Redes holográficas y daño fotorrefractivo en guías ópticas de linbo3. Guías por irradiación con iones de alta energía
- Autores: Javier Villarroel Freites
- Directores de la Tesis: Mercedes Carrascosa Rico (dir. tes.), Ángel García Cabañes (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2010
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Luis Arizmendi López (presid.), José María Soto Crespo (secret.), Ángel Manuel Alcázar Velasco (voc.), Daniel Jaque García (voc.), José Olivares Villegas (voc.)
- Materias:
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- Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
- Resumen
El Niobato de Litio (LiNbO3) es uno de los cristales diel¿ectricos m¿as utilizados en la actualidad en el ¿area de la fot¿onica y de la ¿optica no lineal. Este material destaca por presentar una variedad de propiedades ¿opticas no lineales que dan lugar a una serie de aplicaciones tales como moduladores electro¿opticos, generadores de segundo arm¿onico, memorias hologr¿aficas y filtros interferenciales, entre otros.
Una de las propiedades m¿as interesantes de este cristal, responsable de alguna de las propiedades antes mencionadas, es el efecto fotorrefractivo (EFR), que permite modificar el ¿¿ndice de refracci¿on del material mediante haces de luz incluso de baja intensidad. Por otro lado, el LiNbO3 tiene un inter¿es particular por ser una cristal id¿oneo para la fabricaci¿on de gu¿¿as de onda de muy bajas p¿erdidas y de alta calidad ¿optica. Esto hace del LiNbO3 un cristal tambi¿en relevante para aplicaciones fotorrefractivas en gu¿¿as onda.
El EFR se ha estudiado y caracterizado en los cristales de LiNbO3 desde dos puntos de vista con connotaciones, de alguna manera contradictorias: ¿ En primer lugar, el EFR es un fen¿omeno de gran utilidad en aplicaciones fot¿onicas basadas en grabado hologr¿afico y otros efectos no lineales.
¿ En segundo lugar, el cambio de ¿¿ndice generado por el EFR tiene un efecto negativo cuando produce una distorsi¿on y/o degradaci¿on no intencionada en el haz luminoso que lo origina.
Ambos aspectos tienen una fuerte repercusi¿on tecnol¿ogica, aunque por razones muy diferentes. En el primer caso, el EFR permite la grabaci¿on de informaci¿on, la deflexi¿on de la luz y el filtrado de frecuencias, entre otros. Sin embargo, en el segundo caso, supone un serio problema para aplicaciones que requieren alta potencia luminosa pues la distorsi¿on generada reduce el rendimiento de los dispositivos.
La producci¿on de redes hologr¿aficas es bien conocida y ha sido ampliamente estudiada en volumen. En gu¿¿as de onda, el estudio ha sido m¿as escaso y superficial. Adem¿as, falta la caracterizaci¿on de algunos tipos de gu¿¿as de onda fabricadas con m¿etodos desarrollados recientemente.
Por otro lado, el da¿no ¿optico, aunque citado en innumerables trabajos, no ha sido estudiado con suficiente profundidad, y mucho menos en gu¿¿as de onda, quedando muchos problemas abiertos que dificultan el control y la eliminaci¿on del fen¿omeno.
El objetivo fundamental de esta tesis ha sido clarificar, de manera definitiva, los mecanismos que producen el da¿no ¿optico. Para ello, se ha realizado un estudio conjunto, te¿orico y experimental, sobre el efecto fotorrefractivo en gu¿¿as de onda centrado, especialmente, en las regiones de intensidad luminosa donde se manifiesta el da¿no. Incluye tanto la revisi¿on y profundizaci¿on en experimentos ya realizados (aunque en otro tipo de gu¿¿as de niobato de litio) como la realizaci¿on de otros nuevos y el desarrollo de un modelo para interpretarlos. Este ¿ultimo punto es de vital importancia debido a que los modelos existentes fallaban en la explicaci¿on de los aspectos claves de la fenomenolog¿¿a del da¿no fotorrefractivo.
