El índice de refracción de un material puede variar en función de la intensidad de la luz por varias razones diferentes:
Excitación de plasmas con agujeros de electrones
El caso más simple de entender es cuando la luz ilumina semiconductores simples. La alta intensidad desencadena la formación de pares de electrones, lo que aumenta la densidad del portador de carga libre. Según el modelo de Drude, la permitividad de un material varía en función de la densidad del portador de carga [matemática] N [/ matemática], masa efectiva [matemática] m ^ * [/ matemática], tasa de dispersión [matemática] \ gamma [/ matemática] y constante dieléctrica [matemática] \ epsilon_0 [/ matemática] como,
[matemáticas] \ epsilon = \ epsilon_0 – \ frac {\ omega_p ^ 2} {\ omega ^ 2 – \ gamma ^ 2} [/ matemáticas]
- ¿Por qué se forman compuestos intermetálicos en una aleación de hierro y carbono?
- ¿Cuál es la diferencia entre uno, dos, tres y nanomateriales dimensionales cero?
- ¿Qué compuesto mineral o químico se necesitaría para cambiar el color de una ágata?
- ¿Por qué se usa tungsteno en un bulbo de filamento?
- ¿Crees que alguna vez determinaremos de qué material está compuesto un quark?
[matemáticas] \ omega_p ^ 2 = \ frac {Nq ^ 2} {\ epsilon_0 m ^ *} [/ matemáticas]
Dado que la permitividad está relacionada con el índice de refracción por [math] n = \ sqrt {\ epsilon \ mu} [/ math], si la permitividad cambia, también lo hace el índice de refracción.
Wikipedia – Índice de refracción
Wikipedia – Oscilaciones de plasma
Efecto Kerr no lineal
El índice de refracción también puede cambiar debido al efecto Kerr no lineal. Normalmente, cuando Taylor expandimos la polarización de un material en función del campo eléctrico, descuidamos los términos de orden superior. Sin embargo, cuando la intensidad de un haz de luz es lo suficientemente fuerte, los campos eléctricos que se generan pueden ser lo suficientemente grandes como para causar cambios no lineales en la polarización.
Dado que la polarización está relacionada con el campo eléctrico por la permitividad, y dado que la permitividad está relacionada con el índice de refracción, veremos cambios en el índice de refracción efectivo que puede aproximarse como,
donde [math] \ lambda [/ math] es la longitud de onda, [math] K [/ math] es la constante de Kerr y [math] E [/ math] es la intensidad del campo eléctrico.
Wikipedia – Efecto Kerr
Excitación de cuasi-partículas
Un caso particularmente interesante es la excitación de cuasi partículas tales como excitones, triones y pares de Cooper. Si estas cuasi partículas están presentes en un material, su contribución a la permitividad puede representarse como un término adicional en el modelo de Drude, con su particular masa efectiva y tasas de dispersión. La formación de excitones y triones puede desencadenarse a través de la fotoexcitación. Los pares de Cooper por otro lado, serán destruidos por la luz incidente.
Conductividad compleja de un superconductor
