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 la grabación. En este caso, la difracción de la luz del holograma solo es posible como difracción de Bragg , es decir, la luz debe tener la longitud de onda (color) correcta 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 los hologramas de volumen en fase 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 volumen de absorción muestran eficiencias mucho menores. H. Kogelnik proporciona soluciones analíticas tanto para las condiciones de transmisión como para las de reflexión. Se puede encontrar una buena descripción de la teoría de los hologramas de volumen en un libro de J. Goodman. ^[2]

Fabricación

Un holograma de volumen generalmente se realiza exponiendo un vidrio fototermorrefractivo a un patrón de interferencia de un láser ultravioleta . ^{[ cita requerida ]} También es posible realizar hologramas de volumen en vidrio no fotosensible exponiéndolo a pulsos de láser de femtosegundos . ^[3]

Selectividad de Bragg

En el caso de un reflector Bragg simple, la selectividad de 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 cumple la relación simple, donde es 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 tales hologramas de volumen. ${\displaystyle \Delta \lambda }$ ${\displaystyle \Delta \lambda /\lambda \approx \Lambda /L}$ ${\displaystyle \lambda }$ ${\displaystyle \Lambda }$ ${\displaystyle L}$ ${\displaystyle \Lambda =\lambda /(2\Delta n)}$ ${\displaystyle \Delta n}$ ${\displaystyle \lambda =500{\text{ nm}},\ L=1{\text{ mm}},\ \Delta n=0.01}$ ${\displaystyle \Delta \lambda \approx 12.5{\text{ nm}}}$

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

Utilizando nuevamente 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. Algunos ejemplos destacados son:

• Láseres de retroalimentación distribuida (láseres DFB), así como láseres de reflector Bragg distribuido (láseres DBR), en los que se utiliza la selectividad de la 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 se utiliza la selectividad de Bragg para multiplexar varios hologramas en una pieza de material de grabación holográfica utilizando efectivamente la tercera dimensión del material de almacenamiento.
• Rejillas de Bragg de fibra óptica que emplean rejillas holográficas de volumen encriptadas en una fibra óptica. Los filtros de longitud de onda se utilizan como retroalimentación externa, en particular para 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, los diodos láser de alta potencia también 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 ajustables para producir imágenes monocromáticas, también conocidas como imágenes hiperespectrales .
• Espectroscopia Raman de baja frecuencia (" THz ") . ^[6]

Véase también

• Teoría dinámica de la difracción

Notas al pie

1. H. Kogelnik (noviembre de 1969). "Teoría de ondas acopladas para rejillas holográficas gruesas". Bell System Technical Journal . 48 (9): 2909–2947. doi :10.1002/j.1538-7305.1969.tb01198.x.
2. J. Goodman (2005). Introducción a la óptica de Fourier . Roberts & Co. Publishers.
3. Richter, Daniel; Voigtlander, Christian; Becker, Ria; Thomas, Jens; Tunnermann, Andreas; Nolte, Stefan (2011). "Rejillas de Bragg de volumen eficientes en varios materiales transparentes inducidas por pulsos láser de femtosegundos". Lasers and Electro-Optics Europe (CLEO EUROPE/EQEC), Conferencia de 2011 y 12.ª Conferencia Europea de Electrónica Cuántica . pág. 1. doi :10.1109/CLEOE.2011.5943325. ISBN . 978-1-4577-0533-5. Número de identificación del sujeto  38327893.
4. "OptiGrate es un fabricante pionero y líder de rejillas Bragg de volumen". optigrate.com .
5. Blais-Ouellette S.; Daigle O.; Taylor K. "El filtro sintonizable de Bragg para imágenes: un nuevo camino hacia la espectroscopia de campo integral y la obtención de imágenes de banda estrecha" (PDF) . photonetc.ekomobi.com .
6. "Sistemas de espectroscopia THz-Raman". www.coherent.com . Consultado el 21 de julio de 2019 .