광촉매효과

Photorefractive effect

광촉매 효과는 특정 결정 및 기타 물질에서 볼 수 있는 비선형 광학 효과로 굴절률을 변경하여 빛에 반응한다.[1]그 효과는 일시적이고 소거 가능한 홀로그램을 저장하는 데 사용될 수 있으며 홀로그램 데이터 저장에도 유용하다.[2][3]위상 콘주게이트 거울이나 광학 공간용 솔리톤을 만드는 데도 사용할 수 있다.

메커니즘

광촉매 효과는 다음과 같은 몇 가지 단계에서 발생한다.

  1. 광촉매 물질은 일관된 빛의 빔에 의해 조명된다. (홀로그래피에서는 이것들은 신호와 기준 빔일 것이다.)빔 사이의 간섭으로 인해 수정 전체에 어둡고 가벼운 주름의 패턴이 생긴다.
  2. 밝은 가장자리가 존재하는 지역에서는 전자가 빛을 흡수하고 불순물 수준에서 물질의 전도 대역으로 광적으로 방출되어 전자 구멍(순양전하)을 남길 수 있다.불순물 수준은 물질의 발란스 밴드의 에너지와 전도 밴드 사이의 중간 에너지를 가진다.
  3. 일단 전도 대역에 들어가면 전자는 자유롭게 움직일 수 있고 결정 전체에 확산된다.전자가 밝은 프링에서 우선 흥분하기 때문에 순전자 확산 전류는 물질의 어두운 프링게 영역을 향한다.
  4. 전도 대역에 있는 동안, 전자는 구멍과 어느 정도 확률로 재결합하여 불순물 수준으로 되돌아갈 수 있다.이 재조합이 일어나는 속도는 전자가 얼마나 멀리 확산되는지를 결정하며, 따라서 그 물질에서 광촉매 효과의 전반적인 강도를 결정한다.일단 불순물 레벨로 돌아오면 전자는 갇히고 (빛에 의해) 전도 대역으로 다시 배출되지 않는 한 더 이상 움직일 수 없다.
  5. 물질의 어두운 영역으로 전자의 순 재분배되어 밝은 영역에 구멍이 남으면서, 그 결과로 발생하는 전하 분포는 수정에서 공간 전하 영역으로 알려진 전기장을 설정하게 된다.전자와 구멍은 갇히고 움직이지 않기 때문에 조명 빔을 제거해도 공간 전하장은 지속된다.
  6. 내부 공간 전하장은 전기-광학 효과를 통해 필드가 가장 강한 지역에서 결정의 굴절률 변화를 일으킨다.이는 공간적으로 다양한 굴절률 그리팅이 결정 전체에 걸쳐 발생하게 한다.형성되는 그링의 패턴은 원래 크리스털에 부과된 빛 간섭 패턴을 따른다.
  7. 굴절률 그래팅은 이제 빛을 분산시킬 수 있으며, 그 결과로 발생하는 회절 패턴이 크리스털에 저장된 빛의 원래 패턴을 재현하여 수정으로 비춘다.

적용

광촉매 효과는 동적 홀로그래피, 특히 일관성 있는 빔의 세척에 사용할 수 있다.예를 들어 홀로그램의 경우 기준 빔만으로 그레이팅을 비추면 원래 신호 빔의 재구성이 발생한다.두 개의 일관성이 있는 레이저 빔(보통 빔플리터를 사용하여 레이저 빔을 둘로 분할한 다음 거울에 의해 적절히 리디렉션하여 획득)이 광 굴절 결정 내부에서 교차할 때, 결과적으로 발생하는 굴절률 그래프가 레이저 빔을 분산시킨다.결과적으로, 한 빔은 에너지를 얻고 다른 빔의 광도 감소의 희생으로 더 강해진다.이 현상은 이파 혼합의 한 예다.이 구성에서 Bragg 회절 조건은 자동으로 만족된다.

결정 내부에 저장된 패턴은 패턴이 지워질 때까지 지속된다; 이것은 전자를 다시 전도 대역으로 자극하고 그것들이 더 균일하게 분배될 수 있도록 하는 균일한 조명으로 결정체를 범람시킴으로써 이루어질 수 있다.

광촉매 물질은 티탄산바륨(BaTiO3), 리튬 니오베이트(LiNbO3), 바나듐 도핑 아연 텔루라이드(ZnTe:V), 유기 광촉매 물질, 특정 광광폴리머, 일부 다중 양자 우물 구조를 포함한다.

참조

  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.