Luận Văn Nghiên cứu chế tạo buồng vi cộng hưởng dựa trên màng silic xốp đa lớp và ứng dụng là cảm biến hóa si

Nghiên cứu chế tạo buồng vi cộng hưởng dựa trên màng silic xốp đa lớp và ứng dụng là cảm biến hóa sinh

Mở đầu

Vào cuối những năm 40 và đầu những năm 60 của thế kỷ 20 vật lý học đã có hai đóng góp to lớn cho công nghệ - đó là tranzito và laser. Tranzito đã kích thích sự phát triển của ngành điện tử (electronics), một lĩnh vực liên quan đến sự tương tác giữa các electron và vật chất. Còn các laser mở đường vào một lĩnh vực mới gọi là quang tử (photonics) liên quan đến sự tương tác giữa các photon và vật chất. Cấu tạo chung của một laser gồm buồng cộng hưởng, nguồn bơm và môi trường khuếch đại. Trong đó buồng cộng hưởng có ảnh hưởng trực tiếp tới công suất, các tính chất phổ của bức xạ laser và đặc biệt ảnh hưởng lên các tính chất của bức xạ laser tạo ra những trạng thái phân bố xác định của trường. Buồng cộng hưởng có nhiệm vụ chủ yếu là giam giữ năng lượng của sóng điện từ trong buồng và lọc lựa bước sóng. Vì vậy, trong buồng cộng hưởng cần phải tạo ra các trạng thái dừng. Muốn buồng cộng hưởng có thể tạo ra các cấu hình dừng của trường thì chúng ta phải tử một sự phân bố ban đầu của trường trên một trong các gương , sử dụng các định luật nhiễu xạ để biến đổi và vận chuyển chúng suốt chiều dài của buồng. Sau khi phản xạ và trở về gương gốc ban đầu chúng ta phải tìm lại một sự phân bố của trường giống như phân bố khi xuất phát về biên độ cũng như về pha (sai khác một số nguyên lần 2π). Dạng trường này rất đặc biệt được gọi là mode riêng của buồng cộng hưởng .

Trong buồng cộng hưởng quang dựa trên các màng đa lớp thì các mode trong buồng cộng hưởng phụ thuộc vào chiều dày và chiết suất của các của các lớp điện môi tạo nên nó. Sự thay đổi mode trong buồng cộng hưởng đã mở ra một hướng nghiên cứu mới về ứng dụng của buồng cộng hưởng. Đó chính là dựa vào sự thay đổi các mode riêng trong buồng cộng hưởng phụ thuộc vào sự thay đổi chiết suất chúng ta có thể áp dụng vào việc chế tạo các cảm biến quang .

Hiện nay cảm biến quang cũng là một trong những ứng dụng khá quan trọng trong đời sống, nó có thể xác định được các loại chất và nồng độ của chúng thông qua sự thay đổi nhỏ của chiết xuất. Các cảm biến quang đang trên đà phát triển và thể hiện những ưu điểm vượt trội như:Kích thước nhỏ ,khối lượng nhẹ, độ nhạy cao, ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu xạ từ trường, và có độ bền cao trong các môi trường khắc nhiệt. Do đó nhiều cảm biến quang có khả năng thay thế các cảm biến truyền thống trong các ứng dụng đo thông số vật lý, hóa học hay sinh học.

Với sự phát triển của công nghệ quang tử thì việc chế tạo một buồng vi cộng hưởng với một qui trình chế tạo đơn giản và đem lại hiệu quả cao đã được thực hiện ở nhiều nước. Cùng với công nghệ điện hóa thì chúng ta có thể chế tạo được những tấm gương phản xạ bragg trên silic xốp với độ phản xạ cao một cách dễ dàng có các tính chất như tinh thể quang tử.

Tinh thể quang tử là cấu trúc không gian tuần hoàn của các vật liệu điện môi có chiết xuất khác nhau. Sự biến đổi tuần hoàn của hằng số điện môi làm xuất hiện vùng cấm trong cấu trúc vùng năng lượng của tinh thể quang tử - vùng cấm quang (Photonic band gap- PBG).Tinh thể quang tử cấm hoàn toàn các bước sóng điện từ có bước sóng trong PBG lan truyền qua nó không phụ thuộc vào sự phân cực. Trong tinh thể quang tử, thì tinh thể quang tử một chiều là đơn giản nhất. Tuy nhiên nó lại dễ chế tạo và việc áp dụng vào trong buồng vi cộng hưởng là rất phù hợp. Từ những lý do nêu ở trên và các hướng phát triển hiện nay của ngành công nghệ quang tử nên tôi đã chọn đề tài :

“Nghiên cứu chế tạo buồng vi cộng hưởng dựa trên màng silic xốp đa lớp và ứng dụng là cảm biến hóa sinh ”.