4.4.1 La spettroscopia Raman in guida

Per studiare lo spettro della luce diffusa da una data profondità dalla superficie di un cristallo, si utilizza la spettroscopia Raman in guida. A tal fine si realizza sul campione una guida d'onda in cui si accoppia via prisma un fascio di luce laser per eccitare un modo guidato; la radiazione diffusa proviene perciò dalla sola zona guidante da una profondità opportunamente scelta nella realizzazione della guida.

Figura 4.16: Spettroscopia Raman in guida.

L'apparato utilizzato è schematizzato in figura 4.16. Il fascio è fornito da un laser He-Cd con lunghezza d'onda pari a l=4416 Å. La luce diffusa viene raccolta a 90 ° rispetto alla superficie della guida e quindi alla direzione del fascio guidato; attraverso un sistema di lenti la luce è focalizzata su un monocromatore seguito da un polarizzatore, che individuano rispettivamente la lunghezza d'onda e la polarizzazione del segnale rivelato. Gli spettri sono stati acquisiti per la configurazione y(zy)x, per campione x-cut, cioè per radiazione incidente propagantesi lungo y, polarizzata lungo z, e radiazione diffusa avente polarizzazione lungo y e rivelata nella direzione x, secondo la notazione introdotta da [42]. Per studiare gli effetti del drogaggio con ferro, sono state realizzate guide planari su entrambe le superfici del campione 9h, una drogata (D), l'altra non drogata (ND). Le guide sono state realizzate tramite proton exchange in un bagno di acido benzoico e benzoato di litio con una concentrazione molare del 2%, per 100 minuti, alla temperatura di 240 °C; le guide sono state poi sottoposte a trattamento di annealing a 390 °C per 6 ore (si veda par. 3.2). Le guide ottenute sono monomodali e si estendono per una profondità di 1-2 mm, perciò la luce diffusa dalla parte drogata (D) proviene dalla zona a concentrazione maggiore di ferro. Nell'ipotesi che il profilo del ferro sia gaussiano per tutta la zona diffusa (con un andamento lentamente crescente fino al layer superficiale), la guida annealed proton exchanged (APE) si estende nella zona a concentrazione di ferro praticamente costante (si veda par. 3.6).

Figura 4.17: Spettro Raman Stokes di LiNbO₃ puro x-cut (P), per configurazione y(zy)x, [42].

Figura 4.18: Spettri Raman del campione 9h; lo spettro continuo è quello della parte guidata (D), quello tratteggiato è della parte non drogata (ND).

Figura 4.19: Parte dello spettro dove (D), linea continua, e (ND), linea tratteggiata, differiscono.

Per individuare gli effetti introdotti dai processi di diffusione termica e di preparazione delle guide APE, cui sono state sottoposte sia (D) sia (ND), si riporta lo spettro Raman del niobato di litio puro (P) (senza guida), acquisito nella configurazione y(zy)x (fig. 4.17) [42]. Se si confrontano gli spettri (D) e (ND) (fig. 4.18), si può notare come siano pressoché identici, tranne i picchi a 263 e 285 cm^-1, le cui intensità sono maggiori in (D). Si confronti ora lo spettro della guida drogata (D) con lo spettro del niobato di litio puro (P); la maggior parte delle linee si presenta alla stessa frequenza e con la stessa intensità relativa escluso il picco a 430 cm^-1 che in (D) ha una maggior intensità, e tranne che nella regione compresa tra i picchi 239 e 321 cm^-1. In questo range lo spettro (P) presenta una sola linea a 266 cm^-1, mentre (D) presenta tre picchi rispettivamente a 263, 285, 297 cm^-1. La presenza di questi tre picchi è probabilmente da attribuire ai processi di proton exchange e di annealing, cui è stato sottoposto il campione 9h. La presenza del ferro in (D) aumenta la probabilità di eccitazione dei moti vibrazionali corrispondenti a 263 e 285 cm^-1 rispetto a (ND). Non essendo questa zona dello spettro indicizzata, è difficile formulare delle ipotesi sulla attribuzione di tali modi. Dal confronto tra (D), (ND) e (P) si può concludere che il drogaggio del ferro in queste condizioni non comporta sostanziali cambiamenti dei modi vibrazionali del cristallo.

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