Absorption und Photorefraktion in undotierten Lithiumniobat-Kristallen

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Lithiumniobat hat sich zu einem der wichtigsten kristallinen Materialien für die nichtlineare Optik entwickelt, um Laserlicht in seiner Farbe fast beliebig mit hoher Effizienz zu verändern. Bei hohen Lichtintensitäten treten in Lithiumniobat-Kristallen aber trotz intensiver internationaler Forschungsanstrengungen weiter massive Probleme auf: Zum einen führt auch minimale Lichtabsorption zu thermooptischen Brechungsindexlinsen oder sogar thermischen Materialzerstörungen, zum andern führt der photorefraktive Effekt zu Strahldeformation und zur Verletzung der Phasenanpassung nichtlinear-optischer Prozesse. Das beantragte Projekt bietet die Chance auf Durchbrüche beim Verständnis und der Kontrolle der Absorption und der Photorefraktion undotierter Lithiumniobat-Kristalle. Dazu wollen wir undotierte Kristalle mit bisher unerreichter Genauigkeit quantitativ untersuchen: Kleinste Restabsorptionen mit Werten unter 0.0001 cm-1 sollen photoakustisch gemessen werden. Kleinste Brechungsindexänderungen von 10-8 oder weniger wollen wir mit holographischen Verfahren unter Verwendung dicker Proben messen. Diese Daten werden dann in Beziehung gebracht zu direkten praxisnahen Messungen der Deformation fokussierter grüner Lichtstrahlen. Mit Hilfe der Daten können wir aufklären, warum die Kristalle – trotz großer Bandlücke – nicht perfekt transparent sind und warum Licht in der Lage ist, auch in diesen Kristallen den photorefraktiven Effekt auszulösen. Damit wird es möglich, in der jüngeren Zeit entwickelte Verfahren zur Unterdrückung der unerwünschten Absorption und Photorefraktion zu perfektionieren, die thermo-elektrische Oxidation und das optische Reinigen – die fundamentalen Leistungsgrenzen des Materials werden erreicht und ausgelotet.