This thesis covers the topic ”Thinning and Turbulence in Aqueous Films”. Experimental studies in two-dimensional systems gained an increasing amount of attention during the last decade. Thin liquid films serve as paradigms of atmospheric convection, thermal convection in the Earth’s mantle or turbulence in magnetohydrodynamics. Recent research on colloids, interfaces and nanofluids lead to advances in the developtment of micro-mixers (lab-on-a-chip devices). In this project a detailed description of a thin film experiment with focus on the particular surface forces is presented. The impact of turbulence on the thinning of liquid films which are oriented parallel to the gravitational force is studied. An experimental setup was developed which permits the capturing of thin film interference patterns under controlled surface and atmospheric conditions. The measurement setup also serves as a prototype of a mixer on the basis of thermally induced turbulence in liquid thin films with thicknesses in the nanometer range. The convection is realized by placing a cooled copper rod in the center of the film. The temperature gradient between the rod and the atmosphere results in a density gradient in the liquid film, so that different buoyancies generate turbulence. In the work at hand the thermally driven convection is characterized by a newly developed algorithm, named Cluster Imaging Velocimetry (CIV). This routine determines the flow relevant vector fields (velocity and deformation). On the basis of these insights the flow in the experiment was investigated with respect to its mixing properties. The mixing characteristics were compared to theoretical models and mixing efficiency of the flow scheme calculated. The gravitationally driven thinning of the liquid film was analyzed under the influence of turbulence. Strong shear forces lead to the generation of ultra-thin domains which consist of Newton black film. Due to the exponential expansion of the thin areas and the efficient mixing, this two-phase flow rapidly turns into the convection of only ultra-thin film. This turbulence driven transition was observed and quantified for the first time. The existence of stable convection in liquid nanofilms was proven for the first time in the context of this work. / Diese Diplomarbeit behandelt das Thema ”Dünnung und Turbulenz in wässrigen Filmen”. Experimente in zweidimensionalen Systemen erfuhren in den vergangenen Jahren zunehmend an Aufmerksamkeit. Dünne Flüssigkeitsschichten dienen als Modell für atmosphärische Konvektion, thermische Konvektion im Erdmantel oder Turbulenz in der Magnetohydrodynamik. Aktuelle Forschung im Bereich der Kolloide, Grenzflächen und Nanofluidik führt zu Fortschritten in der Entwicklung von Mikromixern (”lab-on-a-chip”). In diesem Projekt wird eine detaillierte Beschreibung eines Dünnfilmexperiments mit Fokus auf die besonderen Oberflächenkräfte vorgestellt. Die Auswirkung der Turbulenz auf die Dünnung von parallel zur Gravitationskraft orientierten Flüssigkeitsschichten wurde untersucht. Es wurde ein Experiment entwickelt, welches die Aufnahme von Dünnschichtinterferenzmustern unter kontrollierten Oberflächenbedingungen und Atmosphäre erlaubt. Der Messaufbau dient auch als Prototyp eines Mixers auf Basis von thermisch induzierter Turbulenz in Flüssigkeitsfilmen mit Dicken im Nanometerbereich. Die Konvektion wird durch das Platzieren eines gekühlten Kupferstabs in der Mitte des Films realisiert. Der Temperaturgradient zwischen Stab und äußerer Atmosphäre resultiert in einem Dichtegradienten in dem flüssigen Film, sodass durch unterschiedliche Auftriebskräfte Turbulenz erzeugt wird. In der vorliegenden Arbeit ist die thermisch getriebenen Konvektion an Hand eines neu entwickelten Verfahrens (Cluster Imaging Velocimetry - CIV) zur Ermittlung des strömungsrelevanten Vektorfelder (Geschwindigkeit und Deformation) charakterisiert worden. Auf Basis dieser Erkenntnisse wurde die im Experiment vorherrschende Strömung in Hinsicht auf ihre Mischungseigenschaften im Vergleich zu theoretischen Modellen untersucht und die Mischungseffizienz berechnet. Die gravitationsgetriebene Ausdünnung der Flüssigkeitsschicht unter Einfluss der Turbulenz wurde analysiert. Durch starke Scherkräfte kommt es lokal zur Bildung ultradünner Domänen bestehend aus ”Newton black film”. Diese Zweiphasenströmung geht durch das exponentielle Ausdehnen der dünnen Bereiche und die effiziente Mischung sehr schnell in eine Konvektion von ausschließlich ultradünnem Film im Gleichgewichtszustand über. Dieser turbulenzgetriebene Übergang wurde zum ersten Mal beobachtet und quantifiziert. Die Existenz stabiler Konvektion in flüssigen Nanofilmen ist zum ersten Mal im Rahmen dieser Arbeit belegt worden.

Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Darmstadt.

Lignin can be converted into monomeric products with the aid of molten salt media. Molten zinc chloride (ZnCl₂)/potassium chloride (KCl) mixtures are suitable for this purpose. The application of an eutectic mixture with low melting points leads to similar main products as are obtained by pyrolysis. The hydrogenolysis of an organosolv lignin in molten salts of ZnCl₂/KCl was investigated as a function of reaction temperature, residence time, and lignin concentration, and the composition of liquid products and monophenols was analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). The yields can be optimized by the proper selection of the reaction temperature. A longer residence time and higher lignin concentrations lead to increased formation of solid residues and gaseous products. The liquid products mainly consist of substituted phenols derived from lignins. Polymeric products are the result of condensation reactions (i.e., the formation of new C-C linkages in the course of secondary reactions).

Eiskristalle fördern die Bildung von Niederschlag und beeinflussen die optischen Eigenschaften einer Wolke. Damit spielen sie eine maßgebliche Rolle für das Wetter und Klima unseres Planeten. In der Atmosphäre entstehen Eiskristalle entweder durch homogene oder durch heterogene Eisnukleation. Letzteres wird durch ein sogenanntes eisnukleierendes Partikel (INP) katalysiert. Bisher ist nur wenig über die speziellen Eigenschaften eines INP bekannt und die Vorhersagbarkeit über die Eisnukleationsfähigkeit verschiedener Materialien ist somit stark limitiert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde das Immersionsgefrierverhalten von Birkenpollen, verschiedenen Mineralstäuben sowie Mischungen aus Mineralstaub und Birkenpollen Material untersucht. Ziel dieser Untersuchungen war, das Gefrierverhalten der verschiedenen Substanzen zu quantifizieren sowie deren Bedeutung für die Atmopshärische Eisnukleation besser zu verstehen. Das Gefrierverhalten eisaktiver Birkenpollen Makromoleküle konnte in dieser Arbeit erstmals unter atmosphärisch relevanten Bedingungen quantifiziert werden. Ein Vergleich zweier Birkenpollen Proben mit unterschiedlicher Herkunft demonstrierte die Abhängigkeit der Gefriereigenschaften der Birkenpollen von der geografischen Breite. Es wurden zwei unterschiedlich eisaktive Makromoleküle identifiziert, welche beide bei Temperaturen oberhalb −20°C aktiv sind. Das Gefrierverhalten unterschiedlicher Mineralstaubpartikel wurde hinsichtlich ihres K-Feldspat Anteils verglichen. Dabei zeigte sich, dass der K-Feldspat Anteil das Gefrierverhalten der Mineralstaubpartikel kontrolliert. Außerdem konnte gezeigt werden, dass eine Beschichtung mit Schwefelsäure die Eiskeimfähigkeit von K-Feldspat stark herabsetzt. In der Atmosphäre sind Partikel, welche sowohl aus mineralischen als auch aus biologischen Komponenten bestehen sehr wahrscheinlich. Um zu demonstrieren wie sich ein Mineralstaubpartikel verhält, wenn es mit biologischem Material gemischt wird, wurde in dieser Arbeit das Gefrierverhalten von Mischpartikeln bestehend aus Illit-NX und Birkenpollen Material untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die eisaktiven Makromoleküle der Birkenpolle ihre Eisaktivität beibehalten, auch wenn sie an einem Illit- NX Partikel angelagert sind. Die Mischpartikel zeigen somit das selbe Gefrierverhalten, wie reine Birkenpollen Partikel. Dies zeigt die bisher unterschätzte Bedeutung von biologischem Material für die atmosphärische Eisnukleation. / It is known that ice crystals in clouds play an important role for climate and weather as they influence precipitation initiation and radiative forcing. Ice formation in clouds occurs either through homogeneous or heterogeneous ice nucleation. For the latter case an ice nucleating particle (INP) catalyzes the freezing process. The knowledge about the properties which make a particle act as efficient INP is still limited. As a consequence, the ice nucleation ability of different materials has to be examined