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Analyse thermooptischer Effekte zur Absorptionsmessung
No full textDiese Arbeit beschäftigt sich mit dem Verfahren ""Photothermal common-path interferometry"" (PCI), das zur Messung kleiner Absorptionen in Gläsern und Kristallen eingesetzt wird. Es beruht auf der Selbstinterferenz eines Abfragestrahls, der zur Detektion einer thermischen Linse im Material genutzt wird. Bei der Untersuchung dieses Verfahrens werden drei Ziele verfolgt: Das erste Ziel ist die eingehende Untersuchung der Prozesse, die zum Entstehen einer thermischen Linse beitragen. Der in der bisherigen Theorie zum PCI-Verfahren vernachlässigte elastooptische Effekt, der durch die thermische Verspannung zur Brechungsindexänderung beiträgt, induziert selbst in isotropen Materialien eine optische Anisotropie. Dies wird theoretisch beschrieben und experimentell nachgewiesen. Die Folgen für Absorptionsmessungen werden dargestellt und weitergehende Effekte in anisotropen Materialien diskutiert. Das zweite Ziel sind Absorptionsmessungen mit PCI unter Verwendung einer durchstimmbaren Laserlichtquelle. Zu diesem Zweck wird ein selbstgebauter optisch-parametrischer Oszillator als Pumpquelle eingesetzt. Den Messungen wird eine Bestimmung der relevanten materialspezifischen Kalibrierungskonstanten vorangestellt. Dabei wird eine Kalibrierungsmethode präsentiert, die keine Referenzmessung benötigt. Sie bestimmt den Absorptionskoeffizienten direkt durch den exponentiellen Abfall des Pumplichts, beschrieben durch das Lambert-Beersche Gesetz. Anschließend werden zum ersten Mal Absorptionsspektren gezeigt, die mit dem PCI-Verfahren aufgenommen wurden. Das dritte Ziel ist der Vergleich mit anderen Messverfahren. Gerade in nichtlinear-optischen Kristallen ist die Zahl der Effekte, die sich auf Absorptionsmessungen auswirken können, groß. Da der Einfluss auf verschiedene Methoden unterschiedlich ist, kann dieser, sofern der Effekt signifikant zum Messsignal beiträgt, beim Vergleich identifiziert werden. Zudem bietet es eine Kontrolle, ob die verwandte Kalibrierung, die in der Regel bei hohen Absorptionen durchgeführt wird, auch bei niedrigen Absorptionen gültig ist. In dieser Arbeit werden die Absorptionsspektren desselben Kristalls aus Lithiumniobat gemessen mit PCI, einem photoakustischen Spektrometer und anhand der Lichtabschwächung in Flüstergalerieresonatoren verglichen und diskutiert.In this work the technique ""Photothermal common-path interferometry"" (PCI) is studied, which measures small absorption coefficients in glasses and crystals. It is bases on the self-interference of a probe laser due to a thermal lens in the material caused by a high power pump laser. The research presented in this book attempts to attain three goals: Firstly, to analyze the processes contributing to the thermal lens: The elasto-optic effect leads even in isotropic material to birefringence. The impact on the results of a measurement is experimentally shown and theoretically described. Secondly, to measure absorption spectra using a tunable laser light source: In order to reach this goal an optical parametric oscillator is built and employed as a pump laser. This also allows a new way to calibrate samples without the use of a reference measurement. The absorption coefficient is determined by the attenuation of the pump light inside the sample, which follows the Beer-Lambert law. Thirdly, to compare measuring techniques: Especially in nonlinear optical crystals there are a number of effects, that can have an impact on the measurement. By comparing the results of different techniques perturbing effects can be identified. In this work the absorptions spectra of the same lithium niobate sample measured by PCI, a photoacoustic spectrometer and by means of the attenuation in whispering gallery resonators are compared and discussed
Structured interfaces in perovskite-silicon tandem solar cells
No full textThis thesis explores the effects of interface structuring in perovskite-silicon tandem solar cells on their optical behavior and overall performance, based on both simulation models and experimental validation. It focuses on three primary aspects: Optimal structure geometry and configuration is explored through simulation. A nanostructuring process and its interaction with the perovskite-silicon tandem solar cell processing route is developed and tested. The impact of structuring on standard optical measurement methods is studied using photolumi-nescence imaging as an application example.
