Efectos de la Birrefringencia en la Guía Electromagnética de Estructuras Producidas por Láser de Femtosegundo

III. RESULTADOS

La imagen de microscopía de transmisión de sección transversal de la estructura registrada en LiNbO3 muestra regiones oscuras en el centro de la figura indicada por flechas en la Fig. 2 a). Además, dos líneas en la imagen longitudinal de la Fig. 2 (b), vista superior, indica el registro de dos estructuras paralelas.

Estas regiones oscuras están relacionadas con la disminución del índice de refracción del material resultante del autoenfoque con potencia láser por encima del umbral de colapso. Las regiones brillantes localizadas alrededor de las oscuras, son el resultado de cambios inducidos por el estrés que aumentan el índice de refracción (guía de onda Tipo II) .

Como el cristal LiNbO3 es birrefringente, los cambios en el índice de refracción pueden ocurrir tanto en los índices ordinarios como en los extraordinarios. Los cambios estructurales, creados en un régimen de intensidad de registro moderada, aumentan el índice de refracción extraordinario, mientras que el índice de refracción ordinario disminuye. Por otro lado, los efectos de absorción no lineales a impulsos de alta energía causan daños graves al material, reduciendo ambos índices de refracción y dando como resultado el área oscura. Además, se forma una región birrefringente inducida por estrés alrededor de la región dañada ,. Se informó de una potencia crítica para la avería en LiNbO3 de 0,3 MW correspondiente a una energía de 0,12 µJ . Por lo tanto, como la energía por pulso de 2 µJ utilizada para producir las estructuras en LiNbO3 es mayor que la energía crítica para la ionización no lineal, se espera que ocurra la filamentación causada por un equilibrio dinámico entre el autoenfoque y el desenfoque de plasma.

Fig. 3 muestra imágenes de la estructura grabadas en LiF capturadas por microscopía de transmisión. Se puede ver en la Fig. 3 (a) el perfil transversal alargado de la estructura, que resulta de la filamentación esperada debido al método de registro . A diferencia de LiNbO3, la región oscura en el perfil longitudinal del LiF, Fig. 3 (b), muestra una sola línea correspondiente a la guía de onda inscrita.

En el método de grabación, el rayo láser se lanzó en la superficie superior del cristal que también corresponde a la parte superior de las imágenes de sección transversal de la Fig. 2 y 3.

Las imágenes reconstruidas que representan el perfil de campo cercano del haz que emerge de las estructuras inscritas en LiNbO3 y LiF se muestran en la Fig. 4. Estas imágenes corresponden a los perfiles obtenidos controlando solo el SOP de la luz incidente, y por lo tanto, se eliminó P2 de la configuración. La polarización de la luz transmitida por P1 estaba en las direcciones V o H. Las orientaciones de las imágenes en la Fig. 4 (a), (b) y 4 (c), (d) son equivalentes a la orientación espacial real de los cristales de la Fig. 2 a) y Fig. 3 a), respectivamente. En otras palabras, la parte superior de las imágenes corresponde a la superficie superior del cristal. Higo. 4 (a) y 4 (b), exhiben en el eje vertical un perfil alargado a lo largo de la profundidad cristalina compuesto de dos regiones principales de guía. El perfil en la muestra del eje horizontal corresponde a la luz guiada por toda la estructura. Sin embargo, las modificaciones en el SOP de la luz incidente cambian la posición xy de estas regiones.

Las imágenes reconstruidas de la Fig. 4 (c) y 4 (d), presenta un perfil de campo cercano para el LiF con una forma más regular compuesta de una región principal de máxima intensidad, por lo tanto, una sola guía de onda. Los perfiles de haz de la luz guiada por la estructura en LiNbO3 obtenidos para ejes de transmisión P1 y P2 en diferentes orientaciones se muestran en la Fig. 5 y 6. Para P1 en las direcciones V o H, P2 se cambió de las direcciones V, 45° y H o se eliminó (ϕ).

