En óptica no lineal , la técnica de escaneo z se utiliza para medir el índice no lineal n 2 ( no linealidad de Kerr) y el coeficiente de absorción no lineal Δα mediante los métodos "cerrado" y "abierto", respectivamente. Como la absorción no lineal puede afectar la medición del índice no lineal, el método abierto se usa típicamente junto con el método cerrado para corregir el valor calculado. Para medir la parte real del índice de refracción no lineal, se utiliza la configuración de exploración z en su forma de apertura cerrada. De esta forma, dado que el material no lineal reacciona como una lente dependiente de z débil, la apertura de campo lejano permite detectar las pequeñas distorsiones del haz en el haz original. Dado que el poder de enfoque de esta débil lente no lineal depende del índice de refracción no lineal, [1]sería posible extraer su valor analizando los datos dependientes de z adquiridos por el detector e interpretándolos con cautela utilizando una teoría adecuada. [2] Para medir la parte imaginaria del índice de refracción no lineal, o el coeficiente de absorción no lineal, se utiliza la configuración de exploración z en su forma de apertura abierta. En las mediciones de apertura abierta, la apertura de campo lejano se elimina y el detector mide toda la señal. Al medir toda la señal, las pequeñas distorsiones del haz se vuelven insignificantes y la variación de la señal dependiente de z se debe a la absorción no lineal por completo. A pesar de su simplicidad, en muchos casos, la teoría del escaneo z original no es completamente precisa, es decir, cuando la respuesta del medio no lineal a la radiación láser no es local en el espacio. Siempre que la respuesta no lineal inducida por láser en un punto determinado del medio no esté determinada únicamente por la intensidad del láser en ese punto, sino que también dependa de la intensidad del láser en las regiones circundantes, se denominará respuesta óptica no lineal no local. Generalmente, una variedad de mecanismos pueden contribuir a la no linealidad, algunos de los cuales pueden ser no locales. Por ejemplo, cuando el medio no lineal se dispersa dentro de una solución dieléctrica, la reorientación de los dipolos (dipolos moleculares permanentes o inducidos) como resultado de la acción del campo óptico no es local en el espacio y cambia el campo eléctrico experimentado por el medio no lineal. La teoría del escaneo z no local, [3] se puede utilizar para analizar sistemáticamente el papel de varios mecanismos en la producción de la respuesta no lineal no local de diferentes materiales.
Técnica de escaneo z de apertura cerrada
En esta configuración se coloca una abertura para evitar que parte de la luz llegue al detector. El equipo está dispuesto como se puede ver en el diagrama. Una lente enfoca un láser en un punto determinado y, después de este punto, el rayo se desenfoca de forma natural. Después de una distancia adicional, se coloca una abertura con un detector detrás. La apertura hace que solo la región central del cono de luz llegue al detector. Normalmente, los valores de la transmitancia normalizada están entre.
El detector ahora es sensible a cualquier enfoque o desenfoque que pueda inducir una muestra. La muestra se coloca típicamente en el punto de enfoque de la lente y luego se mueve a lo largo del eje z una distancia deque viene dada por la longitud de Rayleigh :
La aproximación de muestra delgada establece que el espesor de la muestra debe ser menor que la longitud de Rayleigh
Técnica de escaneo z de apertura abierta
Este método es similar al método anterior, sin embargo, la apertura se quita o se agranda para permitir que toda la luz llegue al detector. En efecto, esto establece la transmitancia normalizada en S = 1. Se utiliza para medir el coeficiente de absorción no lineal Δα. La principal causa de la absorción no lineal se debe a la absorción de dos fotones.
Técnica de escaneo en z de dos brazos
Cuando se miden las propiedades no lineales de moléculas en solución, la absorción de dos fotones del solvente suele ser pequeña y la determinación de porque el soluto no es problemático. Sin embargo, este no es el caso de la refracción no lineal (NLR). Normalmente, el NLR por molécula de disolvente es mucho menor que el del soluto, pero la gran densidad de moléculas de disolvente produce un NLR neto grande que puede dominar la señal debida al soluto. Además, hay una contribución a la medidadebido a las celdas utilizadas para contener las muestras. En los casos en que eldel soluto es pequeño, pueden surgir grandes discrepancias al informar la no linealidad del soluto, ya que el NLR del solvente y las células debe restarse del de la solución. Por tanto, la determinación de las no linealidades de los solutos en regiones donde el NLR es similar o mucho más pequeño que el disolvente o las células ha sido difícil. De manera similar, este problema ocurre para películas delgadas depositadas sobre un sustrato, donde tanto la película como el sustrato exhiben absorción de dos fotones y refracción no lineal. El Z-scan de doble brazo es una versión modificada del Z-scan convencional que puede abordar este problema midiendo y restando simultáneamente el efecto del disolvente (o sustrato) de la muestra en estudio. [4] [5]
Eclipsando z-scan
Este método es similar al método de escaneo z cerrado, sin embargo, la sensibilidad del sistema aumenta al mirar solo los bordes exteriores del haz bloqueando la región central. Esto se logra reemplazando la apertura con discos que bloquean la parte central del haz. El método debe su nombre a la forma en que la luz pasa alrededor del disco hasta el detector de manera similar a un eclipse .
Una mejora adicional del método de escaneo z eclipsante es agregar una lente detrás de la apertura para que la luz se enfoque en el detector, esto también puede reducir la necesidad de un detector más grande.
Referencias
- ^ Vaziri, MRR (2015). "Comente sobre" Mediciones de refracción no lineal de materiales utilizando la deflectometría muaré " ". Comunicaciones ópticas . 357 : 200-201. Código Bibliográfico : 2015OptCo.357..200R . doi : 10.1016 / j.optcom.2014.09.017 .
- ^ Sheik-Bahae, M (1990). "Medición sensible de no linealidades ópticas utilizando un solo haz" (PDF) . Revista IEEE de Electrónica Cuántica . 26 (4): 760–769. Código Bibliográfico : 1990IJQE ... 26..760S . doi : 10.1109 / 3.53394 .
- ^ Rashidian Vaziri, MR (2013). "Teoría de Z-scan para medios no lineales no locales con refracción no lineal simultánea y absorción no lineal". Óptica aplicada . 52 (20): 4843–8. Código bibliográfico : 2013ApOpt..52.4843R . doi : 10.1364 / AO.52.004843 . PMID 23852196 .
- ^ Ferdinandus, Manuel R. (2012). "Técnica de escaneo en Z de doble brazo para extraer no linealidades de soluto diluido a partir de mediciones de solución" . Materiales ópticos Express . 2 (12): 1776-1790. doi : 10.1364 / OME.2.001776 .
- ^ Ensley, Trenton R (2019). "Mediciones no lineales de refracción y absorción de películas delgadas por el método de escaneo en Z de dos brazos" . Óptica aplicada . 58 (13): D28 – D33. doi : 10.1364 / AO.58.000D28 . PMID 31044817 .
enlaces externos
- Mediciones de escaneo Z de no linealidades ópticas
- Resumen de medición de Z-scan por Rüdiger Paschotta