Parametrische holographische Streuung in photorefraktiven Kristallen

Beschreibung

Im Rahmen der Erforschung neuer Materialien für optische Anwendungen wird in dieser Arbeit der grundlegende Effekt der photorefraktiven, holographischen Lichtstreuung untersucht. Gegenstand der Untersuchungen sind die sogenannten parametrischen holographischen Streuprozesse in den diesbezüglich noch nicht untersuchten Materialien Strontium–Barium–Niobat (SBN) und Barium–Calcium–Titanat (BCT). Darüber hinaus werden einzelne Streuprozesse in den Materialien Bariumtitanat sowie Lithiumniobat erforscht. Holographische Streuung entsteht infolge lichtinduzierter Brechungsindexänderungen, die bei Beleuchtung eines photorefraktiven Kristalls mit kohärentem Licht (z. B. ein oder zwei Laserstrahlen) erzeugt werden. An Materialinhomogenitäten entstehen Initialstreuwellen, die im Verlauf durch den Kristall aufgrund unterschiedlicher Mechanismen verstärkt oder abgeschwächt werden können. Unter Beleuchtung mit zwei Laserstrahlen können parametrische holographische Streufiguren auftreten, die sich dabei als diskrete Ringe oder Linien (Bögen) auf dem Schirm hinter dem Kristall zeigen. Sie basieren auf Phasenanpassungsbedingungen, die nur von bestimmten Streuwellen erfüllt werden können. Im experimentellen Teil der vorliegenden Arbeit erfolgt eine systematische Untersuchung der Materialien SBN und BCT hinsichtlich der Sichtbarkeit und Entstehung aller 19 möglichen elementaren parametrischen Streuprozesse. Als Grundlage wird das von Sturman und Odoulov entwickelte Modell der parametrischen Vier–Wellen–Mischprozesse in photorefraktiven Materialien vorgestellt, mit dessen Hilfe die Vielzahl der beobachteten Streufiguren bestimmten parametrischen Streuprozessen zugeordnet wird. Die identifizierten Streuprozesse sind zum Teil von anderen Materialien her bekannt, wobei die zugehörigen Streufiguren für die untersuchten Kristalle neue, interessante Intensitätsverteilungen aufweisen. Dazu zählen insbesondere die beobachteten dunklen Streufiguren, die im Kontrast zum helleren Hintergrundstreulicht stehen. Darüber hinaus werden Streufiguren/–prozesse gefunden, die in der Literatur bislang für kein anderes Material beobachtet wurden. Im theoretischen Teil dieser Arbeit werden sämtliche beobachteten Streufiguren numerisch nachgebildet und in der Form von berechneten Streulichtverteilungen auf dem Schirm mit den Streufotos der jeweiligen Experimente verglichen. Dazu werden Methoden vorgestellt, die eine Umsetzung des zugrunde liegenden Modells in eine Computersimulation ermöglichen. Im Gegensatz zu vielen früheren Untersuchungen erfolgt die theoretische Analyse der Streufiguren in dieser Arbeit nicht ausschließlich auf der Basis exponentieller Verstärkungsfaktoren, sondern auf der Berechnung von Streulichtintensitäten. Damit wird offensichtlich, dass Streufiguren nicht nur durch exponentielle Verstärkung bzw. Abschwächung entstehen, sondern in Abwesenheit der exponentiellen Verstärkung auf den zugehörigen exponentiellen Vorfaktoren basieren. Die Ergebnisse zeigen insgesamt, dass das Modell unter der Verwendung realistischer Materialparameter zu einer insgesamt guten Übereinstimmung zwischen den Streufotos und den Simulationsbildern führt.

Autor*in

Simon Schwalenberg

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Streuung elektrooptisch holographisch parametrisch photorefraktiv

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