp góp phần thúc đẩy các nghiên cứu liên ngành giữa quang học phi tuyến và vật liệu quang tại Việt Nam. SCG có lĩnh vực ứng dụng rộng rãi, đặc biệt trong lĩnh vực y sinh và môi trường, do đó các kết quả của giải pháp giúp tăng cường sự hợp tác chặt chẽ với doanh nghiệp, tăng khả năng thương mại hóa sản phẩm, góp phần phát triển kinh tế - xã hội ở địa phương. Hiệu quả xã hội: Phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao: Nâng cao năng lực nghiên cứu cho đội ngũ cán bộ, giảng viên, học viên sau đại học của Đại học Huế trong các lĩnh vực mới như quang tử, cảm biến, vật liệu nano. Hình thành đội ngũ chuyên gia có khả năng làm chủ công nghệ mô phỏng, thiết kế và chế tạo thiết bị quang học. Thúc đẩy chuyển giao công nghệ, đổi mới sáng tạo và phát triển sản phẩm công nghệ cao trong nước. Thúc đẩy sự hợp tác nghiên cứu: Hình thành các nhóm nghiên cứu mạnh trong lĩnh vực khoa học cơ bản, khoa học cơ bản định hướng ứng dụng phù hợp với Nghị quyết 57-NQ/TW về phát triển và ứng dụng khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo đến năm 2030. Đồng thời thúc đẩy sự hợp tác chặt chẽ giữa Đại học Huế với các đơn vị nghiên cứu và đào tạo trong nước, quốc tế. Tăng uy tín khoa học của địa phương: Việc công bố trên các tạp chí khoa học uy tín trong và ngoài nước giúp nâng cao vị thế khoa học của Đại học Huế nói riêng và thành phố Huế nói chung.