2.9 L'olografia di volume nel niobato di litio

La registrazione di figure di interferenza nel niobato di litio avviene per effetto fotorefrattivo (si veda par. 1.2.6): nelle zone illuminate, gli elettroni fotoeccitati si muovono nella direzione +c e vengono intrappolati da siti trapping; se sono intrappolati in una zona ancora illuminata, vengono fotoeccitati di nuovo, e così via fino a venir definitamente catturati in siti che si trovano ai confini tra zona illuminata e non; il conseguente campo elettrostatico (dovuto alla ridistribuzione di Fe²⁺ e Fe³⁺, ad esempio) modula l'indice di rifrazione per effetto elettro-ottico.
Poiché gli elettroni si muovono in una direzione preferita, usualmente si registrano reticoli di interferenza sinusoidali in modo che il vettore $\vec{k}_{g}=\vec{k}_{o}-\vec{k}_{r}$ sia parallelo a c. Come si vede in figura 2.18, in questa configurazione la distribuzione spaziale delle cariche (e quindi la modulazione dell'indice di rifrazione) riproduce il pattern di interferenza. Se invece le frange di interferenza sono parallele a c, i fotoelettroni si muovono lungo la direzione delle frange e non viene riprodotta la figura di interferenza (fig. 2.19) [34].

Figura 2.18: Vettore del reticolo parallelo a 
.

Figura 2.19: Vettore del reticolo ortogonale a 
.

Un problema nella realizzazione di ologrammi in materiali fotorefrattivi è rappresentato dalla lettura. Illuminando un ologramma con l'onda di riferimento, gli elettroni vengono nuovamente fotoeccitati e si riduce la modulazione dell'indice di rifrazione precedentemente indotta. Per avere registrazioni non cancellabili da letture e che non si dissolvano per decadimento (si veda par. 1.2.6), è possibile fissare l'ologramma attraverso termal fixing [22,34]. La tecnica consiste nel registrare le figure di interferenza ad una temperatura di circa 180 °C, alla quale i protoni (ed eventuali altri ioni positivi) diventano mobili e gli elettroni, che non vengono fotoeccitati durante la registrazione, non sono termoeccitati. I protoni mobili migrano condotti dal campo elettrostatico dovuto alla ridistribuzione di Fe²⁺ e Fe³⁺, finchè la distribuzione dei protoni non crea un campo elettrostatico che compensa quello dovuto ai Fe²⁺ e F³⁺. La ridistribuzione di protoni riproduce perciò la figura di interferenza. In seguito, il campione di niobato di litio viene portato a temperatura ambiente ed illuminato omogeneamente con luce non coerente. Gli elettroni trapped vengono fotoeccitati e parzialmente ridistribuiti, mentre i protoni rimangono immobili: parte del reticolo dei protoni rimane incompensato, e il conseguente campo elettrostatico associato induce, via effetto elettro-ottico, una modulazione permanente dell'indice di rifrazione.

Guide di luce in niobato di litio drogato con ferro per applicazioni olografiche
Barbara Imperio
email-me