התוצא הפוטורפרקטיבי

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

התוצא הפוטורפרקטיבי הוא תוצא(אפקט) אופטי לא ליניארי שבו מקדם השבירה של חומר(גביש, בדרך כלל) משתנה בתגובה להקרנתו באור.[1] ניתן להשתמש בתוצא הפוטורפרקטיבי לאחסון הולוגרמות באופן זמני ולמחיקתן לפי הצורך ולכן התוצא שימושי לאחסון נתונים הולוגרפי.[2] [3] בנוסף, התוצא הפוטורפרקטיבי יכול לשמש גם ליצירת מראה מצומדת פאזה[4] או ליצירת סוליטון אופטי מרחבי.[5]

מנגנון[עריכת קוד מקור | עריכה]

תבנית התאבכות של שתי אלומות קוהרנטיות

המנגנון של התוצא הפוטורפרקטיבי כולל:[6]

גביש יחיד של החומר הפוטורפרקטיבי ליתיום ניובט
  1. חומר פוטורפרקטיבי מואר על ידי אלומות אור קוהרנטיות (אלומות לייזר). לדוגמה, בהולוגרפיה האלומות הן אלומת האות ואלומת הייחוס. ההתאבכות בין האלומות מייצרת תבנית עם פסים כהים ובהירים בכל נפח הגביש.
  2. באזורים בהם קיים פסים בהירים, אלקטרונים יכולים לקלוט את האור, לעלות מרמות זיהום (impurity level) לפס ההולכה של החומר, ולהשאיר חור (מטען חיובי נטו). רמות הזיהום הן רמות ביניים אנרגטיות בין רמות האנרגיה של הערכיות לבין פס ההולכה של החומר.
  3. כאשר האלקטרונים נמצאים בפס ההולכה, הם חופשיים לנוע ולהתפזר בכל הגביש. היות שיותר אלקטרונים מעוררים בפסים הבהירים, זרם הפיזור האלקטרוני נטו הוא לכיוון הפסים הכהים של החומר.
  4. בעודם בתוך פס ההולכה, האלקטרונים עשויים, בהסתברות מסוימת. להתחבר מחדש לחורים ולחזור לרמות הזיהום. הקצב בו מתרחשת התחברות זו קובע עד כמה האלקטרונים מתפזרים, וכך קובע את החוזק הכולל של התוצא הפוטורפרקטיבי באותו חומר. לאחר חזרה לרמות הזיהום, האלקטרונים נלכדים והם זקוקים לעירור מחדש על ידי אור כדי לצאת ממקומם.
  5. הצטברות האלקטרונים בפסים הכהים בד בבד עם הצטברות החורים בפסים הבהירים גורמת לחלוקת מטען בגביש ולהופעת שדה חשמלי, שדה המטען המרחבי . מכיוון שהאלקטרונים והחורים נלכדים ואינם ניידים, שדה המטען המרחבי נותר גם כאשר מפסיקה ההקרנה באלומות הקוהרנטיות.
  6. שדה המטען המרחבי, באמצעות האפקט האלקטרו-אופטי, גורם לשינוי מקדם השבירה של הגביש באזורים שבהם השדה הוא החזק ביותר. כתוצאה מכך מופיע בגביש סריג של מקדם שבירה התואם את תבנית ההתאבכות שיצרו אלומות האור המקוריות.
  7. כאשר מקרינים אלומת אור קוהרנטית על הגביש, סריג מקדם השבירה מפזר את האור בתבנית המשחזרת את תבנית האור המקורית שאוחסנה בגביש. פעולה זו מכונה קריאת הגביש בהקשר של השימוש בתוצא הפוטורפרקטיבי לאחיסון מידע.

מנגנון שונה קיים בחומרים פוטורפרקטיביים דיאלקטריים שבהם הסריג עמיד לפעולת הקריאה הרבה יותר טוב .[6]

יישומים[עריכת קוד מקור | עריכה]

ניתן להשתמש באפקט הפוטורקטיבי להולוגרפיה דינמית.[7] כלומר, האפקט הפוטורפרקטיבי מאפשר ליצור הולוגרמה, להשתמש בה לפי הצורך, למחוק, ואחר כך ליצור באותו גביש הולוגרמה אחרת. ההולוגרמה המאוחסנת בתוך הגביש נמחקת על ידי הצפת הגביש בתאורה אחידה אשר מעוררת את האלקטרונים חזרה לפס ההולכה וגורמת לפיזור אחיד שלהם בגביש תוך ביטול שדה המטען המרחבי.

הנה מספר דוגמאות לשימוש בהולוגרפיה הדינמית. הדוגמה ראשונה היא לעיצוב וניקוי אלומות קוהרנטיות, מיקוד למשל.[8] דוגמה שנייה היא הולוגרפיה רגילה כאשר הארת הסריג עם אלומת ייחוס בלבד גורמת לשחזור אלומת האות המקורית.

דוגמה נוספת היא ערבוב של שני גלים. מפצלים אלומה בעזרת מפצל אלומה ואז משגרים את שתי האלומות לעבר הגביש מזוויות שונות. הסריג שהוטבע בגביש מפזר את האלומות לפי חוק בראג, באופן שיחס העצמה בין האלומות המתפזרות שונה מהיחס בין האלומות הנכנסות.

חומרים פוטורפרקטיביים[עריכת קוד מקור | עריכה]

על החומרים הפוטורפרקטיביים נמנים בריום טיטנט(BaTiO 3 ), ליתיום ניובט (LiNbO 3), אבץ טלואוריד מסומם על ידי ונדיום (ZnTe: V), חומרים אורגנים פוטורפרקטיביים, פוטופולימרים מסוימים[7] ומבנים של באר קוונטית כפולה.

הפניות[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ J. Frejlich (2007). Photorefractive materials: fundamental concepts, holographic recording and materials characterization.. ISBN 978-0-471-74866-3. 
  2. ^ Peter Günter, Jean-Pierre Huignard, ed. (2007). Photorefractive materials and their applications. ISBN 978-0-387-34443-0. 
  3. ^ Pochi Yeh (1993). Introduction to photorefractive nonlinear optics. Wiley series in pure and applied optics. ISBN 0-471-58692-7. 
  4. ^ James E. Millerd, Elsa M. Garmire, and Marvin B. Klein, Investigation of photorefractive self-pumped phase-conjugate mirrors in the presence of loss and high modulation depth, J. Optical Society of America B 9, 1992, עמ' 1499-1506
  5. ^ Guangyong Zhang and Jinsong Liu, Screening-photovoltaic spatial solitons in biased two-photon photovoltaic photorefractive crystals, J. Optical Society Of Americs B 26, 2009, עמ' 113-120
  6. ^ 1 2 A. Agranat and Y. Yacoby, Dielectric photorefractive crystals as the storage medium in holographic memory systems, J. Optical Society of Ameria B 5, 1988, עמ' 1792-1799
  7. ^ 1 2 Guoqiang Li, Dynamic holograms, Frontiers in Optics 2009/Laser Science XXV/Fall 2009 OSA Optics & Photonics Technical Digest, 2009, עמ' paper FTuH1
  8. ^ M. Sciamanna, N. Wiersma, N. Marsal, and D. Wolfersberger, Spatio-temporal dynamics of nonlinear Airy beam interactions, Photonics and Fiber Technology 2016 (ACOFT, BGPP, NP) OSA Technical Digest (online), 2016, עמ' paper NTh1A.1