by quantitative experimentation. In the framework of the present thesis, the immersion freezing behavior of birch pollen material, different mineral dust particles and internal mixtures of mineral dust and birch pollen material was studied to improve our understanding of the importance of these species for the atmospheric ice nucleation. A quantification of the freezing behavior of ice nucleating active (INA) birch pollen macromolecules under atmospherically relevant conditions was done for the first time. Furthermore, the freezing ability of two birch pollen samples with different local origin was compared. It could be shown that birch pollen are able to produce at least two different types of INA macromolecules, which are both ice active in a temperature regime above −20◦ C. It became obvious that one of the macromolecules is favorably produced in higher latitudes, which indicated the dependence of the freezing properties of birch pollen from their local origin. Concerning mineral dust particles the present thesis demonstrated that the freezing ability of different K-feldspar containing mineral dust proxys like Arizona test dust, kaolinite and illite-NX, is controlled by their K-feldspar content. Furthermore, it was shown that K-feldspar loses its good freezing ability after surface modification with sulfuric acid. As internal mixtures of mineral and biological components are very likely in the atmosphere, the freezing ability of such mixed particles has been investigated in the present thesis. For illite-NX particles which were mixed with birch pollen material, it could be shown that the birch pollen macromolecules maintain their freezing ability when being adsorbed to a mineral dust particle. As a result, the affected mineral dust particle initiates freezing exactly like a birch pollen particle. For atmospheric application this means that it is likely that the ascription of mineral dust to the atmospheric INPs is, at least to a certain extent, due to unnoticed attached ice nucleating biological material.

Das Thema der vorliegenden Dissertation ist die Theorie und Terminologie der Mischung nach Galen. Im ersten Teil, der sich aus den ersten zwei Hauptkapiteln zusammensetzt, werden die historischen und theoretischen Quellen für Galens Modell zur Mischung der Primärelemente (das Warme, das Kalte, das Trockene und das Feuchte) und sein System der neun Mischungen (acht schlechte Mischungen und eine gute Mischung, in der keine Qualität überwiegt). Im ersten Hauptkapitel illustriere ich im Gegensatz zu den bisherigen konträren wissenschaftlichen Meinungen, dass Galens Modell zur Mischung der Primärelemente eine klare innere Logik aufweist und von der peripatetischen Naturphilosophie des 2. Jahrhunderts unserer Zeitrechnung beeinflusst wird. Dabei entbehrt es keinesfalls des „archaischen“ hippokratischen Ansatzes. Im zweiten Hauptkapitel der Dissertation analysiere ich die historischen und theoretischen Quellen von Galens Theorie der neun Mischungen. Genauer gesagt zeige ich in diesem Kapitel auf, dass Galens Theorie im Gegensatz zu bisherigen Gelehrtenmeinungen nicht vollständig von dem System der neun Mischungen abhängt, das die Pneumatiker entwickelt haben. In der Tat beruht Galens Modell auf einer anderen – peripatetischen – Elementartheorie. Im Gegensatz zur pneumatischen Medizin ist dieses Modell der neun Mischungen in seinem allgemeinen Weltbild fest verankert. Im zweiten Teil dieser Dissertation, der dem dritten Hauptkapitel entspricht, setze ich mich mit Galens Terminologie der Mischung und genauer gesagt mit seiner Verwendung der Begriffe krasis und mixis auseinander. Im Gegensatz zu vorherigen wissenschaftlichen Arbeiten, die besagen, dass der Unterschied von den Bestandteilen abhänge (krasis wäre eine Mischung von Qualitäten, während mixis eine Mischung von Substanzen wäre), zeige ich, dass der Unterschied zwischen krasis und mixis in der Phase des Prozesses und in dem Grad der Wiedererkennbarkeit der Bestandteile liegt. / The present dissertation aimed at studying the theory and the terminology of mixture in