Elementos holograficos en gelatinas dicromatadas

Villamarin Villegas, Ayalid Mirlydeth
Quintanilla Montón, Manuel (dir.) ; Atencia Carrizo, Jesús (dir.)

Universidad de Zaragoza, 2010


ISBN: 978-84-694-3333-1

Resumen: Durante el trabajo de tesis hemos caracterizado las emulsiones comerciales de gelatina dicromatada Slavich PFG-04 mediante el registro de redes de volumen, transmisión y fase. Hemos optimizado el proceso de registro empleando una fuente de radiación láser en continuo con longitud de onda de 532 nm y 6.00W de potencia. Para evitar interferencias causadas por reflexiones entre vidrio, aire y emulsión y minimizar los efectos de calentamiento producidos por la alta potencia del láser durante el proceso de registro, se diseñó y construyó una lámina antihalo de cobre y vidrio, que nos permitió obtener resultados estables y reproducibles. Se obtuvieron redes altamente eficientes, con eficiencias de difracción relativas del 99% y eficiencias absolutas de hasta 78%. Hemos medido el espesor y el índice de la emulsión sin sellar empleando diversos instrumentos (Perfilómetro Dektak ST Surface Profiler, refractómetro de Abbe y sistema Metricom prism coupler, determinando un espesor de entre 30 y 31 micras, valor que difiere considerablemente del espesor indicado por el fabricante. Se determinó que la emulsión no presenta encogimiento después del procesado. El índice de refracción medio en muestras procesadas (ne = 1.543) presentó una ligera disminución respecto al valor medido en muestras sin procesar (ne= 1.544). Mediante el estudio de las curvas de selectividad angular obtenidas al medir la eficiencia de las redes en función del ángulo de incidencia, comprobamos que no se modifican las condiciones de reconstrucción respecto a las de registro. Hemos estudiado la dependencia de la modulación de índice con la exposición en el material, analizando las redes expuestas. Se obtuvo un comportamiento lineal hasta una modulación de índice n1= 0,00854 correspondiente a una exposición aproximada E = 2000 mJ/cm2. Para exposiciones mayores, se dejan de obtener resultados analizables, debido a inestabilidades térmicas y mecánicas. Empleamos una metodología alternativa para ampliar el análisis del rango dinámico lineal de la emulsión, la que consistió en el multiplexado angular de redes de volumen, transmisión y fase, independientes y cada una expuesta con el valor de exposición que da máxima eficiencia para una sola red. Al multiplexar 2 redes obtuvimos eficiencias relativas del 95% para cada red lo que indica un rango lineal de la modulación de índice mayor que 0.0246. Al multiplexar tres redes independientes obtuvimos eficiencias relativas del 75%, lo que nos permitió establecer el límite superior del rango dinámico lineal entre 0.0246 y 0.0328. El rango dinámico lineal obtenido nos permitió registrar redes de transmisión, volumen y fase optimizadas para operar con alta eficiencia al ser iluminadas con un láser de longitud de onda de 800 nm, que emite pulsos de femtosegundos. Se determinó el umbral de daño del material para un sólo pulso de 120 fs y para 100 pulsos (cuando aparece efecto acumulativo). El umbral de daño es 0.736 J/cm2 para un pulso y 0.340 J/cm2 para 100 pulsos, focalizados con una lente de focal f' = 100 mm. Los resultados obtenidos para las redes registradas en placas Slavich PFG-04 se emplearon en el diseño y construcción de dispositivos y elementos holográficos de propósito especifico, para su utilización en experimentos llevados a cabo en conjunto con investigadores del Servicio Láser de la Universidad de Salamanca. En primer lugar hemos diseñado y construido un compresor de pulsos ultracortos e intensos formado por dos redes holográficas de transmisión en paralelo y diseñado para compensar la dispersión de segundo orden en pulsos de 10 nm de ancho de banda espectral y 580 fs. Con este dispositivo se han llegado a comprimir pulsos de 580 fs hasta 106 fs, cerca de su límite de Fourier (100fs). El compresor ha sido caracterizado también en función de la selectividad espectral de las redes y permite comprimir pulsos de hasta 55 nm de ancho de banda espectral. La eficiencia absoluta obtenida en cada red ( 75%) da una eficiencia total del pulso a la salida del compresor de 30%, que se puede incrementar hasta aproximadamente un 52% con un recubrimiento antireflejante. Hemos adaptado el diseño del compresor inicial a las condiciones específicas de cada experimento. Para su uso en experimentos de postcompresión de pulsos con anchos de banda de hasta 100 nm incrementados mediante filamentación, diseñamos y construimos redes transmisión, volumen y fase con una frecuencia espacial de 330 líneas/mm. Estas redes sustituyeron a las redes de 730 líneas/mm en el montaje del compresor inicial, permitiendo comprimir pulsos de hasta 100 nm de anchura espectral desde aproximadamente 130 fs hasta una anchura temporal de 15 fs. En segundo lugar se han diseñado y construido elementos holográficos de volumen, transmisión y fase para la generación de vórtices ópticos, que permitieron el estudio de la propagación de estos vórtices en régimen lineal y no lineal (a altas energías). Debido a la alta dispersión cromática que poseen los hologramas de volumen, se realizo un montaje acromático basado en el propuesto por Meriyenko et al para CGHs [Meriyenko 2005], en que se utilizaron dos redes de igual periodo (una red plana y una red con dislocación) y un sistema de lentes que permitieron compensar la dispersión cromática. Se tuvo que emplear una cámara de vacio para evitar efectos de filamentación en las zonas de focalización de las lentes, debido a las altas energías empleadas. La eficiencia absoluta obtenida en cada holograma fue aproximadamente del 78% para la red plana y del 76% para el holograma del vórtice, por lo que el sistema de dos redes presentó eficiencia neta cercana al 60%. El sistema fue irradiado con intensidades de 32 mJ /cm2, sin que se presentara daño alguno en las redes. En la propagación del vórtice en régimen lineal, se observó que antes del foco de la lente (f'= 2.2 m) el vórtice se rompe en dos estructuras y justo después del foco el vórtice se recompone y mantiene su estructura, pero cuando se propaga en régimen no lineal debido al aumento de la energía, el vórtice mantiene la rotura durante la propagación. [Sola 2007]. Para solventar las desventajas del montaje acromático hemos diseñamos y construido un elemento holográfico uniaxial compuesto por una red plana y una red con dislocación, ambas del mismo periodo y pegadas (emulsión contra emulsión), con alta eficiencia de difracción. El elemento ha sido diseñado para operar en línea y con el haz de reconstrucción incidiendo perpendicular a la placa. Permite cancelar la dispersión cromática propia de las redes de volumen sin necesidad de emplear lentes. Además puede alinearse sin dificultad en cualquier montaje experimental, ocupa un espacio mínimo y evita tener que emplear la cámara de vacío. Este elemento fue caracterizado empleando una fuente continua de luz blanca y un filtro interferencial centrado en 852 nm con anchura espectral de 10 nm. Se comprobó que el vórtice generado mantiene su simetría en la propagación del haz. La eficiencia relativa de cada uno de los componentes (red plana y red del vórtice) es 98%. También se determinó la selectividad cromática del elemento compuesto, obteniendo un ancho de banda espectral de 157 nm. La eficiencia y selectividad angular del elemento permitirán generar vórtices energéticos con pulsos de ancho de banda espectral de 10 nm, empleando un láser Ti: zafiro del Servicio Láser de la Universidad de Salamanca y estudiar su propagación simplificando y mejorando las condiciones experimentales que se emplearon en el montaje acromático.

Pal. clave: Holografía ; Láseres ; Óptica

Área de conocimiento: Física aplicada

Departamento: Física Aplicada

Nota: Presentado: 22 03 2010

Nota: Tesis-Univ. Zaragoza