Chuyên ngành Quang học

(Theo chương trình đào tạo của Trường ĐH Khoa học tự nhiên – ĐHQGHN)

Tên chuyên ngành: QUANG HỌC (Optics)

Tên ngành: Vật lý (Physics)

Bậc đào tạo: Thạc sĩ

Tên văn bằng: Thạc sĩ Vật lý

Đối tượng được đăng kí dự thi Thạc sĩ:

Công dân nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam có đủ các điều kiện quy định dưới đây được dự thi đào tạo thạc sĩ:

*Về văn bằng :

Người dự thi cần thỏa mãn một trong các điều kiện sau đây:

- Có văn bằng tốt nghiệp đại học ngành đúng hoặc phù hợp với ngành đăng kí dự thi.

Riêng đối với ngành ngoại ngữ, nếu người dự thi đăng kí theo ngành ngoại ngữ của bằng tốt nghiệp hệ đại học không chính quy thì cần thêm bằng tốt nghiệp đại học hệ chính quy thuộc ngành ngoại ngữ khác.

- Có bằng tốt nghiệp đại học hệ chính quy ngành gần với ngành đăng kí dự thi đã học bổ sung kiến thức các môn học hay các học phần để có trình độ tương đương với bằng tốt nghiệp đại học ngành đúng. Nội dung, khối lượng (số tiết) các môn học bổ sung do các trường đại học được giao nhiệm vụ đào tạo cao học các ngành này quy định.

* Về thâm niên công tác:

- Người có bằng tốt nghiệp đại học loại khá trở lên, ngành tốt nghiệp đúng hoặc phù hợp với ngành đăng kí dự thi, được dự thi ngay sau khi tốt nghiệp đại học.

- Những trường hợp còn lại phải có ít nhất hai năm kinh nghiệm làm việc trong lĩnh vực chuyên môn đăng kí dự thi, kể từ khi tốt nghiệp đại học (tính từ ngày Hiệu trưởng kí quyết định công nhận tốt nghiệp) đến ngày đăng kí dự thi.

Mục tiêu đào tạo

* Về kiến thức: Bổ sung và nâng cao những kiến thức đã học ở bậc đại học về lí thuyết và thực nghiệm, trang bị cho học viên cao học những kiến thức cập nhật, hiện đại về cấu trúc phổ nguyên tử, phân tử, vật lý laser, quang học vật liệu, quang phi tuyến, quang học hiện đại những ứng dụng của nó trong thông tin quang và các khoa học ứng dụng khác.

* Về kĩ năng: Trang bị cho học viên cao học các phương pháp nghiên cứu lý thuyết và các phương pháp phân tích phổ hiện đại: khuếch đại lock-in, boxca, CCD… Biết xử lý và đánh giá những kết quả thực nghiệm thu được.

* Về năng lực: Học viên cao học sau khi tốt nghiệp chuyên ngành Quang học có khả năng tham gia giải quyết những vấn đề nghiên cứu trong lĩnh vực quang học và quang lượng tử. Họ có khả năng giảng dạy và nghiên cứu tại các trường đại học, cao đẳng, các cơ quan nghiên cứu, các cơ quan sản xuất, kinh doanh có ứng dụng quang học, quang phổ.

* Về nghiên cứu: Các học viên cao học sau khi tốt nghiệp có thể tham gia hoặc chủ trì các hướng nghiên cứu: Quang học vật liệu, vật lý laser, thông tin quang, xung cực ngắn…

Danh mục các môn học và số tín chỉ

TT	Tên môn học (ghi bằng tiếng Việt và tiếng Anh)	Số tín chỉ
I	Khối kiến thức chung	11
1	Triết học (Phylosophy)	4
2	Ngoại ngữ chung (Foreign language for general purpose)	4
3	Ngoại ngữ chuyên ngành (Foreign language for specific purpose)	3
II	Khối kiến thức cơ sở và chuyên ngành	33
	II.1. Các học phần bắt buộc	31
4	Toán cho vật lý (Mathematic for phyics)	3
5	Tin cho vật lý (Information for phyics)	3
6	Lý thuyết trường lượng tử (Quantum field theory)	3
7	Cơ sở quang học phi tuyến (Fundamentals of nonlinear optics)	2
8	Quang học phi tuyến ứng dụng (Applied nonlinear optics)	2
9	Cấu trúc phổ nguyên tử II (Atomic spectral structure II)	2
10	Quang phổ phân tử nhiều nguyên tử (Molecular spectroscopy)	2
11	Vật lý laser II (Laser physics II)	2
12	Các loại laser và ứng dụng (Lasers and application )	2
13	Thông tin quang II (Fiber optics communications II)	2
14	Laser bán dẫn và khuếch đại quang (Semiconductor laser and optical amplification)	2
15	Kỹ thuật laser (Laser engineering)	2
16	Quang học hiện đại II (Modern optics II)	2
17	Thực tập chuyên ngành I (Practice I)	2
	II.2. Các học phần lựa chọn	2/12
18	Laser xung cực ngắn I (Ultral- short pulsed lasers)	2
19	Thực tập chuyên ngành II (Practice II)	2
20	Quang học vật liệu I (Optical properties of materials I)	2
21	Holography (Holography)	2
22	Quang tích hợp (Integrated optics)	2
23	Đo lường trong quang phổ học (Measurements in spectroscopy)	2
III	Luận văn tốt nghiệp (Thesis)	15
	Tổng: 59 tín chỉ

