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EFECTO FOTO-REFRACTIVO
Óptica no Lineal
Verano 2004
Efecto Fotorefractivo
- INTRODUCCIÓN
- DESCRIPCIÓN DEL EFECTO FOTOREFRACTIVO
- MATERIALES FOTEREFRACTIVOS
- APLICACIONES
Óptica no Lineal
Verano 2004
Efecto Fotorefractivo
INTRODUCCIÓN
La óptica no lineal es el estudios de la interacción de la luz en la
materia y es llamada óptica no lineal por que la materia 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 electroptico, en
donde se distorsionaba el frente de onda del haz transmitido
Se le denominó como “daño óptico”
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Efecto Fotorefractivo
DESCRIPCIÓN DEL EFECTO
FOTOREFRACTIVO
Se asume que el medio foto refractivo contiene cierto tipo
de impurezas o imperfecciones
Luz no uniforme (x)
n(x)
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Efecto Fotorefractivo
FOTOIONIZACIÓN
-La absorción de un fotón, 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.
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 de donadores ionizados
S
Cte. Conocida como fotoionización a través de la sección
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DIFUSIÓN
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Debido a que (x) no es uniforme , la densidad de electrones excitados
n(x) es además no uniforme
Como resultado los electrones se difunden de un lugar de alta
concentración a un lugar de baja concentración.
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Efecto Fotorefractivo
RECOMBINACIÓN
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++
Los electrones se recombinan R(x), en proporción al número de
densidad de los donadores ionizados tal que:
R( x)   R n( x) N D
En equilibrio la razón de recombinación es igual a la razón
de fotoionización R(x) = G(x), de tal manera que:
sI ( x)( N D  N D )   R n( x) N D
De lo cual:
S N D  N D
n( x ) 
I ( x)
R
N D
Como resultado se forma una distribución no uniforme espacio - carga
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CAMPO ELÉCTRICO
El espacio – carga genera un campo eléctrico dependiente de la
posición E(x).
En estado estable, la corriente y difusión dela densidad de
corriente eléctrica es igual en magnitud y signo opuesto.
E ( x) 
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K BT 1 d n
e n( x) d x
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Efecto Fotorefractivo
ÍNDICE DE REFRACCIÓN
El material es electroptico, el campo eléctrico E(x) modifica el índice de
refracción:
1
n( x)   n 3 rE ( x)
2
La relación entre la intensidad incidente (x) y el cambio del índice n(x) es
asumiendo que la razón:
N N   1 es constante e independiente en x
D
D
K T i dI
1
n( x)   n 3 r B
2
e I ( x) dx
En este caso n(x) es proporcional a (x), y esta ec. describe al material
como un dispositivo de almacenaje.
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Efecto Fotorefractivo
MATERIALES FOTEREFRACTIVOS
Los materiales fotorefractivos están definidos como materiales electro
ópticos, en los cuales su índice cambia por foto inducción, creándose
campos espacio-carga por medio del efecto electro óptico
Las cualidades para elegir un material electro óptico para aplicaciones
fotorefractivas son :
- Sensitividad fotorefractiva
- Rango dinámico (máximo cambio en el índice de refracción)
- Cambio 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 onda del láser para inducir el cambio en el índice de
refracción
- Razón señal – ruido
- Temperatura de operación del lugar donde se realiza el experimento
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APLICACIONES
- Grabado de hologramas en tiempo real (mexcal de dos
ondas)
- Amplificación de una imagen usando mezcla de dos ondas
en cristales fotorefractivos.
- Amplificación espacial
- Moduladores de luz espaciales fotorefractivos (SML)
- Detectores
- etc.
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Efecto Fotorefractivo
REFERENCIAS
-Pochi Yeh, “Introduction to photorefractives Nonlinear
Optics”, John Wiley and Sons.
- Fundamentals Photonics, Saleh, John Wiley and Sons.
- Photorefractive Materials and their Applications I, II, Topics
in Applied Physics, Springer Verlag
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