Uno de los parámetros de interés, en aplicaciones holográficas con materiales fotorrefractivos, corresponde a la evolución dinámica registro-borrado del holograma. A partir de la dinámica de registro nosotros determinamos la constante de sensibilidad fotorrefractiva de dos cristales de BSO

Guerra, Luis Alfonso

Parada, Jorge Enrique Rueda

BISTUA REVISTA DE LA FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS

Uno de los parámetros de interés, en aplicaciones holográficas con materiales fotorrefractivos, corresponde a la evolución dinámica registro-borrado del holograma. A partir de la dinámica de registro nosotros determinamos la constante de sensibilidad fotorrefractiva de dos cristales de BSO.One of the parameters of interest in applications holographic with photorefractive crystals, corresponds to the dynamic evolution of the hologram record-erasure. From the recorded dynamic we determined the sensitivity constant photorefractive two BSO crystals.Fil: Rueda Parada, Jorge Enrique. Universidad de Pamplona; Colombia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Guerra Hernandez, Luis Alfonso. Universidad de Pamplona; Colombia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentin

Rueda Parada, Jorge Enrique

Guerra Hernandez, Luis Alfonso

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  Bistua:Revista de la Facultad de Ciencias Básicas.2013.11(1):52-56     Bistua:Revista de la Facultad de Ciencias Basicas. 2013 .11 (1):52-56. Rueda P J.E, Guerra L.A.Sensibilidad Fotorrefractiva en la Mezcla de Cuatro Ondas  . ISSN 0120-4211                                      52-56   Sensibilidad Fotorrefractiva en la Mezcla de Cuatro Ondas  Rueda P Jorge Enrique, Guerra Luis Alfonso  Grupo Óptica Moderna, Departamento de Física, Universidad de pamplona, Pamplona-Colombia, A.A. 1046.  jorgeenriquerueda@gmail.com  Resumen  Uno de los parámetros de interés, en aplicaciones holográficas con materiales fotorrefractivos, corresponde a la evolución dinámica registro-borrado del holograma. A partir de la dinámica de registro nosotros determinamos la constante de sensibilidad fotorrefractiva de dos cristales de BSO.   Palabras Clave: Fotorrefractivos, Eficiencia de Difracción, Óptica No Lineal, Holografía.  Abstract One of the parameters of interest in applications holographic with photorefractive crystals, corresponds to the dynamic evolution of the hologram record-erasure. From the recorded dynamic we determined the sensitivity constant photorefractive two BSO crystals. Keywords: Photorefractive, Diffraction Efficiency, Nonlinear Optics, Holography.     *Para citar este articulo: Rueda P Jorge Enrique, Guerra Luis Alfonso.Sensibilidad Fotorrefractiva en la Mezcla de Cuatro Ondas .Bistua.2013.11(1):52-56  + Autor para el envio de correspondencia y la solicitud de las separatas: Rueda P Jorge Enrique.Grupo Óptica Moderna, Departamento de Física, Universidad de pamplona, Pamplona-Colombia, A.A. 1046.  jorgeenriquerueda@gmail.com     Recibido: Octubre 30 de 2012    Aceptado: Febrero 26 de 2013                 Bistua:Revista de la Facultad de Ciencias Básicas.2013.11(1):52-56     Bistua:Revista de la Facultad de Ciencias Basicas. 2013 .11 (1):52-56. Rueda P J.E, Guerra L.A.Sensibilidad Fotorrefractiva en la Mezcla de Cuatro Ondas  . ISSN 0120-4211                                      52-56     53 Introducciòn   El efecto fotorrefractivo es un fenómeno óptico no lineal, el cual se manifiesta como un cambio local de índice de refracción en un material, cuando se ilumina con una intensidad de distribución espacial no homogénea (Ashkin,1966), (Solymar, 1996), (Yeh, 1993), (Kukhtarev, 1979). Los cristales de Bi12SiO20 (BSO), son un tipo de material fotorrefractivo perteneciente a la familia de las silenitas (Frejlich, 2007). En términos generales, los materiales fotorrefractivos se caracterizan por ser fotoconductores, electro-ópticos y altamente resistivos en ausencia de iluminación. Tienen la capacidad de grabar información óptica y permiten que dos o más ondas se mezclen en amplitud y fase. Así, es posible un buen número de aplicaciones, entre ellas, la que tratamos en este reporte, referido al registro de hologramas de volumen mediante mezcla de cuatro ondas (Frelijlich, 2007), (Gunter, 1988). El modelo holográfico es el de mayor uso en el estudio teórico y experimentalmente del fenómeno fotorrefractivo. En este propósito, la situación de menor complejidad es registrar en el material fotorrefractivo el patrón de interferencia que define la Ec.