For the first aspect, rigorous coupled wave analysis simulations, verified against experimental data, are utilized to probe a large variation of nanostructure geometries at the different tandem solar cell interfaces. The largest performance improvement is expected with the utilization of nanostructures at both the air-perovskite and perovskite-silicon interfaces, with a short-circuit current increase of 2.0 mA/cm2 predicted. The interface between air and perov-skite is identified as the largest contributor to this effect due to the large refractive index con-trast and spectral bandwidth arriving at this interface. Based on a near-field analysis, a limit for the structure height at the perovskite-silicon interface is derived, above which it reduces the performance of the upper interface nanostructure. A broad range of nanostructures, varying in geometry and size, are explored and compared to larger structure sizes. From this sampling, structure height and (to a lesser extent) period are identified as key attributes, while remaining structure geometry parameters appear to be only secondary contributors.
As a second aspect, the practical challenges of implementing a nanostructure into the silicon bottom solar cell are investigated. The method of nanoimprint lithography is adapted for this application, with developments regarding cleanroom compatibility, stamp material and suitability for non-polished wafers made. With this method, a nanostructure at the perovskite-silicon interface is introduced. Although optical performance gains are consistent with the simulation model, challenges regarding electrical performance retention remain. The need for further refinement of the nanostructuring process is highlighted and pathways for this are identified.
Lastly, the effects of perovskite-silicon tandem solar cell structure on photoluminescence (PL) measurements are investigated. Both simulation and experimental data show that variations in perovskite thickness and silicon geometry can lead to shifts in PL peak positions of up to 20 meV, primarily due to reabsorption of photons. This has significant implications for interpreting PL data in structured tandem solar cells, as such shifts could be misinterpreted as changes in material properties rather than a result of structural variations. The work contributes a deeper understanding of how structural modifications at the interface can affect PL measurements, as well as to how the effects observed could impact other measurement methodologies.
In conclusion, this dissertation for the first time presents a quantitative, experimentally vali-dated comparison of multiple structure geometries and concepts, allowing for the extraction of general design rules. Additionally, key challenges in fabrication and performance measurement are clearly identified. Comparisons with fabrication and measurement methods beyond the specific technologies discussed in this work have been drawn and connection points for future research are provided
Going Beyond Counting First Authors in Author Co-citation Analysis
Get PDFThe present study examines one of the fundamental aspects of author co-citation analysis (ACA) - the way co-citation
counts are defined. Co-citation counting provides the data on which all subsequent statistical analyses and mappings
are based, and we compare ACA results based on two different types of co-citation counting - the traditional type that
only counts the first one among a cited work's authors on the one hand and a non-traditional type that takes into
account the first 5 authors of a cited work on the other hand. Results indicate that the picture produced through this non-traditional author co-citation counting contains more coherent author groups and is therefore considerably clearer. However, this picture represents fewer specialties in the research field being studied than that produced through the traditional first-author co-citation counting when the same number of top-ranked authors is selected and analyzed. Reasons for these effects are discussed