Adem¿as, la investigaci¿on planteada en el p¿arrafo anterior ha permitido, simult¿aneamente, avanzar en la optimizaci¿on del efecto fotorrefractivo ya desde la perspectiva alternativa de sus aplicaciones hologr¿aficas. Por ello, en este trabajo tambi¿en se ha perseguido clarificar las condiciones de grabado eficiente de redes hologr¿aficas y la influencia de par¿ametros particularmente relevantes como la intensidad luminosa a la que se trabaja y el estado ¿oxidoreducci ¿on de la impurezas o defectos activos.
El trabajo experimental ha sido realizado mayoritariamente sobre las gu¿¿as de onda fabricadas por intercambio prot¿onico en fase alfa, ya que la fabricaci¿on y caracterizaci¿on de las gu¿¿as ha sido optimizada en nuestro laboratorio de O¿ ptica No Lineal, gracias al esfuerzo realizado en distintos trabajos previos. Adem¿as, un ¿ultimo objetivo de la tesis ha sido realizar la primera caracterizaci¿on conocida del EFR en un nuevo tipo de gu¿¿as obtenidas por irradiaci¿on i¿onica, cuyo m¿etodo de fabricaci¿on ha sido desarrollado recientemente por el grupo de Aplicaciones Fot¿onicas con Iones del Centro de Microan¿alisis de Materiales (CMAM) de la Universidad Aut¿onoma de Madrid.
El trabajo realizado se ha dividido en dos grandes partes: I Introducci¿on y II Resultados. Como se puede observar, hemos prescindido de un cap¿¿tulo espec¿¿fico de t¿ecnicas experimentales.
Las t¿ecnicas experimentales han sido integradas en los cap¿¿tulos de resultados correspondientes, aunque las consideraciones experimentales generales se incluyen junto con la informaci¿on introductoria sobre las gu¿¿as.
La introducci¿on esta constituida por dos cap¿¿tulos. Un primer cap¿¿tulo dedicado a las gu¿¿as de onda, donde se definen estas estructuras y se describen las caracter¿¿sticas generales m¿as relevantes de las gu¿¿as de onda en niobato de litio. En este cap¿¿tulo se explican con detalle los m¿etodos de fabricaci¿on y las propiedades de las gu¿¿as utilizadas en este trabajo. El segundo cap¿¿tulo est¿a dedicado a introducir el efecto fotorrefractivo: por un lado el fen¿omeno y el modelo te¿orico est¿andar que lo describe, y por otro, el estado del arte del EFR y el da¿no ¿optico en gu¿¿as de onda.
La segunda parte de esta tesis esta centrada en los resultados originales, tanto experimentales como te¿oricos. Esta parte consta de 4 cap¿¿tulos: En el cap¿¿tulo 3, se hace un estudio del efecto fotorrefractivo en gu¿¿as de onda en fase alfa fabricadas sobre niobato de litio no dopado, mediante el grabado y borrado de redes hologr¿aficas, haciendo hincapi¿e en caracterizar la dependencia de la respuesta fotorrefractiva con la intensidad luminosa y la conductividad para estas gu¿¿as.
El cap¿¿tulo 4, se centra en estudiar sistem¿aticamente los umbrales de da¿no bajo diferentes condiciones experimentales. Se estudia la influencia del dopaje con Mg, de las variaciones de temperatura, de la configuraci¿on geom¿etrica y de la distancia de propagaci¿on. Adem¿as, se hace un estudio minucioso del perfil de intensidad del haz de salida en funci¿on de la intensidad para caracterizar con m¿as detalle el fen¿omeno del da¿no ¿optico.
En el cap¿¿tulo 5, se realiza un desarrollo exhaustivo de un modelo de dos centros fotorrefractivos con el fin de entender y describir el da¿no. Este modelo se estudia en el caso general para luego ser aplicado, tanto a la propagaci¿on dentro de una gu¿¿a de onda, como a la interferencia de ondas, haciendo hincapi¿e en describir los datos experimentales obtenidos en los cap¿¿tulos anteriores.
En el cap¿¿tulo 6, se hace un estudio sobre la respuesta fotorrefractiva y el da¿no ¿optico en gu¿¿as de onda fabricadas por el novedoso m¿etodo de irradiaci¿on con iones de alta energ¿¿a.
La memoria finaliza con un apartado que aporta una visi¿on global del trabajo, indicando las conclusiones m¿as relevantes que se han obtenido.