Para todas las disposiciones P1 y P2, la intensidad y la forma del perfil del haz se mantuvieron constantes, como se puede ver en la Fig. 5 c) y 5 d). En la Fig. 5 (a), el perfil en el eje vertical (profundidad de cristal) para P1 alineado en vertical y P2 ausente (vϕ), exhibe tres picos, también mostrados en la Fig. 4 a). Pico 1, corresponde a la guía en la región más interna de la estructura en el cristal que sufre la mayor disminución del índice de refracción debido al enfoque láser durante la inscripción. En la región cercana a la superficie cristalina se produce una fuga de la potencia guiada al medio externo, pico 3 de la Fig. 5 a). Cuando los ejes de transmisión de ambos polarizadores están alineados (VV), la intensidad general de la señal disminuye, pero el perfil aún muestra los 3 picos. Para la disposición V45°, la señal disminuye aún más, el pico 3 casi desaparece y el perfil muestra solo los picos 1 y 2 con aproximadamente la misma intensidad. Cuando las direcciones P1 y P2 son ortogonales (VH), se sigue detectando una señal de salida. El pico 1 se vuelve menos intenso que el pico 2. Por lo tanto, la guía se desplaza hacia la superficie del cristal.

El perfil del haz en el eje horizontal, Fig. 5 (b), exhibe un pico intenso 5, correspondiente a la intensidad combinada de los tres picos (1, 2 y 3) mostrados en el eje vertical. Para las disposiciones Vϕ y VV, se observa un lóbulo lateral 4 que desaparece para V45° y VH. Los perfiles horizontales y verticales obtenidos experimentalmente para vϕ, Fig. 5 (c) y 5 (d), se reconstruyen mediante la adición de los perfiles obtenidos para configuraciones VV y VH. Cada región anisotrópica de la estructura producida por el láser de femtosegundo tiene una birrefringencia particular. Por lo tanto, para una luz incidente polarizada linealmente, cada región de guía propaga los componentes del campo en las direcciones de sus ejes de birrefringencia. Como consecuencia, la forma del perfil del haz cambia para diferentes orientaciones del eje de transmisión P2.

En La Fig. 6 (a), el perfil de haz obtenido para la configuración h also también muestra tres picos. Sin embargo, a diferencia del perfil obtenido para vϕ, los picos 2 y 3 son los más intensos. En este caso, la luz se propaga preferentemente en las regiones de guía casi a la superficie del cristal. Para las configuraciones H45° y HH, el pico 1 desaparece. Para HV, los picos 1 y 2 tienen aproximadamente la misma amplitud y el pico 3 se desvanece. Por lo tanto, la parte más interna de la estructura producida en las guías de cristal se ilumina preferentemente polarizada linealmente en la dirección vertical. Por otro lado, la región casi a la superficie guía preferentemente la luz polarizada linealmente en la dirección horizontal. Además, la fuga de la luz se produce preferentemente para la polarización horizontal.

El perfil del haz en el eje horizontal, Fig. 6 (b), muestra el pico 5 que corresponde a la intensidad combinada de los tres picos en el eje vertical (Fig. 6 a)). En este caso, el lóbulo lateral 4 disminuye para HV y HH, y desaparece solo para V45°.

Para luz incidente polarizada linealmente en la dirección horizontal, el perfil de haz obtenido sin P2 se reconstruye mediante la adición de los perfiles para HV y HH, como se muestra en la Fig. 6 c) y 6 d).

Perfiles de viga de la Fig. 7 y 8 revelan la birrefringencia inducida de la estructura inscrita en cristal de fluoruro de litio. Como se puede ver, la guía se obtiene incluso para direcciones ortogonales de ejes de transmisión P1 y P2, disposición VH.

Fig. 7 (a), muestra el perfil del haz en el eje vertical compuesto por dos picos principales. Como el pico 2 es el más intenso, la guía se produce preferentemente en la región de la estructura inscrita cerca de la superficie cristalina para configuraciones Vϕ, VV y V45°. Sin embargo, para VH, la guía se produce en la región más interna del cristal. En el eje horizontal, el perfil de haz para vϕ, VV y V45° muestra un pico pronunciado 4 con un lóbulo lateral 3. Para el lóbulo VH 3 se desvanece y el pico 4 se desplaza hacia la derecha. El perfil de viga para v is se reconstruye añadiendo los perfiles VV y VH (Fig. 7 c) y 7 d)), como ocurrió con LiNbO3.

Fig. 8 (a) exhibe el perfil de haz obtenido con configuraciones Hϕ, HH y H45°. Para h there hay dos lóbulos laterales, 1 y 3. Para HH y H45°, el lóbulo 1 desaparece, pero hay alguna guía correspondiente al lóbulo 3. Perfiles en el eje horizontal, Fig. 8 (b), exhiben el pico intenso 5 con dos lóbulos laterales, 4 y 6 para todos los arreglos de P1 y P2. Para AT en ambos ejes, pico 2 se divide en dos picos. El perfil de viga para H also también se reconstruye añadiendo los perfiles HV y HH (Fig. 8 c) y 8 d)).