Thermo-electric oxidization of iron in lithium niobate crystals
No full textLithium niobate crystals (LiNbO3) are a promising material for nonlinear-optical applications like frequency conversion to generate visible light, e.g., in laser displays, but their achievable output power is greatly limited by the "optical damage", i.e., light-induced refractive-index changes caused by excitation of electrons from iron impurities and the subsequent retrapping in unilluminated areas of the crystal. The resulting space-charge fields modify the refractive indices due to the electro-optic effect. By this "photorefractive effect" the phase-matching condition, i.e., the avoidance of destructive interference between light generated at different crystal positions due to the dispersion of the fundamental wave and the converted wave, is disturbed critically above a certain light intensity threshold. The influence of annealing treatments conducted in the presence of an externally applied electric field ("thermo-electric oxidization") on the valence state of iron impurities and thereby on the optical damage is investigated. Itis observed that for highly iron-doped LiNbO3 crystals this treatment leads to a nearly complete oxidization from Fe2+ to Fe3+ indicated by the disappearance of the absorption caused by Fe2+. During the treatment an absorption front forms that moves through the crystal. The absorption in the visible as well as the electrical conductivity are decreased by up to five orders of magnitude due to this novel treatment. The ratio of the Fe2+ concentration to the total iron concentration - a measure for the strength of the oxidization - is in the order of 10-6 for oxidized crystals whereas it is about 10-1 for untreated samples. Birefringence changes are observed at the absorption front that are explained by the removal of hydrogen and lithium ions from the crystal that compensate for the charges of the also removed electrons from Fe2+. A microscopic shock-wave model is developed that explains the observed absorption front by a self-enhancing oxidization process due to the increase of the crystal resistance and the subsequently enhanced voltage drop over the oxidized volume. Undoped congruently melting LiNbO3 crystals are also thermo-electrically oxidized. Measurements of light-induced birefringence changes are utilized to show that the optical damage in these crystals is suppressed by one order of magnitude. This effect is explained within the framework of the one-center model by the nearly complete oxidization. The maximum achievable frequency-doubled light output power is measured for thermo-electrically oxidized and periodically-poled congruently melting LiNbO3 crystals. An output power of up to 3 W light of the wavelength 515 nm is realized at 90 °C instead of about 30 mW output power for untreated crystals.Thermo-elektrische Oxidation von Eisen in Lithiumniobat-Kristallen Lithiumniobat-Kristalle (LiNbO3) sind ein vielversprechendes Material für nichtlinear-optische Anwendungen wie Frequenzkonversion, um sichtbares Licht z.B. für Laserdisplays zu erzeugen. Allerdings ist die erreichbare Ausgangslichtleistung durch den "Optischen Schaden" auf kleine Werte begrenzt. Optischer Schaden, d.h. lichtinduzierte Brechungsindexänderungen, entstehen durch Anregung von Elektronen aus Eisenverunreinigungen und anderen Kristalldefekten mit Hilfe von Licht und dem nachfolgenden Wiedereinfang in unbeleuchteten Kristallbereichen. Das resultierende elektrische Raumladungsfeld ändert den Brechungsindex durch den elektrooptischen Effekt. Dieser "photorefraktive Effekt" stört die Quasi-Phasenanpassung, d.h. die Vermeidung von destruktiver