Galen. The first part, which is composed of the first two main chapters, intended to examine the historical and theoretical sources of Galen’s model of mixture of primary elements (the hot, the cold, the dry and the wet) and of its system of nine mixtures (eight bad mixtures and one good mixture, where no quality predominates). In the first main chapter, I illustrated that, differently from the conflicting views expressed so far by the previous scholarship, Galen’s model of mixture of primary elements shows a clear internal logic and comes under the sway of the Peripatetic natural philosophy of the 2nd century CE, while in no way renouncing, on the other hand, the “archaic” Hippocratic background. In the second main chapter of the dissertation I analysed the historical and theoretical sources of Galen’s scheme of nine mixtures. More precisely, in this chapter we pointed out that, differently from what has been said by previous scholarship, although the Pneumatists developed a system of nine mixtures, Galen’s is not entirely dependent on it insofar as Galen’s relies on a different – Peripatetic – elemental theory and, differently from Pneumatic medicine, this scheme of nine mixtures is embedded in Galen’s general world view. In the second part of the thesis, which corresponds to the third main chapter, I have dealt with Galen’s terminology of mixture and, more precisely, with his usage of the terms krasis and mixis. Differently from the previous scholarship according to which the difference would depend on the constituents (krasis would be a mixture of qualities whereas mixis a mixture of substances), I have showed that the difference between krasis and mixis lies in the stage of the process and in the degree of recognisability of the constituents.

<p>This thesis is concerned with the solution of the blind source separation problem (BSS). The BSS problem occurs frequently in various scientific and technical applications. In essence, it consists in separating meaningful underlying components out of a mixture of a multitude of superimposed signals.</p> <P> In the recent research literature there are two related approaches to the BSS problem: The first is known as Independent Component Analysis (ICA), where the goal is to transform the data such that the components become as independent as possible. The second is based on the notion of diagonality of certain characteristic matrices derived from the data. Here the goal is to transform the matrices such that they become as diagonal as possible. In this thesis we study the latter method of approximate joint diagonalization (AJD) to achieve a solution of the BSS problem. After an introduction to the general setting, the thesis provides an overview on particular choices for the set of target matrices that can be used for BSS by joint diagonalization.</p> <P> As the main contribution of the thesis, new algorithms for approximate joint diagonalization of several matrices with non-orthogonal transformations are developed.</p> <P> These newly developed algorithms will be tested on synthetic benchmark datasets and compared to other previous diagonalization algorithms.</p> <P> Applications of the BSS methods to biomedical signal processing are discussed and exemplified with real-life data sets of multi-channel biomagnetic recordings.</p> / <p>Diese Arbeit befasst sich mit der Lösung des Problems der blinden Signalquellentrennung (BSS). Das BSS Problem tritt häufig in vielen wissenschaftlichen und technischen Anwendungen auf. Im Kern besteht das Problem darin, aus einem Gemisch von überlagerten Signalen die zugrundeliegenden Quellsignale zu extrahieren.</p> <P> In wissenschaftlichen Publikationen zu diesem Thema werden hauptsächlich zwei Lösungsansätze verfolgt:</p> <P> Ein Ansatz ist die sogenannte "Analyse der unabhängigen Komponenten", die zum Ziel hat, eine lineare Transformation <B>V</B> der Daten <B>X</B> zu finden, sodass die Komponenten U_n der transformierten Daten <B>U</B> = <B> V X</B> (die sogenannten "independent components") so unabhängig wie möglich sind. Ein anderer Ansatz beruht auf einer simultanen Diagonalisierung mehrerer spezieller Matrizen, die aus den Daten gebildet werden. Diese Möglichkeit der Lösung des Problems der blinden Signalquellentrennung bildet den Schwerpunkt dieser Arbeit.