Tóm tắt nội dung môn học

* Cơ sở quang học phi tuyến

Dưới tác dụng của điện trường ánh sáng cường độ mạnh (chùm laser) môi trường thể hiện các thuộc tính khác với các hiện tượng quang học truyền thống đã biết .Ví dụ ánh sáng có thể tự hội tụ, tần số ánh sáng truền qua môi trường có thể được nhân hai, nhân ba, các tần số tổn ,tần số hiệu có thể hình thànhv.v…. Đó là các hiệu ứng quang học phi tuyến . Giáo trình này cung cấp các kiến thức cơ sở về Quang học phi tuyến. Nguồn gốc hiệu ứng quang học phi tuyến là các độ cảm phi tuyến sẽ được trình bày cùng với các môi trường có độ nhạy phi tuyến quang học cao hay gặp trong thực tế. Các phương trình liên kết và độ phân cực phi tuyến mô tả các hiệu ứng quang học phi tuyến sẽ được đề cập. Một số hiệu ứng quang học phi tuyến cơ bản liên quan đến độ cảm phi tuyến bậc hai và bậc ba được xem xét cùng với điều kiện tương hợp pha- một điều kiện cần thiết để có được hiệu suất biến đổi phi tuyến cao sẽ được phân tích trong giáo trình này.

* Quang học phi tuyến ứng dụng

Các hiệu ứng quang học phi tuyến đã nhanh chóng được đưa vào ứng dụng trong nghiên cứu khoa học và trong công nghệ cao. Trước hết đó là hiệu ứng phát hòa ba bậc hai (SHG) với các ứng dụng dùng để nhân tần số laser ( Tạo hòa ba bậc hai , bậc ba ,bậc bốn..). Nhờ hiệu ứng phát tần số tổng (SFG) có thể tạo ra các máy phát tham số (OPO) bộ khuếch đại tham số (OPA) cung cấp các chùm laser có bước sóng điều hưởng trong miền phổ rộng. Điều này làm mở rộng khả năng ứng dụng của laser trong thực tiễn như là một nguồn sáng kết hợp có bước sóng thay đổi liên tục. Bằng hiệu ứng quang học phi tuyến có thể tạo ra các super continuum (ánh sáng trắng) có ích trong kĩ thuật laser. Gần đây, sự phát hoà ba quang học bậc hai (SHG) và phát tần số tổng (SFG) đã tỏ ra là một công cụ khảo sát bề mặt hết sức đa năng với độ nhạy và đặc trưng bề mặt cao đặc biệt thích hợp để nghiên cứu trạng thái bề mặt cấu trúc nano. Các kĩ thuật IV-SFG (Infrared-Visible Sum-Frequency Generation) và DR VI-SFG ( Doubly Resonant VI-SFG) sẽ được đề cập như là một phương tiện của quang phổ học quang học phi tuyến bề mặt (Surface Nonliear Optical Spectroscopy) . Giáo trình cũng đề cập đến hầu hết các quá trình tỏn xạ Raman phi tuyến phổ biến gồm tán xạ Hyper Raman (không kết hợp) và nhiều dạng tán xạ Raman phi tuyến kết hợp. Những thiết bị cần thiết để thực hiện một loạt các thể loại quang phổ học laser phi tuyến này và một số ứng dụng của chúng sẽ được giới thiệu.

* Cấu trúc phổ nguyên tử II

+ Cơ sở của việc hệ thống hoá phổ của các nguyên tử và iôn có 2 điện tử ở lớp ngoài cùng, phổ của các nguyên tử có các điện tử p,d,f và bảng phân hạng tuần hoàn Mendeleep

+ Hiệu ứng Zeeman thường, dị thường trong từ trường yếu, từ trường mạnh, hiệu ứng Stark.