Interferenz zwischen Licht, das an verschiedenen Kristallpositionen erzeugt wird, bei hohen Lichtintensitäten. Der Einfluss von Temperbehandlungen in Kombination mit extern angelegten elektrischen Feldern (Thermo-elektrische Oxidation) auf den Valenzzustand von Eisenverunreinigungen und damit auf den Optischen Schaden wird untersucht. Es zeigt sich, dass diese Behandlung in hoch eisendotierten LiNbO3-Kristallen zu einer nahzu vollständigen Oxidation von Fe2+ zu Fe3+ führt. Das wird duch Absorptionsänderungen sichtbar. Während der Behandlung bildet sich eine scharfe Absorptionsfront, die den Kristall durchquert. Die Absorption im Sichtbaren und die elektrische Leitfähigkeit sinken um bis zu 5 Größenordnungen. Das Verhältnis aus Fe2+-Konzentration und Gesamteisenkonzentration - ein Maß für die Stärke der Oxidation - sinkt von 10-1 in unbehandelten Kristallen auf 10-6 nach der thermo-elektrischen Oxidation. Ein mikroskopisches Schockwellenmodell wird entwickelt, das die Beobachtungen durch einen selbstverstärkenden Oxidations-Prozess erklärt, der durch den Anstieg des Kristallwiderstands entsteht, der zu einem erhöhten Spannungsabfall über dem oxidierten Volumen führt. Undotierte, kongruent schmelzende LiNbO3-Kristalle werden auch thermo-elektrisch oxidiert. Messungen der licht-induzierten Doppelbrechungs-Änderung werden genutzt, um zu zeigen, dass der Optische Schaden in solchen Kristallen um eine Größenordnung unterdrückt ist. Dieser Effekt wird im Rahmen des Ein-Zentren-Modells durch die nahezu vollständige Oxidation erklärt. Die maximal erreichbare frequenzverdoppelte Ausgangsleistung wird für thermoelektrisch oxidierte, periodisch gepolte, kongruent schmelzende LiNbO3-Kristalle gemessen. Eine Ausgangsleistung von bis zu 3 W Licht der Wellenlänge 515 nm wird erreicht bei 90 °C Kristalltemperatur anstelle von 30 mW Ausgangsleistung für unbehandelte Proben
Entwicklung eines zählenden Pixeldetektors für "Digitales Röntgen"
Get PDFDiese Arbeit beschreibt die Entwicklung eines Einzelphotonen zählenden Pixeldetektors für die medizinische Röntgenbildgebung. Es wird sowohl auf die signalverarbeitende Elektronik eingegangen, deren Entwicklung von einem ersten Prototypen hin zu einem für medizinische Anwendungen geeigneten Auslesechip beschrieben wird, als auch auf Untersuchungen an verschiedenen Halbleitersensoren (Si, GaAs, CdTe). Der Auslesechip MPEC (Multi Picture Element Counters) besteht aus 32x32 Pixeln mit 200µm x 200µm Größe, von denen jeder die vollständige signalverarbeitende Elektronik (Verstärker, Diskriminator, Zähler) enthält. Diese zeichnet sich durch die Verwendung von zwei Diskriminatoren mit dynamisch justierbaren Schaltschwellen in jedem Bildelement aus, die erstmals eine Energiefensterung in der Röntgenbildgebung erlaubt. Durch den Einsatz zweier 18-Bit Zähler ist dies ohne Effizienzverlust und mit einem ausgezeichneten dynamischen Bereich möglich. Messungen des Elektronikrauschens, der Schaltschwellen und der Schwellendrift zeigen die hervorragenden Eigenschaften der Elektronik. Die oben genannten Sensormaterialien werden in Bezug auf ihre Eignung für die Röntgenbildgebung hinsichtlich Effizienz, Homogenität, Linearität und Ortsauflösung untersucht und verglichen. Es wird versucht, die Unterschiede zwischen den Materialien auf deren besondere Eigenschaften (Signalanstiegszeiten, Ladungssammlung, Elektrisches Feld u.a.) zurückzuführen
Erzeugung von Nanostrukturen mit laserpräparierten thermischen Atomstrahlen
