In der vorliegenden Arbeit werden Koordinationskomplexe als neues Material in der Photonik diskutiert. Diese zeigen als zentralen Prozess eine lichtinduzierte Isomerisierung von einem elektronischen Grundzustand in mindestens ein metastabiles Isomer. Die Isomerisierung wird neben einer ausgeprägten Photochromie auch von photorefraktiven Eigenschaften begleitet. Die Verwendung der vielversprechenden Koordinationskomplexe in der Photonik scheiterte bisher an deren Einbettung in Festkörpermatrizen. Aus diesem Grund ist in dieser Arbeit ein Vertreter der Klasse der Ruthenium-Sulfoxide, der [Ru(bpy)2OSO]PF6-Komplex, in eine Polymermatrix Polydimethylsiloxan eingebettet worden. Es zeigt sich, dass der Komplex erstmalig erfolgreich in einen Festkörper eingebettet werden kann, insbesondere bei gleichzeitiger Erhaltung der photofunktionalen Eigenschaften. Dabei bleibt der lichtinduzierte Isomerisierungs-Prozess durch die geänderte dielektrische Umgebung nahezu unbeeinflusst, wohingegen die thermische Stabilität der metastabilen Isomere gezielt durch die viskosere Umgebung geändert werden kann. Die experimentell erhaltenen Relaxationszeiten der zwei metastabilen Isomere lassen sich bestimmen und sind verglichen mit der Lösung um den Faktor 100 erhöht. Die Untersuchungen der makroskopischen und mikroskopischen Eigenschaften des Komplexes in dieser Arbeit zeigen, dass Bildstrukturen in die Probe beleuchtet werden können. Ein deutlicher Kontrast und eine ausgeprägte Flankensteilheit für die RGB-Farben zwischen Stellen, in denen die Moleküle im Grundzustand und in den metastabilen Zuständen vorliegen, bleibt dabei erhalten. Insbesondere kann ein räumliches Auflösungsvermögen in der Größenordnung von 16 µm unter dem Mikroskop bestimmt werden. Diese Eigenschaften zeigen ein großes Potential für die Verwendung in RGB-Displays und optischer Datenspeichern. Ein zweiter Schwerpunkt dieser Arbeit behandelt den Aufbau eines Spektrometers zur Detektion von Femtosekunden-Pulsen im mittleren infraroten Spektralbereich und der spektralen Auflösung von Vibrationsbanden. Dies ermöglicht, die bei der Isomerisierung ablaufenden Prozesse verstehen und auflösen zu können. Zu diesem Zweck sind Kalibrierungen der verwendeten Komponenten des Aufbaus durchgeführt worden. Anhand des Kalibrierungsmaterials Lithiumniobat konnte eine ausgeprägte OH^--Streckschwingung mit dem entwickelten Aufbau nachgewiesen werden. Insbesondere werden Methoden zum experimentellen Aufbau des Spektrometers und zur Auswertung mit anschließender Fehlerbetrachtung behandelt und ausgearbeitet. Für die Detektion der NO-Streckschwingung im Koordinationskomplex Natriumnitrosylprussiat werden Optimierungen des Aufbaues und der Methodik vorgenommen, um kleinste Transmissionsänderungen detektieren zu können. Experimentell konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass Absolutmessungen in der Probe mit dem verwendeten Aufbau möglich sind und mit Messungen eines FTIR-Spektrometers vergleichbare Ergebnisse liefern. Im Anschluss sind Messungen der Probe unter Lichtbestrahlung durchgeführt worden, um Änderungen der Extinktion zu detektieren. Hier treten experimentelle Grenzen der Messmethodik zu Tage, die im Rahmen von Optimierungsvorschlägen diskutiert werden. Abschließend werden beide verwendete Substanzklassen im Hinblick auf mögliche Anwendungen solcher Koordinationskomplexe in der Photonik diskutiert. Es lassen sich Schlüsseleigenschaften holographischer Materialien auf die Koordinationskomplexe übertragen, um sie mit herkömmlichen photorefraktiven Materialien vergleichen zu können. Durch die erfolgreiche Einbettung eines Koordinationskomplexes steht jetzt ein vielversprechendes optisches Material zur Verfügung, welches in der Photonik eingesetzt werden kann.

