stringtranslate.com

Efecto fotorrefractivo

El efecto fotorrefractivo es un efecto óptico no lineal que se observa en ciertos cristales y otros materiales que responden a la luz alterando su índice de refracción . [1] El efecto se puede utilizar para almacenar hologramas temporales borrables y es útil para el almacenamiento de datos holográficos . [2] [3] También se puede utilizar para crear un espejo conjugado de fase o un solitón espacial óptico .

Mecanismo

El efecto fotorrefractivo se produce en varias etapas:

  1. Un material fotorrefractivo se ilumina mediante haces de luz coherentes (en holografía, estos serían los haces de señal y de referencia). La interferencia entre los haces da como resultado un patrón de franjas oscuras y claras en todo el cristal.
  2. En las regiones donde hay una franja brillante, los electrones pueden absorber la luz y ser fotoexcitados desde un nivel de impureza hacia la banda de conducción del material, dejando un hueco de electrones (una carga neta positiva). Los niveles de impureza tienen una energía intermedia entre las energías de la banda de valencia y la banda de conducción del material.
  3. Una vez en la banda de conducción, los electrones pueden moverse libremente y difundirse por todo el cristal. Dado que los electrones se excitan preferentemente en las franjas brillantes, la corriente de difusión neta de electrones se dirige hacia las regiones de franjas oscuras del material.
  4. Mientras se encuentran en la banda de conducción, los electrones pueden, con cierta probabilidad, recombinarse con los huecos y regresar a los niveles de impurezas. La velocidad a la que se produce esta recombinación determina la distancia a la que se difunden los electrones y, por lo tanto, la intensidad general del efecto fotorrefractivo en ese material. Una vez que regresan al nivel de impurezas, los electrones quedan atrapados y ya no pueden moverse a menos que se los vuelva a excitar de nuevo en la banda de conducción (mediante la luz).
  5. Con la redistribución neta de electrones hacia las regiones oscuras del material, dejando huecos en las áreas brillantes, la distribución de carga resultante hace que se establezca en el cristal un campo eléctrico , conocido como campo de carga espacial . Dado que los electrones y los huecos quedan atrapados e inmóviles, el campo de carga espacial persiste incluso cuando se eliminan los rayos de iluminación.
  6. El campo de carga espacial interno, a través del efecto electroóptico , hace que el índice de refracción del cristal cambie en las regiones donde el campo es más fuerte. Esto hace que se produzca una rejilla de índice de refracción que varía espacialmente en todo el cristal. El patrón de la rejilla que se forma sigue el patrón de interferencia de luz impuesto originalmente sobre el cristal.
  7. La rejilla del índice de refracción ahora puede difractar la luz emitida hacia el cristal, y el patrón de difracción resultante recrea el patrón original de luz almacenado en el cristal.

Solicitud

El efecto fotorrefractivo se puede utilizar para la holografía dinámica y, en particular, para la limpieza de haces coherentes. Por ejemplo, en el caso de un holograma, iluminar la rejilla sólo con el haz de referencia provoca la reconstrucción del haz de señal original. Cuando dos haces láser coherentes (normalmente obtenidos dividiendo un haz láser mediante el uso de un divisor de haz en dos, y luego redirigiéndolos adecuadamente mediante espejos ) se cruzan dentro de un cristal fotorrefractivo , la rejilla de índice de refracción resultante difracta los haces láser. Como resultado, un haz gana energía y se vuelve más intenso a expensas de la reducción de la intensidad de la luz del otro. Este fenómeno es un ejemplo de mezcla de dos ondas. En esta configuración, la condición de difracción de Bragg se satisface automáticamente.

El patrón almacenado dentro del cristal persiste hasta que se borra; esto se puede hacer inundando el cristal con una iluminación uniforme que excitará a los electrones nuevamente en la banda de conducción y les permitirá distribuirse de manera más uniforme.

Los materiales fotorrefractivos incluyen titanato de bario (BaTiO 3 ), niobato de litio (LiNbO 3 ), telururo de zinc dopado con vanadio (ZnTe:V), materiales fotorrefractivos orgánicos , ciertos fotopolímeros y algunas estructuras de pozos cuánticos múltiples .

Referencias

  1. ^ J. Frejlich (2007). Materiales fotorrefractivos: conceptos fundamentales, registro holográfico y caracterización de materiales . ISBN 978-0-471-74866-3.
  2. ^ Peter Günter, Jean-Pierre Huignard, ed. (2007). Materiales fotorrefractivos y sus aplicaciones . ISBN 978-0-387-34443-0.
  3. ^ Pochi Yeh (1993). Introducción a la óptica no lineal fotorrefractiva . Serie de Wiley en óptica pura y aplicada. ISBN 0-471-58692-7.