Funktionale optische Materialien

Photorefraktive Kristalle
Photorefraktive Kristalle

Als notwendige Grundlage für die Photonik sind nichtlineare optische Materialien unverzichtbar. In unserer Arbeitsgruppe konzentrieren wir uns insbesondere auf photorefraktive Materialien, welche die Eigenschaft besitzen, dass sie ihren Brechungsindex bei Lichteinstrahlung verändern. Dieser Effekt tritt für einen nichtlinearen Effekt schon bei sehr niedrigen Lichtleistungen von wenigen µW auf und ist daher besonders interessant für mögliche Applikationen.

Grundsätzlich sind zwei verschiedene Klassen von Materialien zu unterscheiden. Zum einen kristalline Materialien, in denen der Effekt als erstes beobachtet und am besten untersucht wurde. Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich hierbei unter anderem mit LiNbO3, LiTaO3, BaTiO3, SBN, Silleniten und Bismuttelluriten. Auf der anderen Seite sind polymerische Materialien zu nennen, die erst Anfang der 1990er Jahre zum ersten mal photorefraktive Eigenschaften aufzeigten. Auch hier gibt es unterschiedliche Realisationsansätze für eine Photorefraktivität von denen wir zwei vertieft nachgehen. Dies sind zum einen Photopolymere, die aufgrund von Lichteinstrahlung auspolymerisieren und es so zu Dichteänderungen kommt. Diese Dichteänderungen resultieren wiederum in Brechungsindexänderungen des Materials. Besonders gut bekannt sind hier Polymere auf PMMA und PVA Basis. Ein anderer Ansatz der bei uns verfolgt wird um Brechungsindexänderungen zu ermöglichen sind elektrooptische Kompositmaterialien auf PVK und PMMA Basis. In diesen Polymeren wird ähnlich wie bei den kristallinen Materialien die Brechungsindexänderung über ein Raumladungsfeld erzeugt. Letzteres bietet den Vorteil der vollständigen Reversibilität der Brechungsindexänderungen und kann so für dynamische Anwendungen genutzt werden.
Bei der Auswahl und Optimierung dieser Materialien steht dabei immer die angedachte Anwendung im Vordergrund. So sind die möglichen Einsatzgebiete der funktionalen Materialien immer an deren Eigenschaften wie der optischen Qualität, der nichtlinearen optischen Antwort, den Antwortzeiten oder der mechanischen Stabilität geknüpft und müssen jeweils optimal angepasst werden. Dieses bedingt eine Verknüpfung aller Prozesse von der Herstellung, der Charakterisierung bis hin zur Optimierung und damit der Anwendung dieser hochspezialisierten Materialien.