Get PDFGegenstand dieser Arbeit ist die Erzeugung von Nanostrukturen mit optisch kollimierten, thermischen Atomstrahlen. Im ersten Teil (Kap. 2-4) werden neue Konzepte und Experimente zur Atomlithografie mit Dipolkraft-Lichtmasken präsentiert. Abhängig von der lokalen Laserintensität der Lichtmaske lenkt die optische Dipolkraft Atome ab, wodurch im Atomstrahl Flussdichte-Variationen mit einem Kontrast von ca. 90 % entstehen. Durch Abscheidung der Atome auf einem direkt hinter der Maske positionierten Substrat wird eine Oberflächenstruktur mit Nanometer-Präzision erzeugt. Vorgestellt werden zwei neue Verfahren zur Erzeugung der Lichtmaske: Die Lichtmaske wird durch Beugung eines Laserstrahls an mehreren, multiplex aufgezeichneten Hologrammen erzeugt. Die Intensitätsverteilung der Lichtmaske entsteht durch Mehrstrahl-Interferenz der gebeugten Laserstrahlen bzw. des Referenzlaserstrahls. Diese Methode erlaubt die Erzeugung sehr komplexer Lichtmasken ohne technisch aufwändige Spiegelanordnung. Experimentelle Ergebnisse sowie eine mathematische Behandlung komplexer Lichtmasken werden präsentiert. Theoretisch und experimentell wird die Verwendung von gepulsten Lichtmasken (ps-Pulse) untersucht. In enger Analogie zu Dauerstrich-Lichtmasken findet eine Änderung der atomaren Flussdichte in dem gepulsten Lichtfeld statt, solange eine adiabatische Bedingung erfüllt ist. Weiter wird ein Konzept vorgestellt, durch Überlagerung mehrerer gepulster Lichtfelder neuartige, komplexe Lichtmasken zu erzeugen. Der zweite Teil (Kap.5-6) der Arbeit behandelt die Erzeugung von Mikro- bzw. Nanostrukturen mit einer neuartigen seriellen Schreibtechnik. Hier wird der Durchmesser eines thermischen Atomstrahls mit einer Blende auf wenige Mikrometer begrenzt. Das Verschieben der Blende gegenüber dem dahinter befindlichen Substrat ermöglicht die Erzeugung beliebiger Strukturen durch lokale Abscheidung von Atomen. Zur Erhöhung des atomaren Flusses durch die Blende bzw. zur Verkürzung der Schreibzeit wird der Atomstrahl durch einen ebenen, magnetischen Quadrupol gebündelt. Vorgestellt werden der experimentelle Aufbau und erzeugte Mikro- bzw. Nanostrukturen. Des weiteren werden sowohl mit einem mathematischen Modell als auch anhand von Simulationen die atomoptischen Eigenschaften eines ebenen magnetischen Quadrupols erarbeitet
Untersuchung Photoadressierbarer Polymere im Hinblick auf Elektrooptische Anwendungen
Get PDFDie technologische Nutzung des Lichts, die in den nächsten Jahrzehnten in immer neue Bereiche Einzug halten wird, hängt nicht nur von der Weiterentwicklung der Lichtquellen sondern auch maßgeblich von der Erforschung spezieller Materialien ab, mit denen Licht kontrolliert und beeinflusst werden kann. Eine wichtige Rolle spielt dabei z. B. die Photosensitivität, bei der ein Material seine optischen Eigenschaften, wie den Brechungsindex oder die Absorption, unter dem Einfluss von Licht ändert. Für die Verknüpfung von Optik und Elektronik hat der elektrooptische oder Pockels-Effekt eine besondere Bedeutung. Bei diesem ändert ein Material seinen Brechungsindex durch ein angelegtes elektrisches Feld. Durch diesen Effekt lassen sich z. B. in der optischen Datenübertragung durch elektrooptische Modulatoren Informationen auf eine Lichtwelle aufprägen. Photoadressierbare Polymere weisen beide Effekte auf, sie sind photosensitiv und elektrooptisch. Das für die optische Datenspeicherung entwickelte Seitenkettenpolymer enthält dipolare Farbstoffmoleküle ("Chromophore"), die durch Licht ihre Struktur ändern können ("cis-trans-Isomerie"). Diesen Effekt kann man zur Erzeugung einer großen Doppelbrechung nutzen, indem man das Material mit polarisiertem Licht beleuchtet. Auch durch ein starkes elektrisches Feld lassen sich die dipolaren Chromophore ausrichten ("polen"), wodurch in diesem Fall die Inversionssymetrie gebrochen wird und das Polymer einen großen Pockels-Effekt zeigt. In Hinblick auf die Optimierung der Ausrichtung der Chromophore sowie eine technische Nutzung der photoadressierbaren Polymere ist eine Kenntnis der elektrischen Eigenschaften von besonderer Bedeutung. Im Allgemeinen wird die Leitfähigkeit in nominell nicht leitenden Polymeren durch Sprünge von freien Ladungsträgern (Elektronen, Löcher), sog. "Hopping"-Prozessen