Der Schwerpunkt der vorliegenden kumulativen Dissertation ist die optische Untersuchung von funktionalen Ribletstrukturen und die Entwicklung eines optischen Sensors zur Erfassung von funktionskritischen Formabweichungen. Ein Teil dieser Arbeit ist in den im Anhang aufgeführten Publikationen bereits veröffentlicht. In Kapitel 2 werden die Untersuchungen zur Licht-Materie-Wechselwirkung mit der Ribletstruktur vorgestellt. Im Mittelpunkt steht dabei zunächst die Entwicklung eines experimentellen Aufbaus zur Charakterisierung der Struktur und insbesondere zur Detektion von Degradationen im Sub-Mikrometerbereich, wie sie im Einsatz an Flugzeugoberflächen zu erwarten ist. Der Aufbau besteht aus einer Lichtquelle und drei Detektionseinheiten, die bei senkrechtem Lichteinfall die resultierende Streuung der Ribletstruktur in Richtung 0° und ±45° aufnehmen. Es werden Anforderungen an die Lichtquelle des Sensors bestimmt, darunter Werte für Mindest- und Maximalintensität für ein ausreichendes Signal-Rausch-Verhältnis, eine senkrechte Lichtpolarisation, Strahldurchmesser von 1 mm bis 1,5 mm und es wird der geringe Einfluss von Wellenlänge und Strahldivergenz gezeigt. Darüber hinaus werden ultrakurze Laserpulse im Ribletsensor eingesetzt und die Verwendung im Kontext der Qualitätskontrolle diskutiert. Hierbei wird insbesondere der Einfluss von Pulsdauer und Bandbreite von linear gechirpten Pulsen auf die Entstehung eines stationären Interferenzmusters im 45°-Signal untersucht. Die Ergebnisse von Experimenten und Simulation zeigen übereinstimmend, dass der Interferenzkontrast entscheidend von der zeitlichen und spektralen Überlagerung der bei Reflexion an den Ribletflanken gegeneinander verzögerten Teilpulse abhängt. Es ist möglich, durch geeignete Wahl der Pulsparameter die Entstehung eines Interferenzmusters zu kontrollieren. Im Sensor ist ein glattes Signal in Richtung ±45° vorteilhaft und ermöglicht die Detektion mittels Photodiodenarrays ohne Fehler aufgrund des Moiré-Effekts. Ein weiteres Thema dieser Arbeit ist die Untersuchung der Streueigenschaften von Titandioxid-Nanopartikeln in Kapitel 3. Es wird die Messmethode der diffusen Reflektanz, sowie die Auswertung mittels Tauc-Plot vorgestellt. Mithilfe dessen wird die Bandlückenenergie der untersuchten Rutil- und Anatas-Nanopartikel mit E(Rutil) = 3.04 eV und E(Anatas) = 3.19 eV bestimmt, welche mit den Literaturwerten übereinstimmen. Mithilfe dieser Werte kann eine untere Grenze des Wellenlängenbereichs bestimmt werden, in dem Untersuchungen der nichtlinearen diffusen Femtosekunden-Reflektometrie zuverlässig ausgewertet werden können. Die Ergebnisse dieser Messmethode zeigen die Frequenzkonversionseigenschaften der Nanopartikel und eignen sich als Unterscheidungsmerkmal von polaren und unpolaren Kristallstrukturen.

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Gekrümmte Röntgen-Multilagen-Spiegel fokussieren Synchrotron-Strahlung auf wenige zehn Nanometer große Strahlflecke. Die Propagation zweier Lichtwellen durch elliptisch geformte fokussierende Multilagen-Spiegel wird durch eine wellenoptische Theorie beschrieben; dieser analytische Ansatz wird numerisch integriert. Mit diesem Verfahren kann die Schichtstruktur für hohe Reflektivität und geringe Strahl-Aberrationen optimiert werden. Wir zeigen Simulationen aktueller und neu entwickelter Synchrotron-Strahlrohre. Die Grenzen der Theorie werden anhand von Modell-Parametern untersucht.Ein weiterer Teil dieser Arbeit beschäftigt sich mit partieller räumlicher Kohärenz, modelliert mit der Methode der stochastischen Superpositionen. Propagation und Filterung der Kohärenzeigenschaften eines Röntgenstrahls in einem Wellenleiter werden analytisch und numerisch untersucht. Das vorgestellte, anschauliche Modell soll die Entwicklung und Überprüfung neuer Algorithmen im Bereich der kohärenten Abbildung unterstützen. Wir vergleichen die Ergebnisse von Simulationen, die auch Realstruktureffekte berücksichtigen, mit experimentellen daten aus dem GINIX-Instrument am Kohärenz-Strahlrohr P10 an der PETRA III-Quelle am DESY.Diese Arbeit zeigt Ergebnisse aus einer Kollaboration zwischen der Georg-August-Universität Göttingen und der European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble.

In dieser Arbeit werden elektronische und strukturelle Dynamiken durch Femtosekundenpuls injizierte kleine Polaronen in Lithiumniobat betrachtet, sowie die Auswirkungen auf die nichtlineare Optik mit Schwerpunkt auf die Holographie und den mittleren infraroten Spektralbereich untersucht.

Als Aerosol bezeichnet man ein Ensemble aus festen oder flüssigen Partikeln, getragen von einem gasförmigen Medium. Zur Untersuchung von einzelnen über längere Zeit berührungsfrei gespeicherten Modellaerosolpartikeln wurde ein Experiment aufgebaut und charakterisiert. Eine elektrodynamische Falle nach Paul dient zur berührungsfreien Speicherung. In verschiedenen Rezipienten können Umweltparameter, wie die Temperatur, der Druck und die Gaszusammensetzung kontrolliert werden. Mit Hilfe der elastischen Mie-Streung und der inelastischen Raman-Streuung monochromatischen Lichts wird auf die Zusammensetzung, die Größe und den Brechungsindex in situ rückgeschlossen. Eine Computer-basierte Mess- und Regelungstechnik ermöglicht Prozessstudien mit Messdauern von einigen Sekunden bis zu mehreren Tagen, in denen die Änderung oben genannter Partikeleigenschaften unter Vorgabe bestimmter Umweltparameter beobachtet werden können. Zur Abschätzung der Größe von sphärischen und kristallinen Partikeln wurde eine Methode entwickelt, die die Musteranalyse des Streulichtfernfelds mit Hilfe der räumlichen Fourier-Transformation als Grundlage hat.Schnelle Prozesse, wie z.B. die Bewegung des Teilchens in der Falle oder Phasenübergänge von gespeicherten Partikeln, können mit einer Hochgeschwindigkeitskamera aufgenommen und mit Musteranalyseverfahren charakterisiert werden.Schließlich wird die chemische Totalanalyse von einzelnen Partikeln unter Anwendung eines time-of-flight-Massenspektrometers beschrieben. Einzelne Partikel werden dazu mit Hilfe eines Transfersystems aus der Speicherumgebung in das Massenspektrometer überführt und anschließend ex situ analysiert.

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