Foto-kırılma Etkisi

Fotokırılma etkisi, belirli kristallerde ve ışığa kırılma indekslerini değiştirerek tepki veren diğer malzemelerde görülen doğrusal olmayan bir optik etkidir. Bu etki, geçici, silinebilir hologramları saklamak için kullanılabilir ve holografik veri depolaması için kullanışlıdır. Aynı zamanda bir faz eşlenik ayna veya optik uzaysal soliton oluşturmak için de kullanılabilir.

İşleyiş

Foto kırılma etkisi birkaç aşamada gerçekleşir:

1. Fotokırılgan bir malzeme, uyumlu ışık huzmeleri ile aydınlatılır. (Holografide bunlar sinyal ve referans ışınları olacaktır). Işınlar arasındaki girişim, kristal boyunca bir koyu ve açık saçak deseniyle sonuçlanır.
2. Parlak bir saçak bulunan bölgelerde, elektronlar ışığı emebilir ve bir safsızlık seviyesinden malzemenin iletim bandına ışıkla uyarılabilir ve bir elektron deliği (net pozitif yük) bırakır. Safsızlık seviyeleri, değerlik bandının enerjileri ile malzemenin iletim bandının enerjileri arasında bir ara enerjiye sahiptir.
3. İletim bandına girdikten sonra, elektronlar kristal boyunca hareket etmekte ve yayılmakta serbesttir. Elektronlar tercihen parlak saçaklarda uyarıldığından, net elektron difüzyon akımı malzemenin karanlık saçak bölgelerine doğrudur.
4. İletim bandındayken, elektronlar bir miktar olasılıkla deliklerle yeniden birleşebilir ve safsızlık seviyelerine geri dönebilir. Bu rekombinasyonun gerçekleştiği hız, elektronların ne kadar yayıldığını ve dolayısıyla o malzemedeki fotokırılma etkisinin toplam gücünü belirler. Safsızlık seviyesine geri döndüğünde, elektronlar yakalanır ve iletim bandına (ışıkla) yeniden uyarılmadıkça artık hareket edemezler.
5. Elektronların malzemenin karanlık bölgelerine net olarak yeniden dağıtılması, parlak alanlarda delikler bırakılmasıyla ortaya çıkan yük dağılımı, kristalde uzay yük alanı olarak bilinen bir elektrik alanının kurulmasına neden olur. Elektronlar ve delikler kapana kısıldığı ve hareketsiz olduğu için, uzay yükü alanı, aydınlatıcı ışınlar çıkarılsa bile devam eder.
6. İç uzay yük alanı, elektro-optik etki yoluyla, alanın en güçlü olduğu bölgelerde kristalin kırılma indisinin değişmesine neden olur. Bu, kristal boyunca uzamsal olarak değişen bir kırılma indisi ızgarasının oluşmasına neden olur. Oluşturulan ızgara deseni, orijinal olarak kristale uygulanan ışık girişim desenini takip eder.
7. Kırılma indisi ızgarası artık kristalin içine yansıyan ışığı kırabilir ve sonuçta ortaya çıkan kırınım modeli, kristalde depolanan orijinal ışık modelini yeniden yaratır.

Uygulanması

Foto kırılma etkisi, dinamik holografi için ve özellikle uyumlu ışınların temizlenmesi için kullanılabilir. Örneğin, bir hologram durumunda, ızgarayı sadece referans ışınıyla aydınlatmak, orijinal sinyal ışınının yeniden oluşturulmasına neden olur. Tutarlı iki lazer ışını (genellikle bir ışın ayırıcı kullanılarak bir lazer ışınının ikiye bölünmesi ve ardından uygun şekilde aynalarla yeniden yönlendirilmesiyle elde edilir) bir fotokırıcı kristalin içinden geçtiğinde, ortaya çıkan kırılma indisi ızgarası lazer ışınlarını kırar. Sonuç olarak, bir ışın enerji kazanır ve diğerinin ışık yoğunluğunun azalması pahasına daha yoğun hale gelir. Bu fenomen, iki dalgalı karıştırmanın bir örneğidir. Bu konfigürasyonda, Bragg kırınım koşulu otomatik olarak sağlanır.

Kristalin içinde saklanan desen, desen silinene kadar devam eder; bu, kristali, elektronları iletim bandına geri uyaracak ve daha düzgün dağılmalarına izin verecek tek tip aydınlatma ile doldurarak yapılabilir.

Fotorefraktif malzemeler arasında baryum titanat (BaTiO ₃), lityum niyobat (LiNbO ₃), vanadyum katkılı çinko tellür (ZnTe:V), organik fotorefraktif malzemeler, belirli fotopolimerler ve bazı çoklu kuantum kuyu yapıları bulunur.