Thermisches Polen von Quarzglas

Strauß, Alexander GND

Quarzglas, das Basismaterial der Photonik, besitzt naturgemäß aufgrund seiner intrinsischen Symmetrieverhältnisse keine Nichtlinearität zweiter Ordnung. Im Rahmen dieser Arbeit konnte nachgewiesen werden, dass es möglich ist, durch „thermisches Polen“ in geeignetem Quarzglas eine effektive Nichtlinearität zweiter Ordnung ( ) zu generieren. Dazu sind das Anlegen eines elektrischen Feldes im kV-Bereich sowie eine gleichzeitige Temperaturbehandlung der Quarzglasproben bei ~ 300 °C notwendig. Es konnte gezeigt werden, dass für eine erfolgreiche Polung von Quarzglas die Anzahl der enthaltenen Spurenelemente (Na+, K+, Li+) von signifikanter Wichtigkeit ist. Die Tiefenausdehnung der Kationen-Verarmungsschicht, welche durch die Verschiebung der Spurenelemente während des Polungsprozesses entsteht, wurde durch unterschiedliche Nachweismethoden bestimmt. Weiterhin wurde die Empfindlichkeit von gepoltem Quarzglas auf den Einfluss hoher Temperaturen ab 200 °C oder auf UV-Strahlung bei 193 nm nachgewiesen. Die Konversionseffizienz für die Erzeugung der zweiten Harmonischen konnte durch eine Quasiphasenanpassung (QPM) gesteigert werden. Die hierzu erforderlichen periodisch strukturierten Elektroden sind durch ein lithographisches Herstellungsverfahren auch auf der Oberfläche spezieller optischer Fasern realisiert worden. Die Erzeugung eines QPM-SHG-Signals in einer periodisch gepolten Quarzglasfaser konnte im sehr attraktiven Spektralbereich bei 532 nm nachgewiesen werden. Gepolte Quarzglasfasern könnten somit alternativ Funktionen übernehmen, welche bisher ausschließlich von nichtlinear-optischen Kristallen erfüllt wurden. Besonders vielversprechend erscheint hierbei der Einsatz in All-Faser-Systemen, beispielsweise zur Frequenzkonversion von Faserlaserstrahlung in den sichtbaren Spektralbereich.

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Strauß, Alexander: Thermisches Polen von Quarzglas. 2009.

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