Universität Osnabrück, Graduiertenkolleg Mikrostruktur oxidischer

32 UNIVERSITÄT OSNABRÜCK, FACHBEREICH PHYSIK
Es ist damit zu rechnen, daß auch in anderen Materialien homogene pyroelektrische Felder einen großen Einfluß
auf den lichtinduzierten Ladungstransport haben. Eine ganze Reihe von Gründen zeigt die Bedeutung dieser
Erkenntnisse:
• Es können große Brechungsindexänderungen und Beugungseffizienzen erzielt werden, ohne ein äußeres
elektrisches Feld anzulegen.
• Der Effekt ist bei der Entwicklung zukünftiger Anwendungen auf der Basis photorefraktiver und pyroelektrischer
Kristalle zu berücksichtigen. Aber auch bekannte Techniken, wie das elektrische Fixieren oder
die Frequenzverdopplung mit Hilfe von periodischen Domänenstrukturen, können durch pyroelektrische
Felder beeinflußt werden.
• Durch diesen Effekt erzeugte Strahlprofilinstabilitäten sind in der Lage, die Effizienz phasenkonjugierender
Spiegel zu beeinflussen.
• Ein tieferes Verständnis über den pyroelektrischen Effekt kann durch Anwendung optischer Techniken
erreicht werden.
• Zueinander inkohärente Strahlen können durch die Absorption von Lichtenergie miteinander wechselwirken.
Hier ergibt sich ein Spielraum für neuartige Techniken des optischen Schaltens. Über die Wärmeleitfähigkeit
des Materials ist selbst die gegenseitige Beeinflussung sich nicht überlappender Strahlen möglich.
2.4 Piezoelektrisch induzierte Oberflächenreliefgitter
In der überwältigenden Mehrheit der Arbeiten zum photorefraktiven Effekt in elektrooptischen Kristallen werden
die Prozesse beim Aufbau eines Raumladungsfeldes in der Nähe der Kristalloberfläche und an der Oberfläche
selbst nicht berücksichtigt. Falls das Volumen, in dem Wechselwirkung zwischen Licht und Materie stattfindet,
ausreichend ist, so daß Oberflächeneffekte vernachlässigt werden können, ist dieses Vorgehen gerechtfertigt.
Es gibt aber experimentelle Bedingungen, die das Einbeziehen der Oberfläche erfordern. Dazu gehört
z.B. das holographische Schreiben in photorefraktiven Wellenleitern.
Eine einfache Abschätzung zeigt, daß die Beugung an einem elektrooptisch induzierten Brechungsindexgitter
an der Oberfläche (Amplitudengitter durch Modulation der Reflektivität) gegenüber der Beugung an einem
piezoelektrisch induzierten Oberflächenreliefgitter (Phasengitter durch Reliefbildung) zu vernachlässigen ist,
daß letzteres jedoch der experimentellen Beobachtung zugänglich sein müßte.
In einem wiederum mit Phasenmodulationstechnik durchgeführten Experiment konnte erstmalig an einer
eisendotierten Bi 12TiO 20-Probe (BTO) ein Oberflächenreliefgitter, hervorgerufen durch den piezoelektrischen
Effekt, in der holographischen Standardkonfiguration eindeutig nachgewiesen werden. Die Abhängigkeiten der
Beugungseffizienz von der Gitterperiode, dem externen elektrischen Feld und der Polarisation der beiden
Schreibstrahlen schließen ein Gitter elektrooptischen Ursprungs aus. Die gemäß einem einfachen Modell berechnete
Amplitude der Oberflächendeformationen weicht vom experimentellen Wert um den Faktor zehn ab,
was jedoch in der Einfachheit erster Modellbetrachtungen liegt. Jüngste Resultate verfeinerter Rechnungen
reduzieren die Diskrepanz schon auf den Faktor 1.5.
2.5 Gitteroszillationen
Üblicherweise wird in Experimenten unter Verwendung phasenmodulierter Signalstrahlen vorausgesetzt, daß
die Vibrationsfrequenz des Interferenzmusters sehr viel größer ist als die inverse Maxwellzeit τ M. Die Raumladungsfelder
können den Bewegungen des Lichtmusters nicht folgen. Dadurch wird gewährleistet, daß das Brechungsindexgitter
bezüglich Amplitude und Phase in guter Näherung ungestört ist; das Meßobjekt Brechungsindexgitter
wird nicht durch das Meßverfahren Oszillation des Lichtmusters beeinflußt.
Im Frequenzbereich unterhalb der inversen Maxwellzeit bietet sich diese Technik dagegen auch zur direkten
Beobachtung der Dynamik der Hologrammaufzeichnung an. Das genaue Studium der in diesem Frequenzintervall
zu erwartenden, stark ausgeprägten Gitteroszillationen ermöglicht neben der Bestimmung der Maxwellzeit
z. B. die Messung der Drift- und Diffusionslängen. Einen weiteren interessanten Aspekt stellt der Einfluß höherer
Harmonischer der Raumfrequenz K auf die Oszillationen dar, ein Sachverhalt, der für nichtlineare Effekte
verantwortlich ist. Zu diesem Zweck bieten sich Untersuchungen an dünnen Hologrammen an, so daß nicht nur
r
Bragg-Beugung am Gitter mit dem Vektor K auftreten kann (lineare Hologrammaufzeichung), sondern auch die
r r
sogenannte „Nicht-Bragg“-Beugung an Gittern mit Vielfachen 2K
, 3K
usw. zu beobachten ist (nichtlineare
Hologrammaufzeichnung).
Die durchgeführten Experimente an dünnen Hologrammen in einer BTO-Probe zeigten, daß ein direktes Studium
der Amplituden der Gitteroszillationen in Abhängigkeit von Parametern wie der Frequenz der Phasenmodu-