Holograma de volumen

Los hologramas de volumen son hologramas en los que el espesor del material de grabación es mucho mayor que la longitud de onda de la luz utilizada para grabar. En este caso, la difracción de la luz del holograma sólo es posible como difracción de Bragg , es decir, la luz debe tener la longitud de onda correcta (color) y la onda debe tener la forma correcta (dirección del haz, perfil del frente de onda). Los hologramas de volumen también se denominan hologramas gruesos u hologramas de Bragg .

Teoría

Los hologramas de volumen fueron tratados por primera vez por H. Kogelnik en 1969 ^[1] mediante la llamada "teoría de ondas acopladas". Para hologramas de fase de volumen es posible difractar el 100% de la luz de referencia entrante en la onda de señal, es decir, se puede lograr una difracción completa de la luz. Los hologramas de absorción de volumen muestran eficiencias mucho más bajas. H. Kogelnik ofrece soluciones analíticas tanto para condiciones de transmisión como de reflexión. Una buena descripción de libro de texto de la teoría de los hologramas de volumen se puede encontrar en un libro de J. Goodman. ^[2]

Fabricación

Un holograma de volumen generalmente se crea exponiendo un vidrio fototermo-refractivo a un patrón de interferencia de un láser ultravioleta . ^{[ cita necesaria ]} También es posible hacer hologramas de volumen en vidrio no fotosensible exponiéndolo a pulsos de láser de femtosegundos . ^[3]

selectividad de Bragg

En el caso de un reflector de Bragg simple, la selectividad de la longitud de onda se puede estimar mediante , donde es la longitud de onda de vacío de la luz de lectura, es la longitud del período de la rejilla y es el espesor de la rejilla. La suposición es simplemente que la rejilla no es demasiado fuerte, es decir, que se utiliza toda la longitud de la rejilla para la difracción de la luz. Considerando que debido a la condición de Bragg se mantiene la relación simple, ¿dónde está el índice de refracción modulado en el material (no el índice base) en esta longitud de onda, se ve que para valores típicos ( ) se obtiene , lo que muestra la extraordinaria selectividad de longitud de onda de dicho volumen? hologramas. ${\displaystyle \Delta \lambda }$ ${\displaystyle \Delta \lambda /\lambda \approx \Lambda /L}$ ${\displaystyle \lambda }$ ${\displaystyle \Lambda }$ ${\displaystyle L}$ ${\displaystyle \Lambda =\lambda /(2\Delta n)}$ ${\displaystyle \Delta n}$ ${\displaystyle \lambda =500{\text{ nm}},\ L=1{\text{ mm}},\ \Delta n=0.01}$ ${\displaystyle \Delta \lambda \approx 12.5{\text{ nm}}}$

En el caso de una rejilla simple en la geometría de transmisión, también se puede estimar la selectividad angular: , donde es el espesor de la rejilla holográfica. Aquí está dado por ). ${\displaystyle \Delta \Theta }$ ${\displaystyle \Delta \Theta \approx \Lambda /d}$ ${\displaystyle d}$ ${\displaystyle \Lambda }$ ${\displaystyle \Lambda =(\lambda /2\sin \Theta }$

Utilizando nuevamente los números típicos ( ), se llega a , que muestra la impresionante selectividad angular de los hologramas de volumen. ${\displaystyle \lambda =500{\text{ nm}},\ d=1{\text{ cm}},\ \Theta =45^{\circ }}$ ${\displaystyle \Delta \Theta \approx 4\times 10^{-5}{\text{ rad}}\approx 0.002^{\circ }}$

Aplicaciones de los hologramas de volumen.

La selectividad de Bragg hace que los hologramas de volumen sean muy importantes. Ejemplos destacados son:

• Láseres de retroalimentación distribuida (láseres DFB), así como láseres de reflector de Bragg distribuido (láseres DBR), en los que se utiliza la selectividad de longitud de onda de los hologramas de volumen para limitar la emisión espectral de los láseres semiconductores.
• Dispositivos de memoria holográfica para almacenamiento de datos holográficos , donde la selectividad de Bragg se utiliza para multiplexar varios hologramas en una pieza de material de grabación holográfica utilizando efectivamente la tercera dimensión del material de almacenamiento.
• Rejillas de fibra de Bragg que emplean rejillas holográficas de volumen cifradas en una fibra óptica. Los filtros de longitud de onda se utilizan como realimentación externa, especialmente en láseres semiconductores. ^[4] Aunque la idea es similar a la de los láseres DBR, estos filtros no están integrados en el chip. Con la ayuda de estos filtros, también los diodos láser de alta potencia se vuelven de banda estrecha y menos sensibles a la temperatura.
• La espectroscopia de imágenes se puede lograr seleccionando una única longitud de onda para cada píxel en un campo completo de la cámara. ^[5] Los hologramas de volumen se utilizan como filtros ópticos sintonizables para producir imágenes monocromáticas, también conocidas como imágenes hiperespectrales .
• Espectroscopía Raman de baja frecuencia (" THz ") . ^[6]

Ver también

• Teoría dinámica de la difracción.

Notas a pie de página

1. H. Kogelnik (noviembre de 1969). "Teoría de ondas acopladas para rejillas de hologramas gruesas". Revista técnica del sistema Bell . 48 (9): 2909–2947. doi :10.1002/j.1538-7305.1969.tb01198.x.
2. J. Goodman (2005). Introducción a la óptica de Fourier . Editores de Roberts & Co.
3. Richter, Daniel; Voigtlander, cristiano; Becker, Ria; Thomas, Jens; Tunnermann, Andreas; Nolte, Stefan (2011). "Rejillas de Bragg de volumen eficiente en diversos materiales transparentes inducidas por pulsos de láser de femtosegundos". Láseres y Electroóptica Europa (CLEO EUROPE/EQEC), Conferencia de 2011 y 12ª Conferencia Europea de Electrónica Cuántica . pag. 1. doi :10.1109/CLEOE.2011.5943325. ISBN 978-1-4577-0533-5. S2CID  38327893.
4. "OptiGrate es un fabricante líder y pionero de rejillas volumétricas de Bragg". optgrate.com .
5. Blais-Ouellette S.; Daigle O.; Taylor K. "El filtro sintonizable de Bragg de imágenes: un nuevo camino hacia la espectroscopia de campo integral y las imágenes de banda estrecha" (PDF) . photonetc.ekomobi.com .
6. "Sistemas de espectroscopia THz-Raman". www.coherent.com . Consultado el 21 de julio de 2019 .