bestimmt. Durch die Ausrichtung der Chromophore wird die Sprung-Wahrscheinlichkeit erhöht und damit auch die Leitfähigkeit des Polymers. Im Rahmen dieser Arbeit werden die photoadressierbaren Polymere mit Hilfe der dielektrischen Spektroskopie untersucht. Dabei wird die thermische Änderung der Leitfähigkeit in Abhängigkeit von der Polungstemperatur und vom Chromophorgehalt bestimmt. Die Untersuchungen zeigen, dass Ionen die Leitfähigkeit dominieren, dass ihre Beweglichkeit aber von der Struktur des Polymers abhängt. Die Ionen gelangen durch das zur Präparation der Proben notwendige Lösungsmittel in das Material. Erst bei Temperaturen, die weit höher als die Glasübergangstemperatur sind, bildet sich eine flüssigkristalline Phase des Polymers aus, durch die die Sprungwahrscheinlichkeit deutlich ansteigt, so dass der "Hopping"-Prozess die elektrische Leitung bestimmt. Die technische Nutzung des Pockels-Effekts und die guten Materialeigenschaften bzgl. der Verarbeitung der photoadressierbaren Polymere werden in einem großflächigen elektrooptischen Fabry-Perot-Modulator demonstriert. Dieser besteht aus zwei dielektrischen Spiegeln, die mit dem Polymer beschichtet werden und eine aktive Fläche von ca. 3 cm x cm besitzen. Dabei können Modulationseffizienzen bis zu 1 % bei einer effektiven Modulationsspannung von 20 V für Licht der Wellenlänge 1.55 µm beobachtet werden. Zusätzlich wird ein neuartiges Verfahren zur Bestimmung des elektrooptischen Koeffizienten vorgestellt und eingesetzt: Durch die Kombination einer abstands- und einer wellenlängenabhängigen Messung der transmittierten Intensität des Fabry-Perot-Modulators ergibt sich ein Pockels-Koeffizient von -7 pm/V für die gepolten Polymerschichten. Mit der Herstellung eines integriert-optischen Mach-Zehnder-Modulators für Licht der Wellenlänge 1.55 µm kann gezeigt werden, dass man mit den photoadressierbaren Polymeren auch komplexe Lichtwellenleiter erzeugen kann. Dabei wurde ein nass-chemisches Lithographie-Verfahren angewendet. Durch eine lokale Beleuchtung der Struktur mit einem zusätzlichen Laser werden die Isomerie-Eigenschaften der Polymere in Echtzeit nachgewiesen. Die Photosensitivität wird auch bei der Herstellung von Streifenwellenleitern durch Licht ausgenutzt. In eine Schicht photoadressierbarer Polymere wird mit Hilfe einer normalen Kaltlichtquelle und einer Lithographiemaske eine Wellenleiterstruktur eingeschrieben. Damit eröffnet sich z. B. durch eine zusätzliche Polung der Proben die Möglichkeit eines sehr unkomplizierten Verfahrens zur Herstellung von integriert-optischen Komponenten wie einem durchstimmbaren Wellenlängenfilter oder einem elektrooptischen Mach-Zehnder-Modulator. Im Rahmen dieser Arbeit konnten die elektrischen Eigenschaften der photoadressierbaren Polymere näher bestimmt werden. Damit können künftig die Polung der Chromophore und damit die Pockels-Koeffizienten verbessert werden. Durch die Demonstration einiger Anwendungen wird das große Anwendungspotenzial der photoadressierbaren Polymere unterstrichen
Optical parametric oscillation in whispering gallery resonators
No full textDiese Arbeit hat zwei Ziele: Erstens das Verständnis der Eigenschaften und die Herstellung von Scheibenresonatoren mit radialen Domänenstrukturen in LN, um erstmals OPO mit QPM in einem FGR zu zeigen. Dies wird dadurch erschwert, dass Domänenwände in LN bevorzugt parallel zu den y-Achsen entstehen, was im dreizähligen Kristall zu sechseckigen Domänen führt. Zweitens soll ein Modell zur Beschreibung von OPO in Scheibenresonatoren vorgestellt und an den hergestellten Resonatoren geprüft werden, das insbesondere die Auswirkungen der variablen Kopplung auf Schwelle und Effizienz des Systems umfasst. So soll eine Quelle durchstimmbaren Lichts entwickelt und verstanden werden, deren niedrige Schwelle den Einsatz eines Diodenlasers als