En óptica no lineal, la técnica de escaneo z se utiliza para medir el índice no lineal n 2 ( no linealidad de Kerr ) y el coeficiente de absorción no lineal Δα mediante los métodos "cerrado" y "abierto", respectivamente. Como la absorción no lineal puede afectar la medición del índice no lineal, el método abierto generalmente se usa junto con el método cerrado para corregir el valor calculado. Para medir la parte real del índice de refracción no lineal, se utiliza la configuración de escaneo z en su forma de apertura cerrada. De esta forma, dado que el material no lineal reacciona como una lente débil dependiente de z, la apertura de campo lejano permite detectar pequeñas distorsiones del haz original. Dado que el poder de enfoque de esta lente no lineal débil depende del índice de refracción no lineal, [1] sería posible extraer su valor analizando los datos dependientes de z adquiridos por el detector e interpretándolos con cautela utilizando una teoría apropiada. [2] Para medir la parte imaginaria del índice de refracción no lineal, o el coeficiente de absorción no lineal, se utiliza la configuración de escaneo z en su forma de apertura abierta. En las mediciones de apertura abierta, se elimina la apertura de campo lejano y el detector mide toda la señal. Al medir la señal completa, las pequeñas distorsiones del haz se vuelven insignificantes y la variación de la señal dependiente de z se debe completamente a la absorción no lineal. A pesar de su simplicidad, en muchos casos, la teoría original del escaneo z no es completamente precisa, por ejemplo, cuando la muestra investigada tiene propiedades ópticas no lineales no homogéneas, [3] o cuando la respuesta no lineal del medio a la radiación láser no es local en el espacio. Siempre que la respuesta no lineal inducida por el láser en un determinado punto del medio no esté determinada únicamente por la intensidad del láser en ese punto, sino que también dependa de la intensidad del láser en las regiones circundantes, se denominará respuesta óptica no lineal no local. Generalmente, una variedad de mecanismos pueden contribuir a la no linealidad, algunos de los cuales pueden ser no locales. Por ejemplo, cuando el medio no lineal se dispersa dentro de una solución dieléctrica, la reorientación de los dipolos (dipolos moleculares permanentes o inducidos) como resultado de la acción del campo óptico no es local en el espacio y cambia el campo eléctrico experimentado por el medio no lineal. La teoría del escaneo z no local [4] se puede utilizar para analizar sistemáticamente el papel de varios mecanismos en la producción de la respuesta no lineal no local de diferentes materiales.
En esta configuración se coloca una abertura para evitar que parte de la luz llegue al detector. El equipo está dispuesto como se puede observar en el esquema. Una lente enfoca un láser hasta un punto determinado y, después de este punto, el haz se desenfoca naturalmente. Después de una distancia mayor se coloca una abertura con un detector detrás. La apertura hace que sólo la región central del cono de luz llegue al detector. Normalmente los valores de transmitancia normalizada están entre .
El detector ahora es sensible a cualquier enfoque o desenfoque que pueda inducir una muestra. La muestra generalmente se coloca en el punto de enfoque de la lente y luego se mueve a lo largo del eje z, cuya distancia está dada por la longitud de Rayleigh :
La aproximación de la muestra delgada establece que el espesor de la muestra debe ser menor que la longitud de Rayleigh.
Este método es similar al método anterior, sin embargo, la apertura se elimina o se amplía para permitir que toda la luz llegue al detector. En efecto, esto establece la transmitancia normalizada en S = 1. Esto se utiliza para medir el coeficiente de absorción no lineal Δα. La principal causa de la absorción no lineal se debe a la absorción de dos fotones.
Cuando se miden las propiedades no lineales de moléculas en solución, la absorción de dos fotones del disolvente suele ser pequeña y la determinación del soluto no es problemática. Sin embargo, este no es el caso de la refracción no lineal (NLR). Normalmente, el NLR por molécula del disolvente es mucho menor que el del soluto, pero la gran densidad de moléculas del disolvente produce un NLR neto grande que puede dominar la señal debida al soluto. Además, hay una contribución a la medida debido a las celdas utilizadas para contener las muestras. En los casos en los que el valor del soluto es pequeño, pueden surgir grandes discrepancias al informar la no linealidad del soluto, ya que el NLR del disolvente y las células deben restarse del de la solución. Por lo tanto, ha sido difícil determinar las no linealidades del soluto en regiones donde el NLR es similar o mucho más pequeño que el solvente o las células. De manera similar, este problema ocurre con películas delgadas depositadas sobre un sustrato, donde tanto la película como el sustrato exhiben absorción de dos fotones y refracción no lineal. El Z-scan de doble brazo es una versión modificada del Z-scan convencional que puede abordar este problema midiendo y restando simultáneamente el efecto del disolvente (o sustrato) de la muestra en estudio. [5] [6]
Este método es similar al método de escaneo z cerrado; sin embargo, la sensibilidad del sistema aumenta al mirar solo los bordes exteriores del haz bloqueando la región central. Esto se consigue sustituyendo la abertura por discos que bloquean la parte central del haz. El método debe su nombre a la forma en que la luz pasa alrededor del disco hasta el detector, de forma similar a un eclipse .
Una mejora adicional al método de escaneo z eclipsante es agregar una lente detrás de la apertura para que la luz se enfoque en el detector; esto también puede reducir la necesidad de un detector más grande.
