stringtranslate.com

Фоторефрактивный эффект

Фоторефрактивный эффект — это нелинейный оптический эффект, наблюдаемый в некоторых кристаллах и других материалах, которые реагируют на свет , изменяя свой показатель преломления . [1] Эффект может быть использован для хранения временных стираемых голограмм и полезен для хранения голографических данных . [2] [3] Его также можно использовать для создания фазово-сопряженного зеркала или оптического пространственного солитона .

Механизм

Фоторефрактивный эффект происходит в несколько этапов:

  1. Фоторефрактивный материал освещается когерентными пучками света. (В голографии это были бы сигнальные и опорные пучки). Интерференция между пучками приводит к образованию узора из темных и светлых полос по всему кристаллу.
  2. В областях, где присутствует яркая полоса, электроны могут поглощать свет и фотовозбуждаться с уровня примеси в зону проводимости материала, оставляя электронную дырку (чистый положительный заряд). Уровни примеси имеют энергию, промежуточную между энергиями валентной зоны и зоны проводимости материала.
  3. Попав в зону проводимости, электроны могут свободно перемещаться и диффундировать по всему кристаллу. Поскольку электроны возбуждаются преимущественно в светлых полосах, чистый ток диффузии электронов направлен в области темных полос материала.
  4. Находясь в зоне проводимости, электроны с некоторой вероятностью могут рекомбинировать с дырками и вернуться на примесные уровни. Скорость, с которой происходит эта рекомбинация, определяет, насколько далеко диффундируют электроны, и, таким образом, общую силу фоторефрактивного эффекта в этом материале. Вернувшись на примесный уровень, электроны оказываются в ловушке и больше не могут двигаться, если только не будут повторно возбуждены обратно в зону проводимости (светом).
  5. При чистом перераспределении электронов в темные области материала, оставляя дырки в светлых областях, результирующее распределение заряда приводит к возникновению в кристалле электрического поля , известного как поле пространственного заряда . Поскольку электроны и дырки захвачены и неподвижны, поле пространственного заряда сохраняется даже при удалении освещающих лучей.
  6. Внутреннее поле пространственного заряда, посредством электрооптического эффекта , вызывает изменение показателя преломления кристалла в областях, где поле наиболее сильное. Это приводит к появлению пространственно изменяющейся решетки показателя преломления по всему кристаллу. Рисунок сформированной решетки следует за картиной интерференции света, изначально наложенной на кристалл.
  7. Решетка показателя преломления теперь может преломлять свет, падающий на кристалл, при этом результирующая дифракционная картина воссоздает исходную картину света, сохраненную в кристалле.

Приложение

Фоторефрактивный эффект может быть использован для динамической голографии и, в частности, для очистки когерентных пучков. Например, в случае голограммы освещение решетки только опорным пучком приводит к восстановлению исходного сигнального пучка. Когда два когерентных лазерных пучка (обычно получаемых путем разделения лазерного пучка с помощью светоделителя на два, а затем соответствующим образом перенаправленных зеркалами ) пересекаются внутри фоторефрактивного кристалла , результирующая решетка показателя преломления дифрагирует лазерные пучки. В результате один пучок приобретает энергию и становится более интенсивным за счет уменьшения интенсивности света другого. Это явление является примером двухволнового смешения. В этой конфигурации условие дифракции Брэгга выполняется автоматически.

Рисунок, хранящийся внутри кристалла, сохраняется до тех пор, пока он не будет стерт; этого можно добиться, равномерно освещая кристалл, что возбудит электроны обратно в зону проводимости и позволит им распределиться более равномерно.

Фоторефрактивные материалы включают титанат бария (BaTiO 3 ), ниобат лития (LiNbO 3 ), теллурид цинка, легированный ванадием (ZnTe:V), органические фоторефрактивные материалы , некоторые фотополимеры и некоторые структуры с несколькими квантовыми ямами .

Ссылки

  1. ^ J. Frejlich (2007). Фоторефрактивные материалы: фундаментальные концепции, голографическая запись и характеристика материалов . ISBN 978-0-471-74866-3.
  2. ^ Петер Гюнтер, Жан-Пьер Уиньяр, ред. (2007). Фоторефрактивные материалы и их применение . ISBN 978-0-387-34443-0.
  3. ^ Pochi Yeh (1993). Введение в фоторефрактивную нелинейную оптику . Серия Wiley по чистой и прикладной оптике. ISBN 0-471-58692-7.