(1).   )cos(1 cos exp),( KxmzIzxI o  (1) Donde, son parámetros del material el coeficiente de absorción αω, el espesor “z” atravesado por la luz y el ancho “x” del cristal. El parámetro 2θω es el ángulo entre las ondas de luz que se superponen para generar el patrón ),( zxI , patrón responsable de activar la recombinación de portadores de cargas en el interior del material, de tal forma que las características de fase y distribución espacial de la intensidad del patrón de interferencia, serán almacenadas como un holograma de volumen. Son parámetros del patrón de luz, los puntos de máxima intensidad Io (Ec.(2)), el índice de modulación m (Ec.(3)), el número de onda 2K , y el periodo espacial de patrón de luz Λ (Ec.(4)).  221  IIIo   (2)  21212IIIIm   (3)  sin2 on   (4) Siendo I1 e I2 las intensidades de las dos ondas de luz que producen el patrón de interferencia en el interior del cristal fotorrefractivo. Tal distribución periódica de la intensidad luminosa produce una variación periódica en el índice de refracción )(xn  (Ec.(5)) (Yeh, 1993), cuya variación tiene la forma del patrón de luz; esta variación del índice de refracción se denomina holograma de volumen:  )cos()( 0  Kxnnxn  (5)  Donde n es la birrefringencia local inducida en el cristal por efecto electro-óptico.  Son parámetros de interés la respuesta temporal del cristal fotorrefractivo, tanto de la formación del holograma como de borrado del mismo. Nosotros implementamos un arreglo de mezcla de cuatro ondas para determinar la respuesta temporal holográfica de dos cristales fotorrefractivos de BSO y    Bistua:Revista de la Facultad de Ciencias Básicas.2013.11(1):52-56     Bistua:Revista de la Facultad de Ciencias Basicas. 2013 .11 (1):52-56. Rueda P J.E, Guerra L.A.Sensibilidad Fotorrefractiva en la Mezcla de Cuatro Ondas  . ISSN 0120-4211                                      52-56   54 determinamos la constante de sensibilidad fotorrefractiva (Yeh, 1987) para cada cristal, en términos de la energía total de la radiación de registro.  Metodo Experimental En la figura 1 se muestra el esquema del arreglo experimental implementado; se trata de un arreglo de mezclado de cuatro ondas(Yeh, 1993), donde utilizamos una fuente láser de Argón, sintonizado en la longitud de onda 514nm/45mW. Se utilizaron cristales de BSO de 2mm y 6mm de espesor, de cara principal  101  de 10x10mm2 (Proveedor: Del Mar Photonics Inc). Los cristales se trabajaron en configuración transversal, es decir, vector de red perpendicular a la dirección <100>. Mediante un sistema sensor de luz (High Sensitivity Light Sensor, Pasco) se medió la evolución dinámica de la intensidad de la onda difractada Id, durante el registro del holograma y durante el borrado del mismo. La acción de borrado del holograma se ejecutó mediante un bloqueo del haz I1.   Figura 1. Arreglo experimental. E: espejos planos; DH: cubo divisor de haz 50%:50%, S: Sistema sensor de luz. I1, I2, I3 e Id: intensidad de las ondas mezcladas en el BSO; Id onda autodifractada. Las ondas de intensidad I1 e I2 generan el patrón de interferencia en el interior del cristal BSO; al mismo tiempo la onda reflejada de intensidad I3 provoca la difracción de la cuarta onda Id. Las cuatro ondas mezcladas en el cristal son planas y con polarización elíptica.  Resultados  En las figuras 2 y 3  se presentan los resultados de evolución registro-borrado de la red fotorrefractiva en los dos cristales de BSO, respectivamente. En cada cristal se registraron hologramas para cuatro valores de intensidad del haz láser a la entrada del DH (45mW, 33.75mW, 22.50mW y 11.25mW). Utilizamos un ángulo entre las ondas I1 e I2 de 2θω46°, para producir una red de frecuencia espacial de 3801 Lín/mm. Esta frecuencia de red permite sintonizar el cristal en el régimen de transporte de portadores de carga por difusión. El sistema de sensado de la intensidad difractada se ajustó a una frecuencia de muestreo de 1Hz. El registro inicia a los 10s y el borrado a los 20s, aproximadamente.  