Growth and characterization of centrosymmetric and electro-optic photorefractive materials / Claudia Zechmann

• VerfasserIn: Zechmann, Claudia
• Place / Publishing House: 2007
• Year of Publication: 2007
• Language: English
• Classification: 33.38 - Quantenoptik. nichtlineare Optik; 33.18 - Optik
• Physical Description: 102 S.; graph. Darst.
• Notes: Zsfassung in dt. Sprache

ger: In 1966, the photorefractive effect, i.e. a change in the refractive index upon illumination with light, was discovered in the electro-optic materials LiNbO3 and LiTaO3. A change in the refractive index after irradiation with light represents a nonlinear optical phenomenon. The discovery of this effect resulted in the development of a new area of research within nonlinear optics. The investigation of the photorefractive effect is significant to both basic research, as well as its applications in technology.<br />Since its discovery, the photorefractive effect in electro-optic crystals, as LiNbO3, has been extensively investigated. Today, the photorefractive behavior and its mechanism in these materials is well understood. Throughout the course of this thesis, LiNbO3 was chosen in order to perform first experimental tests of a novel research method. The recording of beam-coupled Rocking curves by violation of Bragg´s law offered the possibility of a simultaneous determination of parameters like the refractive-index change, the change in the absorption coefficient, the amplitudes of the incoming electrical fields as well as the phase shift between the interference intensity distribution, and the written holographic refractive index- or absorption gratings.<br />Recently, the photorefractive effect was discovered in centrosymmetric crystals for which the linear electro-optic effect is forbidden by symmetry. Therefore, the photorefractive behavior of these materials is based on another mechanism. In centrosymmetric crystals, an illumination with light leads to a population of metastable states within the material accompanied by a change in the refractive index. This means that the photorefractive effect is caused by formation of metastable two-state systems. However, the origin of this phenomenon is still not completely understood. To contribute to a better understanding of the photorefractive effect in these materials, the growth of novel centrosymmetric crystals as well as the development of new research methods is indispensable.<br />Within this thesis, the centrosymmetric, photorefractive crystal CdF2:,Y,Ga was grown and characterized by various optical analyses. The content of dopants and the lattice constant was determined. The recording of absorption spectra as well as measurements of the transmission were performed. Additionally, an attempt to accomplish an `additive coloring´ process was made, which is essential for the occurrence of photorefraction in these crystals.<br />Another part of this thesis was dedicated to the investigation of the photorefractive effect by means of the well known centrosymmetric, photorefractive material Sodium nitroprusside. In the framework of this thesis, the Sénarmont-technique is presented as a new method for the direct measurement of light-induced changes in the birefringence. This experiment proved that light-induced changes in the refractive index also appear after illumination with a spatially homogeneous intensity distribution.<br />

eng: Der photorefraktive Effekt, d.h. die Änderung des Brechungsindex nach Bestrahlung mit Licht, wurde im Jahre 1966 in den elektrooptischen Materialien LiNbO3 und LiTaO3 entdeckt. Eine Änderung des Brechwertes nach Lichtbestrahlung stellt ein nicht lineares optisches Phänomen dar. Die Entdeckung dieses Effektes führte zur Erschließung eines neuen Forschungsgebietes innerhalb der nichtlinearen Optik. Untersuchungen des photorefraktiven Effektes sind nicht nur im Zusammenhang mit Grundlagenforschung von Bedeutung, sondern auch die technische Anwendung betreffend.<br />Seit seiner Entdeckung wird der photorefraktive Effekt in elektrooptischen Materialien wie LiNbO3 intensiv untersucht.<br />Heutzutage ist das photorefraktive Verhalten und der zugrundeliegende Mechanismus bereits gut geklärt. Im Zuge dieser Arbeit wurden erste experimentelle Tests einer neuartigen Untersuchungsmethode an LiNbO3 durchgeführt. Die Aufnahme strahlgekoppelter Rockingkurven durch Verletzung der Bragg-Bedingung eröffnet die Möglichkeit der gleichzeitigen Bestimmung von Parametern, wie der Brechwertänderung, der Änderung des Absorptionskoeffizienten, der Amplituden der einfallenden elektrischen Felder sowie der Phasenverschiebungen zwischen der Intensitätsverteilung des erzeugten Interferenzmusters und den eingeschriebenen holographischen Brechwert- bzw. Absorptionsgittern.<br />Erst kürzlich wurde der photorefraktive Effekt in zentrosymmetrischen Kristallen entdeckt. In diesen Materialien ist der lineare elektrooptische Effekt symmetrieverboten. Dem photorefraktiven Verhalten in zentrosymmetrischen Kristallen liegt die Bildung von metastabilen Zweizustandssystemen zugrunde. Bis jetzt ist der Ursprung der Photorefraktivität in diesen Kristallen nicht vollständig geklärt. Daher ist die Suche nach neuartigen photorefraktiven Materialien und die Entwicklung neuer Untersuchungsmethoden von essentieller Bedeutung für ein besseres Verständnis dieses Phänomens.<br />Innerhalb dieser Arbeit wurde der zentrosymmetrische, photorefraktive Kristall CdF2:Y,Ga gezüchtet und mit Hilfe verschiedener optischer Analysen charakterisiert. Der Dotiergehalt und die Gitterkonstante wurden bestimmt. Die Aufnahme von Absorptionsspektren, wie auch Messungen der Transmission wurden durchgeführt. Zusätzlich wurde der Versuch der `additiven Koloration', die für das Auftreten des photorefraktiven Effektes erforderlich ist, angestellt.<br />Ein weiterer Teil dieser Arbeit befasste sich mit der Untersuchung des photorefraktiven Effektes anhand des gut bekannten zentrosymmetrischen Materials Natriumnitrosylprussiat, Na2[Fe(CN)5,NO]2H2O. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Sénarmont-Technik als neue Methode für eine direkte Bestimmung der lichtinduzierten Änderung der Doppelbrechung vorgestellt. Dieses Experiment belegte, dass lichtinduzierte Brechwertänderungen auch im Falle einer Bestrahlung mit räumlich homogener Intensitätsverteilung auftreten.