</p> <P> Als Hauptbeitrag der vorliegenden Arbeit präsentieren wir neue Algorithmen zur simultanen Diagonalisierung mehrerer Matrizen mit Hilfe einer nicht-orthogonalen Transformation.</p> <P> Die neu entwickelten Algorithmen werden anhand von numerischen Simulationen getestet und mit bereits bestehenden Diagonalisierungsalgorithmen verglichen. Es zeigt sich, dass unser neues Verfahren sehr effizient und leistungsfähig ist. Schließlich werden Anwendungen der BSS Methoden auf Probleme der biomedizinischen Signalverarbeitung erläutert und anhand von realistischen biomagnetischen Messdaten wird die Nützlichkeit in der explorativen Datenanalyse unter Beweis gestellt.</p>

Im Rahmen der EU-Richtlinie REACH müssen industrierelevante Chemikalien bezüglich des Risikos für Mensch und Umwelt (neu) untersucht und bewertet werden, wobei die Anzahl an Tierversuchen zu minimieren ist und neue toxikologische Prüfmethoden, Bewertungsstrategien sowie alternative Testsysteme entwickelt und optimiert werden sollen. Ubiquitär vorkommende Testorganismen, welche ähnliche Eigenschaften und eine vergleichbare Sensitivität bezüglich äußerer Einflüsse wie komplexere Organismen (Fisch, Säugetier, Mensch) besitzen, sind hier besonders gefragt um die Belastung abzuschätzen und Trendaussagen über die Wirkung zu formulieren. Durch den Einsatz vieler dieser Testorganismen sowie durch die Ermittlung der chemischen Reaktivität und der Strukturmerkmale einer Verbindung kann ein globales Bild über die Wirkung erhalten werden. Ein Organismus, der diese Charakteristika aufweist, ist der eukaryotische Einzeller Tetrahymena pyriformis GL. In der vorliegenden Dissertation wird zum einen die jeweilige Toxizität elektrophiler Substanzen unterschiedlicher Stoffklassen und Reaktions-mechanismen (α,β-ungesättigte Carbonyl- und Carboxylverbindungen, heterozyklische Drei- und Vierringe, α-halogenierte Carbonyle, Harnstoffe und Thioharnstoffe, aromatische Disulfide sowie aliphatische und aromatische Nitroverbindungen) nach den Expositionszeiten 24 h, 48 h und 72 h mit Hilfe eines etablierten Wachstumshemmtests (Müller, 2001) bestimmt und Struktur-Toxizitäts-Beziehungen bzw. Strukturalarme abgeleitet. Neben der methodischen Optimierung werden die substanzspezifischen Eigenschaften, Flüchtigkeit und Sorptionsfähigkeit, quantitativ erfasst und durch neu aufgestellten Modellgleichungen für jede Substanz ermittelt. Mit der Bestimmung der Toxizitätserhöhung, Te, welche auch als ein Maß für die Reaktivität angesehen werden kann, werden Organismen-spezifische Narkose-Basis-Geraden generiert, exzesstoxische Verbindungen identifiziert und Strukturalarme für die jeweiligen Stoffklassen aufgestellt. Zum anderen werden binäre Mischungen untersucht, welche aus den Einzelstoffen bestehen, deren Toxizität im ersten Abschnitt der Arbeit ermittelt wurden und bei denen theoretische Annahmen über die Reaktionsmechanismen bestehen. Dieser Abschnitt identifiziert, ob gleiche bzw. unähnliche primäre Wechselwirkungen zweier Substanzen mit den biologischen Targets vorliegen und welcher Mechanismus, der reaktive Mechanismus exzesstoxischer Substanzen oder die Wechselwirkungen mit Membran-Bestandteilen, dominierend ist. Für die Auswertung der Mischungsergebnisse werden die etablierten biometrischen Modelle Konzentrations-Additivität und Unabhängigen Wirkung verwendet. Es wird dargestellt, dass die Mischungstoxizitäten der binären Mischungen ähnlich wirkender Substanzen zwar relativ genau mithilfe beider Modelle berechnet werden, jedoch keine eindeutige Charakterisierung der Mechanismen möglich ist. Die Ergebnisse der untersuchten binären Mischungen unterschiedlich wirkender Substanzen zeigen dagegen, dass die Mischungstoxizitäten unähnlicher Substanzen relativ genau mithilfe des Modells der Unabhängigen Wirkung berechnet werden und eine Charakterisierung der Mechanismen möglich ist.

