Фоторефрактивный эффект - Photorefractive effect
Фоторефрактивная эффект является нелинейным оптическим эффектом , наблюдаемый в некоторых кристаллах и других материалах , которые реагируют на свет , изменяя их коэффициент преломления . Эффект можно использовать для хранения временных, стираемых голограмм и полезен для хранения голографических данных. Его также можно использовать для создания ОВФ-зеркала или оптического пространственного солитона .
Механизм
Фоторефрактивный эффект происходит в несколько этапов:
- Фоторефрактивный материал освещается когерентными лучами света. (В голографии это будут сигнальный и опорный лучи). Интерференция между лучами приводит к появлению узора из темных и светлых полос по всему кристаллу.
- В областях, где присутствует яркая полоса, электроны могут поглощать свет и фотовозбуждаться с примесного уровня в зону проводимости материала, оставляя электронную дырку (чистый положительный заряд). Примесные уровни имеют промежуточную энергию между энергиями валентной зоны и зоны проводимости материала.
- Попав в зону проводимости, электроны могут свободно перемещаться и диффундировать по кристаллу. Поскольку электроны возбуждаются преимущественно в светлых полосах, суммарный ток диффузии электронов направлен в сторону темных областей материала.
- Находясь в зоне проводимости, электроны с некоторой вероятностью могут рекомбинировать с дырками и возвращаться на примесные уровни. Скорость, с которой происходит эта рекомбинация, определяет, насколько далеко электроны диффундируют, и, следовательно, общую силу фоторефрактивного эффекта в этом материале. Вернувшись на примесный уровень, электроны захватываются и больше не могут двигаться, пока не будут повторно возбуждены обратно в зону проводимости (светом).
- С чистым перераспределением электронов в темные области материала, оставляя дыры в светлых областях, результирующее распределение заряда вызывает в кристалле электрическое поле , известное как поле пространственного заряда . Поскольку электроны и дырки захвачены и неподвижны, поле пространственного заряда сохраняется даже при удалении освещающих лучей.
- Поле внутреннего пространственного заряда за счет 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. Образующаяся решетка повторяет картину интерференции света, первоначально наложенную на кристалл.
- Показатель преломления решетки может теперь дифракцию света светило в кристалл, с полученной дифракционной картины воссоздания оригинального рисунка света , хранящейся в кристалле.
заявка
Фоторефрактивный эффект может быть использован для динамической голографии и, в частности, для очистки когерентных пучков. Например, в случае голограммы освещение решетки только опорным лучом вызывает восстановление исходного сигнального луча. Когда два когерентных лазерных луча (обычно получаемых путем разделения лазерного луча с помощью светоделителя на два, а затем подходящего перенаправления с помощью зеркал ) пересекаются внутри фоторефрактивного кристалла , результирующая решетка показателя преломления дифрагирует лазерные лучи. В результате один луч приобретает энергию и становится более интенсивным за счет уменьшения интенсивности света другого. Это явление является примером двухволнового смешения . В этой конфигурации автоматически выполняется условие дифракции Брэгга .
Узор, хранящийся внутри кристалла, сохраняется до тех пор, пока узор не будет стерт; это можно сделать, залив кристалл равномерным освещением, которое вернет 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 множественными квантовыми ямами .