Fotorefractivos

Introducción

La óptica no lineal es el estudió de la interacción del a luz en la materia y es llamada óptica no lineal por que la metería no responde linealmente a la amplitud del campo eléctrico. Para la óptica no lineal fotorefractiva, el efecto fotorefractivo es un fenómeno en el cual el índice de refracción cambia por la variación de la intensidad de la luz. Este fenómeno fue descubierto cuando se estaban haciendo estudios de transmisión láser a través de un cristal electoptico, en donde se distorsionan el frente de onda del haz transmitido. “se le domino como daño óptico”.

El efecto refractivo se define de cuatro procesos:

a) Fotoinionización: Por efecto de la intensidad de la luz incidente emitiendo con una frecuencia particular. Parte de las impurezas donadoras quedan ionizadas.

b) Difusión: Generación y transporte de portadores libres en las bandas de energía (conducción y valencia)

c) Recombinación: Re-atrapamiento de los portadores libres por las impurezas donadoras.

d) Generación de un campo eléctrico: Redistribución de cargas y creación de un campo eléctrico muy intenso (del orden de 104 V/cm): campo espacial de carga responsable de la modulación del índice de refracción.

DESCRIPCIÓN DEL EFECTO FOTOREFRACTIVO

Se asume que el medio foto refractivo contiene cierto tipo de impurezas o imperfecciones luz no uniforme I(x)

Material Diamagnetico

FOTOIONIZACIÓN La absorción de un fotón produce, produce un electrón donador en la banda de conducción La razón de fotoionización G(x) es proporcional a la intensidad óptica y a la densidad de donadores no ionizados.

donde $G(x)\ =S(N_{D}-N_{D}^{+})I(x)$

$\ (N_{D})$ es el número de densidad de donadores

$\ (N^{+}D)$ es el número de densidad donadores ionizados

S Cte. Conocida como fotoionización a través de la sección

DIFUCIÓN Debido a que I(x) no es uniforme, la densidad de electrones excitados n(x) es demás uniforme Como resultado los electrones se difunden de un lugar de alta concentración a un lugar de baja concentración.

RECOMBINACIÓN Los electrones se recombinan R(x), en proporción al número de densidad de los donadores ionizados tal que:

$R(x)\ =Y_{R}n(x)N^{+}$

En equilibrio la razón de recombinación es igual a la razón de fotoionización R(x) =G (x), de tal manera que:

$_{s}I(x)(N_{D}-N_{D}^{+})\ =Y_{R}n(x)N^{+}$

De lo cual: $n(x)={\frac {S}{Y_{R}}}{\frac {N_{D}-N_{D}^{+}}{N_{D}^{+}}}I(x)$

Como resultado se forma una distribución no uniforme espacio – carga

CAMPO ELÉCTRICO

El espacio-carga genera un campo eléctrico dependiente de la posición E(x). En estado estable, la corriente y la difusión de la densidad de corriente eléctrica es igual ala magnitud y signo opuesto

$E(x)={\frac {K_{B}T}{e}}{\frac {1}{n(x)}}{\frac {d_{n}}{d_{x}}}$

ÍNDICE DE REFRACCIÓN

El material es electroptico, el campo eléctrico E(x) modifica el índice de refracción:

$\Delta (x)=-{\frac {1}{2}}n^{3}rE(x)$

La relación entre la intensidad incidente I(x) y el cambio del índice $\Delta n(x)$ es asumiendo que la razón $ND/N_{D}^{+}-1$ es constante e independiente en x

$\Delta (x)=-{\frac {1}{2}}n^{3}r{\frac {K_{B}}{e}}{\frac {i}{I(x)}}{\frac {dI}{dx}}$

En este caso n(x) es proporcional a I(x), y esta ec.describe al material como un dispositivo de almacenaje.

MATRIALES FOTOREFRACTIVO

Los materiales fotorefractivos están definidos como materiales electro ópticos, en el cual su índice cambia por foto inducción, creándose campo espacio-carga por medio del efecto electro óptico. Las cualidades para elegir un material electo óptico para aplicaciones fotorefractiva son: Sensitividad fotorefractiva son:

• Sensitividad fotorefractiva

• Rango de fase entre el índice y la distribución de la intensidad

• Grabado fotorefractivo y tiempo de borrado

• Dependencia de la frecuencia espacial

• Dependencia del campo eléctrico

• Longitud de inda de láser para inducir el cambio en el índice de refracción

• Razón señal – ruido

• Temperatura de operación del lugar donde se localiza el experimento

APLICACIONES • Grabado de hologramas en tiempo (mexcal de dos ondas) • Amplificación de una imagen usando mezclas de dos ondas en cristales fotorefractivos • Amplificación espcial fotorefractivos (SML) • Detectores