Pumpquelle erlaubt. Im folgenden Kapitel 2 wird zunächst ein Modell zur Beschreibung der linearen Eigenschaften von variabel gekoppelten Resonatoren vorgestellt und in der zweiten Hälfte des Kapitels auf OPO mit drei umlaufenden Wellen erweitert. Kapitel 3 beschreibt die Erzeugung der Domänen und die Herstellung von Resonatoren aus den so strukturierten Kristallen sowie den Aufbau zur optischen Charakterisierung mit kontrollierter Kopplung. Einige Ergebnisse der linearen und nichtlinearen Charakterisierung werden in Kapitel 4 vorgestellt und im Kapitel 5 mit dem theoretischen Modell verglichen sowie in Hinblick auf mögliche Weiterentwicklungen diskutiert.The aim of this work is twofold: first, to understand the properties and the fabrication of disc resonators with radial domain structures in lithium niobate, in order to demonstrate quasi-phase-matched optical parametric oscillation (OPO) in a whispering gallery resonator (WGR) for the first time. This is difficult due to a preferred growth direction of ferroelectric domains in lithium niobate. In this crystal with threefold symmetry, domains tend to grow better parallel to the y-axis, yielding hexagonal domains. Second, to develop and present a model to describe OPO in WGRs, especially concerning the influence of variable (prism) coupling on threshold and efficiency of the process. This model is tested experimentally on the manufactured resonators, with the goal of developing a tunable source of coherent light that can be pumped by a diode laser. After an introductory chapter, chapter 2 presents a model describing the linear properties of resonators with variable coupling. In the second half of this chapter, the model is extended to three circulating waves that couple through optical parametric oscillation. Chapter 3 describes the techniques used to create radial domains in lithium niobate and to form resonators from the structured crystals. The optical setup used for characterization of the nonlinear processes in the WGRs is presented, along with the mechanism for variable prism coupling. Selected results of the linear and nonlinear characterization are presented in chapter 4 and compared to the theoretical model in chapter 5. Possible further developments resulting from the insights gained in this work are discussed
Laseraktivität und selbst-gepumpte Frequenzkonversion in optischen Mikroresonatoren
No full textOptische Flüstergalerie-Mikroresonatoren (FGR) aus nicht-zentrosymmetrischen Materialien haben sich innerhalb der letzten 15 Jahre in zahlreichen Experimenten als effiziente und äußerst kompakte parametrische Frequenzkonverter erwiesen. Jedoch fußen alle bisherigen Realisierungen auf externen schmalbandigen Lasern, deren Licht resonant in MHz-breite Resonatormoden eingekoppelt wird, was eine teure und technisch anspruchsvolle Lösung ist. In dieser Arbeit wurde untersucht, wie nichtlinear-optische Frequenzkonversion in FGR ohne die Notwendigkeit einer externen schmalbandigen Pumplichtquelle bewerkstelligt werden kann. Im Zuge dessen wurden zwei bisher vollkommen unabhängige Forschungsfelder erstmals zusammengeführt: FGR-basierte Laser und FGR-basierte parametrische Frequenzkonverter. Schlüsselelemente dabei waren laseraktive FGR, deren hohe Güte nicht nur zur Generation von schmalbandigem Laserlicht genutzt wurde, sondern auch gleichzeitig zur effizienten parametrischen Frequenzkonversion. Neben der erfolgreichen Zusammenführung beider Forschungsfelder durch die Demonstration selbst-gepumpter Frequenzverdopplung sowie selbst-gepumpter optisch-parametrischer Oszillation konnten auch in den jeweiligen Feldern signifikante Fortschritte erzielt werden wie etwa LED-angeregtes Lasing, modensprungfrei durchstimmbare einfrequente Laseremission sowie selbst-gepumpte Frequenzkonversion in Wenigmoden-FGR
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