Im Rahmen der EU-Richtlinie REACH müssen industrierelevante Chemikalien bezüglich des Risikos für Mensch und Umwelt (neu) untersucht und bewertet werden, wobei die Anzahl an Tierversuchen zu minimieren ist und neue toxikologische Prüfmethoden, Bewertungsstrategien sowie alternative Testsysteme entwickelt und optimiert werden sollen. Ubiquitär vorkommende Testorganismen, welche ähnliche Eigenschaften und eine vergleichbare Sensitivität bezüglich äußerer Einflüsse wie komplexere Organismen (Fisch, Säugetier, Mensch) besitzen, sind hier besonders gefragt um die Belastung abzuschätzen und Trendaussagen über die Wirkung zu formulieren. Durch den Einsatz vieler dieser Testorganismen sowie durch die Ermittlung der chemischen Reaktivität und der Strukturmerkmale einer Verbindung kann ein globales Bild über die Wirkung erhalten werden. Ein Organismus, der diese Charakteristika aufweist, ist der eukaryotische Einzeller Tetrahymena pyriformis GL. In der vorliegenden Dissertation wird zum einen die jeweilige Toxizität elektrophiler Substanzen unterschiedlicher Stoffklassen und Reaktions-mechanismen (α,β-ungesättigte Carbonyl- und Carboxylverbindungen, heterozyklische Drei- und Vierringe, α-halogenierte Carbonyle, Harnstoffe und Thioharnstoffe, aromatische Disulfide sowie aliphatische und aromatische Nitroverbindungen) nach den Expositionszeiten 24 h, 48 h und 72 h mit Hilfe eines etablierten Wachstumshemmtests (Müller, 2001) bestimmt und Struktur-Toxizitäts-Beziehungen bzw. Strukturalarme abgeleitet. Neben der methodischen Optimierung werden die substanzspezifischen Eigenschaften, Flüchtigkeit und Sorptionsfähigkeit, quantitativ erfasst und durch neu aufgestellten Modellgleichungen für jede Substanz ermittelt. Mit der Bestimmung der Toxizitätserhöhung, Te, welche auch als ein Maß für die Reaktivität angesehen werden kann, werden Organismen-spezifische Narkose-Basis-Geraden generiert, exzesstoxische Verbindungen identifiziert und Strukturalarme für die jeweiligen Stoffklassen aufgestellt. Zum anderen werden binäre Mischungen untersucht, welche aus den Einzelstoffen bestehen, deren Toxizität im ersten Abschnitt der Arbeit ermittelt wurden und bei denen theoretische Annahmen über die Reaktionsmechanismen bestehen. Dieser Abschnitt identifiziert, ob gleiche bzw. unähnliche primäre Wechselwirkungen zweier Substanzen mit den biologischen Targets vorliegen und welcher Mechanismus, der reaktive Mechanismus exzesstoxischer Substanzen oder die Wechselwirkungen mit Membran-Bestandteilen, dominierend ist. Für die Auswertung der Mischungsergebnisse werden die etablierten biometrischen Modelle Konzentrations-Additivität und Unabhängigen Wirkung verwendet. Es wird dargestellt, dass die Mischungstoxizitäten der binären Mischungen ähnlich wirkender Substanzen zwar relativ genau mithilfe beider Modelle berechnet werden, jedoch keine eindeutige Charakterisierung der Mechanismen möglich ist. Die Ergebnisse der untersuchten binären Mischungen unterschiedlich wirkender Substanzen zeigen dagegen, dass die Mischungstoxizitäten unähnlicher Substanzen relativ genau mithilfe des Modells der Unabhängigen Wirkung berechnet werden und eine Charakterisierung der Mechanismen möglich ist.

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.

Wavelength-discriminating systems typically consist of heavy benchtop-based instruments, comprising diffractive optics, moving parts, and adjacent detectors. For simple wavelength measurements, such as lab-on-chip light source calibration or laser wavelength tracking, which do not require polychromatic analysis and cannot handle bulky spectroscopy instruments, lightweight, easy-to-process, and flexible single-pixel devices are attracting increasing attention. Here, a device is proposed for monotonously transforming wavelength information into the time domain with room-temperature phosphorescence at the heart of its functionality, which demonstrates a resolution down to 1 nm and below. It is solution-processed from a single host–guest system comprising organic room-temperature phosphors and colloidal quantum dots. The share of excited triplet states within the photoluminescent layer is dependent on the excitation wavelength and determines the afterglow intensity of the film, which is tracked by a simple photodetector. Finally, an all-organic thin-film wavelength sensor and two applications are demonstrated where this novel measurement concept successfully replaces a full spectrometer.