Photoelectromotive force of an oscillating speckle pattern of light and its applications

Orientador: Jaime Frejlich SochaczewskyDissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Física Gleb WataghinResumo: Este trabalho apresenta um estudo sobre o efeito de força fotoeletromotriz produzida por um padrão de speckle espacialmente oscilante quando projetado sobre materiais fotocondutores ou fotorrefrativos. Dentre as contribuições desse trabalho podemos citar o aperfeiçoamento tanto do modelo teórico existente quanto do uso desse fenômeno para medida de vibrações mecânicas transversais. Basicamente, o efeito de força fotoeletromotriz gera uma fotocorrente AC com a mesma frequência do padrão oscilante e uma magnitude que depende da amplitude com que o padrão luminoso oscila espacialmente. A partir de nosso modelo teórico foi possível prever a existência de um máximo valor para a fotocorrente, que ocorreria para uma determinada amplitude de vibração relacionada ao tamanho médio do speckle. Con rmamos experimentalmente a existência desse máximo, embora o valor seja um pouco diferente do esperado teoricamente. Medimos a resposta em frequência da fotocorrente e relacionamos os resultados com as respostas temporais características do material fotocondutor. Para realização das medidas experimentais desenvolvemos um sensor de vibração mecânica baseado no efeito de força fotoeletromotriz, demonstrando a aplicabilidade para medidas de amplitude e de frequência de oscilação de uma superfície vibrante. O sensor é constituído por um cristal fotocondutor e por uma eletônica de amplificação. Um laser é direcionado até um alvo vibrante e a luz retroespalhada, na forma de um padrão de speckle, é focalizada sobre o cristal fotorrefrativo, gerando o efeito speckle-foto-fem. Os cristais utilizados foram o Bi12TiO20 e CdTe:V sob iluminação de 532nm e 1064nm, respectivamente. O sistema mostrou ser interessante tanto para a medida de vibrações mecânicas quanto para a caracterização dos materiais usados como sensoresAbstract: This paper presents a study about photoelectromotive force effect produced by a spatially oscillating \ speckle" pattern when projected onto photoconductive or photorefractive materials. Among the contributions of this paper we can mention the improvement of both the existing theoretical model and use this phenomenon to measure the transverse mechanical vibrations. Basically, the effect of photoelectromotive force generates an AC photocurrent with the same frequency of the oscillating pattern and a magnitude which depends on the amplitude to which the light pattern varies spatially. From our theoretical model, we could predict the existence of a maximum value for the photocurrent, which occurs for a given vibration amplitude related to the average size of the \speckle". We con rmed experimentally the existence of this maximum, but the value is a little different than theoretically expected. We measured the frequency response of the photocurrent and related the results with the temporal response characteristics of the photoconductive material. To perform the experimental measurements we developed a mechanical vibration sensor based on photoelectromotive force effect, demonstrating the applicability for measurements of amplitude and frequency of a vibrating surface. The sensor consists of a photoconductive crystal and an electronic amplification. Light from a laser is directed to a target vibrant and the backscattered light in the form of a speckle pattern is focused on the photoconductive crystal. The crystals used were Bi12TiO20 and CdTe:V under illumination of 532nm and 1064nm, respectively. The system is interesting both for mechanical vibrations measurements and for materials characterizationMestradoFísica da Matéria CondensadaMestre em Físic