Κεφάλαιο 1 - Nemertes

ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ
3.4.1 Απορρόφηση ακτινοβολίας από µη µεταλλικά υλικά
Η διαφοροποίηση µεταξύ ενός µετάλλου και ενός µη µετάλλου βασίζεται συνήθως στη
συµπεριφορά των ηλεκτρονίων κάτω από επιβαλλόµενο ηλεκτρικό πεδίο. Αυτό συνδέεται µε
την φυσική σηµασία της διηλεκτρικής σταθεράς. Παροµοίως τα µη-µεταλλικά υλικά υπό την
έλλειψη κάποιας διέγερσης έχουν µόνο τα ηλεκτρόνια του πυρήνα κατά Drude και είναι
διαφανή κυρίως στο υπέρυθρο (100>λ>1 µm), ορατό (1>λ>1 µm) και υπεριώδες
(0.3>λ>0.01 µm) φάσµα. Υπάρχουν δυο εξαιρέσεις στον κανόνα:
116
1. Λόγω των µεταβάσεων από µια ενεργειακή στοιβάδα σε άλλη, όταν το
προσπίπτον φωτόνιο έχει ενέργεια τουλάχιστον ίση µε την ενέργεια ζώνης (band
gap energy). Στη κβαντοµηχανική αυτό αποκαλείται συντονισµός (resonance).
2. Λόγω σύζευξης φωτονίων (phonon coupling) κοντά στην περιοχή του υπέρυθρου
(λ~10 µm), που αντιστοιχεί σε ταλαντώσεις του κρυσταλλικού πλέγµατος πάρα σε
µεταβάσεις ηλεκτρονίων.
Οι αλλαγές οπτικών ιδιοτήτων από την απορρόφηση ακτινοβολίας σε µη-µεταλλικά υλικά
µπορούν να καταταγούν σε δυο κατηγορίες:
• Αυτο-εστιασµός (self-focusing ή self-defocusing)
• ∆ηµιουργία ελευθέρων φορέων (free-carrier generation)
Ο αυτο-εστιασµός αποδίδεται στη µεταβολή του πραγµατικού δείκτη διάθλασης λόγω της
χωρικής κατανοµής (Gaussian) της ροής της ενέργειας του παλµού Laser:
0
2
2
r
w I() r I e −
= Εξίσωση: 3.30
Όπου w είναι η ακτίνα της δέσµης. Αφού ο πραγµατικός δείκτης διάθλασης εξαρτάται από
την πυκνότητα ισχύος του παλµού, οι οπτικές ιδιότητες αλλάζουν ακτινωτά και ο στόχος
συµπεριφέρεται ως φακός. Εάν ο πραγµατικός δείκτης διάθλασης αυξάνει µε την ροή ισχύος,
τότε το µέτωπο του επίπεδου κύµατος συγκλίνει (self-focusing). Αντίθετα, αν ο πραγµατικός
δείκτης διάθλασης µειώνεται µε τη ροή ισχύος, τότε το µέτωπο του επιπέδου κύµατος