+ Cấu tạo siêu tinh tế của các vạch quang phổ và phổ tia X .

* Quang phổ phân tử nhiều nguyên tử

+ Sự quay, các mức năng lượng quay và phổ quay (hấp thụ hồng ngoại xa và tán xạ Raman) của phân tử nhiều nguyên tử loại con quay cầu, con quay đối xứng và không đối xứng.

+ Phương pháp giải bài toán dao động của phân tử nhiều nguyên tử theo quan điểm cổ điển, lượng tử và phương pháp dùng toạ độ đối xứng

+ Phân loại dao động của phân tử theo toạ độ đối xứng và khảo sát phổ dao động (hấp thụ hồng ngoại gần và tán xạ Raman) của phân tử nhiều nguyên tử

+ Các trạng thái điện tử, phổ điện tử và cấu trúc dao động của phổ điện tử của phân tử nhiều nguyên tử

* Vật lý laser II

+ Những vấn đề chung của quang phổ học laser về những ưu điểm cơ bản của quang phổ học laser, một số phương pháp của quang phổ học laser tuyến tính như: phương pháp hấp thụ trong buồng cộng hưởng, phương pháp âm quang, phương pháp huỳnh quang.

+ Một số vấn đề của quang phổ học laser phi tuyến: quang phổ học hấp thụ bão hoà, qaung phổ học laser Raman cũng như những phương pháp của quang phổ học phân giải thời gian ns, ps, fs và ứng dụng của chúng.

* Các loại laser và ứng dụng

Giáo trình giới thiệu các loại laser hiện nay bao gồm các laser rắn, laser khí, laser màu, laser bán dẫn, laser giếng lượng tử,laser sợi, microlaser…Trên cơ sở kiến thức về vật lý laser đã có, người học có thể đi sâu vào các nguyên lý hoạt động , các chức năng cơ bản và các sơ đồ thiết bị laser cụ thể phổ biến trong các phòng thí nghiệm và trong ứng dụng thực tiễn hiện nay. Phần hai của giáo trình sẽ đề cập đến một số ứng dụng của laser trong nghiên cứu khoa học, trong công nghệ cao, gia công vật liệu cứng, trong thông tin quang, trong nghiên cứu môi trường, trong quân sự và y tế

* Thông tin quang II

Trình bày cơ sở chung của hệ thống thông tin quang học: những đặc trưng cơ bản của những yếu tố trong hệ truyền dẫn quang như laser, sợi quang, máy thu tín hiệu quang. Cơ sở lý thuyết qaung sợi sử dụng trong thông tin quang học

* Laser bán dẫn và khuếch đại quang

+ Phần laser diode bán dẫn giới thiệu về: nguyên lý hoạt động, các tính chất cơ bản, một số cấu trúc và các lĩnh vực ứng dụng của laser diode bán dẫn trong thực tiễn (thông tin quang, trong y tế, trong quân sự).

+ Phần khuếch đại quang trình bày về: lý thuyết khuếch đại quang bán dẫn, công nghệ chế tạo, các đặc trưng cơ bản và các ứng dụng của chúng trong hệ thông tin quang.

+ Thực hành đo, khảo sát một số đặc trưng của laser diode bán dẫn và của khuếch đại quang: Đặc trưng công suất quang ra phụ thuộc dòng kích (P-I), cấu trúc phổ laser, phổ khuếch đại và hệ số khuếch đại quang.

* Kỹ thuật laser

Tiếp tục phát triển các kiến thức đã học trước về Vật lý laser, giáo trình sẽ đi sâu vào các chế độ hoạt động laser khác nhau từ laser liên tục đến laser xung, laser đơn mode ,đa mode, các kỹ thuật laser khác nhau nhằm tạo ra các laser phát xung cực ngắn (từ nano giây đến femto giây) và có tần số (bước sóng) thay đổi liên tục từ vùng hồng ngoại đến tử ngoại. Đó là các kỹ thuật Q-switching, Mode-locking bị động và chủ động, các kĩ thuật nén xung…các máy phát OPO, OPA, laser DFB điều hưởng bước sóng…Các kỹ thuật đo xung laser cực ngắn cũng sẽ được trình bày như phép đo tự tương quan Autocorrelator, Sreak Camera…

* Quang học hiện đại II

Giáo trình này là sự nâng cao tiếp theo của giáo trình quang học hiện đại I.

