Un efecto electroóptico es un cambio en las propiedades ópticas de un material en respuesta a un campo eléctrico que varía lentamente en comparación con la frecuencia de la luz. El término abarca una serie de fenómenos distintos, que se pueden subdividir en
- a) cambio de la absorción
- Electroabsorción : cambio general de las constantes de absorción.
- Efecto Franz-Keldysh : cambio en la absorción que se muestra en algunos semiconductores a granel
- Efecto Stark confinado cuánticamente : cambio en la absorción en algunos pozos cuánticos de semiconductores
- Efecto electrocrómico : creación de una banda de absorción en algunas longitudes de onda, que da lugar a un cambio de color.
- b) cambio del índice de refracción y permitividad
- Efecto Pockels (o efecto electro-óptico lineal): cambio en el índice de refracción linealmente proporcional al campo eléctrico. Solo ciertos sólidos cristalinos muestran el efecto Pockels, ya que requiere falta de simetría de inversión
- Efecto Kerr (o efecto electroóptico cuadrático, efecto QEO): cambio en el índice de refracción proporcional al cuadrado del campo eléctrico. Todos los materiales muestran el efecto Kerr, con diferentes magnitudes, pero generalmente es mucho más débil que el efecto Pockels.
- electro-giro : cambio en la actividad óptica .
- Efecto refractivo de electrones o EIPM
En diciembre de 2015, se predijo teóricamente la existencia de otros dos efectos electroópticos de tipo (b) [1], pero aún no se han observado experimentalmente.
Los cambios en la absorción pueden tener un fuerte efecto sobre el índice de refracción para las longitudes de onda cercanas al borde de absorción, debido a la relación Kramers-Kronig .
Utilizando una definición menos estricta del efecto electroóptico que permite también campos eléctricos que oscilen a frecuencias ópticas, también se podría incluir la absorción no lineal (la absorción depende de la intensidad de la luz) en la categoría a) y el efecto Kerr óptico (el índice de refracción depende de la luz). intensidad) a la categoría b). Combinado con el fotoefecto y la fotoconductividad , el efecto electroóptico da lugar al efecto fotorrefractivo .
El término "electroóptico" se utiliza a menudo erróneamente como sinónimo de " optoelectrónico " .
Aplicaciones principales
Moduladores electro-ópticos
Los moduladores electroópticos generalmente se construyen con cristales electroópticos que exhiben el efecto Pockels. El haz transmitido se modula en fase con la señal eléctrica aplicada al cristal. Los moduladores de amplitud se pueden construir colocando el cristal electroóptico entre dos polarizadores lineales o en una ruta de un interferómetro Mach-Zehnder . Además, los moduladores de amplitud se pueden construir desviando el haz hacia adentro y hacia afuera de una pequeña abertura, como una fibra. Este diseño puede ser de baja pérdida (<3 dB) e independiente de la polarización, dependiendo de la configuración del cristal.
Deflectores electro-ópticos
Los deflectores electroópticos utilizan prismas de cristales electroópticos. El índice de refracción es modificado por el efecto Pockels, cambiando así la dirección de propagación del haz dentro del prisma. Los deflectores electroópticos tienen solo una pequeña cantidad de puntos que se pueden resolver, pero poseen un tiempo de respuesta rápido. Hay pocos modelos comerciales disponibles en este momento. Esto se debe a la competencia de los deflectores acústico-ópticos , al pequeño número de puntos que se pueden resolver y al precio relativamente alto de los cristales electro-ópticos.
Sensores de campo electro-óptico
El efecto Pockels electroóptico en cristales no lineales (por ejemplo, KDP, BSO, K * DP) se puede utilizar para la detección de campos eléctricos mediante técnicas de modulación del estado de polarización. En este escenario, un campo eléctrico desconocido da como resultado la rotación de polarización de un rayo láser que se propaga a través del cristal electroóptico; mediante la inclusión de polarizadores para modular la intensidad de la luz incidente en un fotodiodo, se puede reconstruir una medición de campo eléctrico resuelta en el tiempo a partir de la traza de voltaje obtenida. Como las señales obtenidas de las sondas cristalinas son ópticas, son inherentemente resistentes a la captación de ruido eléctrico, por lo que se pueden utilizar para la medición de campo de bajo ruido incluso en áreas con altos niveles de ruido electromagnético en las proximidades de la sonda. Además, como la rotación de polarización por efecto Pockels escala linealmente con el campo eléctrico, se obtienen medidas de campo absoluto , sin necesidad de integración numérica para reconstruir campos eléctricos, como es el caso de las sondas convencionales sensibles a la derivada del tiempo de la eléctrica. campo.
Se han demostrado mediciones electroópticas de fuertes pulsos electromagnéticos de intensas interacciones láser-materia en los regímenes de impulsores de pulso láser de nanosegundos y picosegundos (subpetavatios). [2] [3]
Referencias
- ↑ Castles, F. (3 de diciembre de 2015). "Efectos electro-ópticos lineales debido a la dispersión espacial de alto orden". Physical Review A . Sociedad Estadounidense de Física (APS). 92 (6): 063804. arXiv : 1503.04103 . doi : 10.1103 / physreva.92.063804 . ISSN 1050-2947 .
- ^ Consoli, F .; De Angelis, R .; Duvillaret, L .; Andreoli, PL; Cipriani, M .; Cristofari, G .; Di Giorgio, G .; Ingenito, F .; Verona, C. (15 de junio de 2016). "Medidas absolutas resueltas en el tiempo por efecto electro-óptico de pulsos electromagnéticos gigantes debido a la interacción láser-plasma en régimen de nanosegundos" . Informes científicos . 6 (1): 27889. Bibcode : 2016NatSR ... 627889C . doi : 10.1038 / srep27889 . PMC 4908660 . PMID 27301704 .
- ^ Robinson, TS; Consoli, F .; Giltrap, S .; Eardley, SJ; Hicks, GS; Ditter, EJ; Ettlinger, O .; Stuart, NH; Notley, M .; De Angelis, R .; Najmudin, Z .; Smith, RA (20 de abril de 2017). "Detección óptica de bajo ruido resuelto en el tiempo de pulsos electromagnéticos de interacciones láser de petavatios-materia" . Informes científicos . 7 (1): 983. Bibcode : 2017NatSR ... 7..983R . doi : 10.1038 / s41598-017-01063-1 . PMC 5430545 . PMID 28428549 .
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enlaces externos
- AdvR - Investigación y dispositivos electroópticos