0 10 2012345Tiempo (s)Intensidad Difractada (V) (a) 45mW.   Bistua:Revista de la Facultad de Ciencias Básicas.2013.11(1):52-56     Bistua:Revista de la Facultad de Ciencias Basicas. 2013 .11 (1):52-56. Rueda P J.E, Guerra L.A.Sensibilidad Fotorrefractiva en la Mezcla de Cuatro Ondas  . ISSN 0120-4211                                      52-56   55 0 10 200.511.522.533.54Tiempo (s)Intensidad Difractada (V) b)  33.75mW.  0 10 200.511.522.5Tiempo (s)Intensidad Difractada (V) (c) 22.50mW 0 10 200.150.20.250.30.350.4Tiempo (s)Intensidad Difractada (V) (d) 11.25mW     Figura 2. Dinámicas de registro-borrado de la red fotorrefractiva para diferentes valores de energía de registro; cristal de 6mm de espesor.   0 10 2012345Tiempo (s)Intensidad Difractada (V) (a) 45mW. 0 10 201234Tiempo (s)Intensidad Difractada (V) (b)33.75mW.  0 10 200.511.522.5Tiempo (s)Intensidad Difractada (V) c). 22.5mW. 0 10 200.150.20.250.30.350.40.45Tiempo (s)Intensidad Difractada (V) d). 11.25mW. Figura 3. Dinámicas de registro-borrado de la red fotorrefractiva para diferentes valores de energía de registro; cristal de 2mm de espesor.  El cambio en escalón obedece a la acción de pasar de un estado de registro de la red a uno de borrado cuando se bloquea el haz I1. El risado que se observa en el estado de saturación de la dinámica de registro se debe a la inestabilidad de la mesa de trabajo. El resultado de la figura 4 es la correlación entre el tiempo de registro y la energía total de registro del holograma; el coeficiente de correlación entre estos dos parámetros lo denominamos constante de sensibilidad fotorrefractiva. De los datos experimentales determinamos las constantes de sensibilidad para cada cristal: 16.165mW×s sensibilidad del BSO de 6mm y 15.196 mW×s sensibilidad del BSO de 2mm.     Bistua:Revista de la Facultad de Ciencias Básicas.2013.11(1):52-56     Bistua:Revista de la Facultad de Ciencias Basicas. 2013 .11 (1):52-56. Rueda P J.E, Guerra L.A.Sensibilidad Fotorrefractiva en la Mezcla de Cuatro Ondas  . ISSN 0120-4211                                      52-56   56 0.02 0.04 0.06 0.0800.20.40.60.811.21.41/Intensidad (mW-1) Tiempo de Registro (s)   BSO 6mmBSO 2mm  Figura 4. Sensibilidad fotorrefractiva  Conclusiones Se implementó un arreglo de mezcla de cuatro ondas para determinar las dinámicas registro-borrado de dos cristales de BSO. De la dinámica de grabado determinamos la constante de sensibilidad fotorrefractiva de cada cristal. Los resultados obtenidos son relevantes para aplicaciones holográficas con estos cristales. En este trabajo solo evaluamos la dependencia con el volumen del cristal, sin embargo, podría ser de interés un estudio detallado de la constante de sensibilidad en términos de la frecuencia de la red y la configuración del cristal.   Referencias  Ashkin, A., Boyd, B., Dziedzie,J.S. Optically-Induced Refractive index inhomogeneities  in LiNbO3 and LiTaO3, Appl. Phys, 9, 72, 1966.  Solymar, L, et al, The physics and applications of photorefractive materials. New York: Oxford University Press Inc, 1996.  Yeh, P, Introduction to photorefractive nonlinear optics. New York: John Wiley & Sons, Inc., 1993.  Yeh, P, Fundamental limit of the speed of photorefractive effect and its impact on device applications and material research, App. Opt., 26, 602, 1987.  Kukhtarev, N, et al, Holographic storage in electrooptic crystals, I. steady state, Ferroelectrics, Vol. 22, (1979), p. 949.  Frejlich, J., Photorefractive Materials, Fundamental Concepts, Holographic recording and Materials Characterization, John Wiley & Sons, Inc. USA, 2007  Gunter, P. and Huignargd J. P., Photo Refractive Materials and their Applications, vol. I. Springer-Verlag, Berlin,1988.       

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