Một số vấn đề của quang học hiện đại như quang học Fourier, quang học ma trận (matrix optics),quang học thống kê( statistical optics) là nội dung của giáo trình này. Các biến đổi Fourier một chiều, hai chiều và biến đổi Fourier của hàm delta Dirac sẽ được đề cập để trình bày cơ sở của quang học Fourier và một số ứng dụng. Quang học Fourier đưa ra một phương pháp mới mô tả sự truyền ánh sáng trên cơ sở phép biến đổi Fourier , giúp ta xử lý tốt hơn các quá trình quang học xảy ra đối với hệ tuyến tính. đặc biệt là giải thích, diễn đạt quá trình tạo ảnh. Ngoài ra nó còn cho ta biết cả thông tin về biên độ và thông tin về pha của các sóng ánh sáng truyền tới mặt phẳng ảnh.

* Thực tập chuyên ngành I

+ Bài 1: Chế tạo bột phát quang ZnS, ZnS:Cu,Mn… bằng phương pháp gốm và khảo sát phổ huỳnh quang của chúng

+ Bài 2: Khảo sát phổ tán xạ Raman của mẫu dầu khi kích thích bằng laser He-Ne, YAg:Nd

+ Bài 3: Đo các đặc trưng của laser khí CO2

* Laser xung cực ngắn I

Trình bày những phương pháp đồng bộ mode tạo xung cực ngắn, đồng bộ mode chủ động, phương pháp bơm đồng bộ và đồng bộ mode bị động cho laser màu, laser rắn, những hiệu ứng phi tuyến cho xung sáng cực ngắn và quang phổ học thời gian cực ngắn.

* Thực tập chuyên ngành II

Thực tập tìm hiệu các vấn đề về quang học phi tuyến và laser xung cực ngắn, laser rắn bưm bằng laser diode

Bài 1 : Hiệu ứng quang học phi tuyến phát hòa ba bậc hai

Bài 2 : Laser rắn Nd:YVO4 bơm bằng laser diode

Bài 3: Chế độ phát xung laser xung ngắn pico giây bằng kĩ thuật Mode- locking

* Quang học vật liệu I

+ Liên kết hoá học, cấu trúc của vật liệu

+ Các tính chất quang học cơ bản của vật liệu: quang phổ phát xạ; hấp thụ nguyên tử; quang phổ dao động, quay của phân tử: hấp thụ hồng ngoại gần, xa, tán xạ Raman; quang phổ hấp thụ, huỳnh quang UV-Vis, khả kiến của phân tử; và quang phổ vật rắn: hấp thụ, phát quang, tán xạ Raman…

+ Ứng dụng của quang phổ trong nghiên cứu vật liệu

* Holography

Từ khi có laser ra đời , Holography đã phát triển vượt bực và nhanh chóng được đưa vào ứng dụng trong công nghệ cao. Giáo trình này trình bày nguyên lý cơ bản của Holography từ holography của nguồn điểm đến holography của một vật, phân loại hologram, các sơ đồ thu và hồi phhục hologram và các chú ý thực nghiệm để thu được một hologram. Một số ứng dụng của holography như hologram khối, giao thoa kế holography, holoraphy sóng âm, các linh kiện quang học holography…sẽ được đề cập.

* Quang tích hợp

Giáo trình sẽ đi sâu vào lý thuyết dẫn sóng phẳng điện môi (planar waveguides), các mạch quang trong quang học tích hợp (Integrated-optics),

Vấn đề ghép nối dẫn sóng quang học bằng lăng kính, cách tử, các bộ chia quang, đóng ngắt trên mạch quang tích hợp, điều biến pha , điều biến cường độ, điều biến không gian, điều biến quang PROM (Pockel Readout Optical Modulator)…sẽ được phân tích sâu hơn. Các thiết bị quang tích hợp (Integrated-optics devices) và ứng dụng cụ thể sẽ được đề cập.

Hiệu ứng điện quang trên tinh thể lỏng với ứng dụng làm các bộ trễ, điều biến và chuyển mạch quang học điều khiển bằng điện và hiệu ứng lưỡng ổn định quang học (Bistable Optical devices) cũng là một phần nội dung của giáo trình.

* Đo lường trong quang phổ học

+ Cơ sở của đo lường trong quang phổ : nguồn kích thích: đèn phóng điện khí, laser…; máy đơn sắc; nguồn thu : nhân quang điện, quang trở, photodiode, …

+ Các phương pháp thu phổ: tách sóng dồng bộ, khuếch đại lock-in, boxca,CCD,…

+ Các phương pháp đo phổ phát xạ, phổ hấp thụ, phổ phát quang và tán xạ Raman…