Signalstrahlverstärkung und Phasenkonjugation durch photorefraktive parametrische Wellenmischung in Bariumtitanat- und Kalium-Tantalat-Niobat-Kristallen

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Title: Signalstrahlverstärkung und Phasenkonjugation durch photorefraktive parametrische Wellenmischung in Bariumtitanat- und Kalium-Tantalat-Niobat-Kristallen
Other Titles: Signal beam amplification and phase conjugation by photorefractive parametric wave mixing in barium titanate and potassium-tantalate-niobate crystals
Authors: Neumann, Jens
Thesis advisor: Prof. Dr. Eckhard Krätzing
Thesis referee: Prof. Dr. Manfred Wöhlecke
Prof. Dr. Klaus Betzler
Abstract: Der photorefraktive Effekt in Bariumtitanat-Kristallen ist Gegenstand zahlreicher Forschungsarbeiten. Der Grund sind die großen elektrooptischen Koeffizienten dieses Materials, die nur von wenigen, kommerziell noch nicht erhältlichen Kristallen übertroffen werden, z.B. von tetragonalem Kalium-Tantalat-Niobat. Beleuchtet man diese Materialien mit Laserstrahlen, treten einzigartige Effekte auf. So erzeugen z.B. photorefraktive parametrische Verstärkungsprozesse charakteristische kreis- oder linienförmige Streulichtfiguren. Faszinierende Möglichkeiten bieten diese parametrischen Prozesse bei der Verstärkung und Phasenkonjugation von Lichtwellen. In dieser Arbeit werden alle 57 photorefraktiven parametrischen Prozesse, die in den untersuchten Materialien auftreten können, zunächst phänomenologisch analysiert. Das Lösen der gekoppelten Wellengleichungen filtert aus der Vielzahl der Prozesse diejenigen heraus, die eine besonders effiziente Wechselwirkung einfallender Lichtwellen versprechen. Für diese Prozesse werden anschließend explizit Verstärkungsfaktoren berechnet. Durch die Berücksichtigung elastooptischer, piezoelektrischer und raumladungsbegrenzender Effekte können die Einfallswinkel der Lichtstrahlen und die Orientierungen der Kristalle für die Signalstrahlverstärkung und die Phasenkonjugation optimiert werden. Auf der Basis dieser theoretischen Vorarbeiten gelingt im experimentellen Teil dieser Arbeit zum ersten Mal die Verstärkung eines Laserstrahls durch einen photorefraktiven parametrischen Prozeß. Die Verstärkung beträgt in einem 3,2 Millimeter dicken Bariumtitanat-Kristall 9000. Eine Besonderheit der angewandten Verstärkungsprozesse ist die sehr geringe räumliche Bandbreite. Die daraus folgende große Winkelselektivität verspricht viele Anwendungsmöglichkeiten in der optischen Meßtechnik, schränkt den Einsatz zur Bildverstärkung jedoch erheblich ein. Ebenfalls zum ersten Mal wird die Phasenkonjugation durch einen phototrefraktiven parametrischen Prozeß demonstriert. Die Intensitäten der erzeugten phasenkonjugierten Wellen entsprechen denen der verstärkten Signalstrahlen. Es lassen sich also Reflektivitäten bis zu 9000 realisieren. Zudem kann durch eine spezielle Konfiguration mit frequenzverstimmten Signalstrahlen ein prinzipielles Problem der photorefraktiven Wellenmischung gelöst werden: Die Verstärkung sehr schwacher Signalstrahlen. Durch die neu entwickelte Methode der Rauschunterdrückung gelingt es, Lichtwellen mit Leistungen unter einem Nanowatt um mehrere Größenordnungen zu verstärken. Zum Abschluß werden die parametrischen Prozesse noch in Kalium-Tantalat-Niobat untersucht. Bei diesen ersten Untersuchungen gelingt der Nachweis von fünf Prozessen. Die beobachteten ausgeprägten Effekte und die gemessenen riesigen elektrooptischen Koeffizienten zeigen, daß tetragonale Kalium-Tantalat-Niobat-Kristalle ebenfalls sehr interessant für die photorefraktive Wellenmischung sind.
URL: https://repositorium.ub.uni-osnabrueck.de/handle/urn:nbn:de:gbv:700-2000092671
Subject Keywords: Photorefraktiver Effekt; Phasenkonjugation; Vier-Wellen-Mischung; photorefractive effect; phase conjugation; four-wave mixing
Issue Date: 26-Sep-2000
Type of publication: Dissertation oder Habilitation [doctoralThesis]
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