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Untersuchung photorefraktiver Materialien mittels optischer Ptychographie / Investigation of photorefractive materials using optical ptychographyBernert, Constantin 05 January 2017 (has links) (PDF)
In der vorliegenden Arbeit wird die neuartige Mikroskopiemethode der Ptychographie für die Untersuchung photorefraktiver Materialien genutzt. Photorefraktive Materialien zeichnen sich durch die Generation lichtinduzierter Brechungsindexänderungen aus. Die Ptychographie bietet die Möglichkeit, neben der generierten Brechungsindexänderung im photorefraktiven Material auch die für die Generation genutzte Intensitätsverteilung des Laserstrahls zu bestimmen. Es wird sowohl die Abhängigkeit der Brechungsindexänderung von der Zeit der Generation als auch die Abhängigkeit von der Polarisation des Lasers gemessen. Durch den Vergleich der gewonnenen Werte mit einer numerischen Simulation des photorefraktiven Effekts werden mikroskopische Parameter der lichtinduzierten Ladungswanderung ermittelt. Zudem wird aus der polarisationsabhängigen ptychographischen Messung das Raumladungsfeld und die korrespondierende Ladungsdichte im Material berechnet. Die Ptychographie liefert damit einen neuen Zugang zum quantitativen Verständnis der Photorefraktivität. / In the present thesis the novel microscopy technique of ptychography is applied to the investigation of photorefractive materials. Photorefractive materials exhibit a change of the refractive index due to the exposure to light. The method of ptychography determines the refractive index change of the material together with the intensity distribution of the laser beam that was used for its generation. In one part of the experiment the time dependence of the refractive index change versus the generation time is investigated, in the other part of the experiment the dependence of the refractive index change to the polarisation of the laser beam is examined. Microscopic parameters of the photorefractive charge migration are determined with the utilisation of a numerical simulation of the photorefractive effect and its comparison with the measurement. Finally, the whole space charge field with the corresponding space charge density is calculated from a set of ptychographic measurements of one refractive index change with different polarisation directions of the laser. The presented experiments and their evaluation show, that the method of ptychography opens a new possibility for a quantitative understanding of the photorefractive effect.
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Untersuchung photorefraktiver Materialien mittels optischer PtychographieBernert, Constantin 04 October 2016 (has links)
In der vorliegenden Arbeit wird die neuartige Mikroskopiemethode der Ptychographie für die Untersuchung photorefraktiver Materialien genutzt. Photorefraktive Materialien zeichnen sich durch die Generation lichtinduzierter Brechungsindexänderungen aus. Die Ptychographie bietet die Möglichkeit, neben der generierten Brechungsindexänderung im photorefraktiven Material auch die für die Generation genutzte Intensitätsverteilung des Laserstrahls zu bestimmen. Es wird sowohl die Abhängigkeit der Brechungsindexänderung von der Zeit der Generation als auch die Abhängigkeit von der Polarisation des Lasers gemessen. Durch den Vergleich der gewonnenen Werte mit einer numerischen Simulation des photorefraktiven Effekts werden mikroskopische Parameter der lichtinduzierten Ladungswanderung ermittelt. Zudem wird aus der polarisationsabhängigen ptychographischen Messung das Raumladungsfeld und die korrespondierende Ladungsdichte im Material berechnet. Die Ptychographie liefert damit einen neuen Zugang zum quantitativen Verständnis der Photorefraktivität.:1 Einleitung
2 Theoretische Vorbetrachtungen
2.1 Ptychographie
2.1.1 Messung
2.1.2 Modell und Rekonstruktion
2.1.3 Ortsauflösung
2.2 Photorefraktiver Efekt
2.2.1 Lithiumniobat - Musterbeispiel für die Photorefraktivität
2.2.2 Ein-Zentrum-Modell
2.2.3 Brechungsindexänderung
2.2.4 Hohe Intensitäten
2.3 Raumladungsfeld
2.3.1 Ableitung des Feldes aus den Messgrößen
2.3.2 Raumladungsverteilung
2.3.3 Oberflächendeformation
2.3.4 Dynamik der Ladungen und des Feldes
3 Messungen
3.1 Proben
3.1.1 Ptychographische Teststruktur
3.1.2 LiNbO3:Fe
3.2 Versuchsanordnung
3.2.1 Experimenteller Aufbau
3.2.2 Grenze der Ortsauflösung
3.2.3 Charakterisierung des Laserstrahls
3.2.4 Experimentelle Überprüfung der Näherungen
3.3 Dynamik der Brechungsindexänderung
3.4 Polarisationsabhängigkeit der Brechungsindexänderung
4 Auswertung
4.1 Dynamik des Raumladungsfeldes und der Ladungen
4.1.1 Simulation
4.1.2 Vergleich zwischen Messung und Simulation
4.1.3 Dynamik der Ladungsverteilung
4.1.4 Fazit
4.2 Berechnung des Raumladungsfeldes
4.2.1 Raumladungsfeld und Ladungsverteilung
4.2.2 Simulation
4.2.3 Asymmetrie der Ladungsverteilung
4.2.4 Fazit
5 Zusammenfassung
Appendizes
A Physikalische Konstanten
B Tensoren für LiNbO3
C Ungenäherte Herleitung der Brechungsindexänderung
D Implementierung eines iterativen Verfahrens zur Bestimmung der Dynamik
des Ein-Zentrum-Modells
E Quelltext der Implementierung des iterativen Verfahrens
Literaturverzeichnis / In the present thesis the novel microscopy technique of ptychography is applied to the investigation of photorefractive materials. Photorefractive materials exhibit a change of the refractive index due to the exposure to light. The method of ptychography determines the refractive index change of the material together with the intensity distribution of the laser beam that was used for its generation. In one part of the experiment the time dependence of the refractive index change versus the generation time is investigated, in the other part of the experiment the dependence of the refractive index change to the polarisation of the laser beam is examined. Microscopic parameters of the photorefractive charge migration are determined with the utilisation of a numerical simulation of the photorefractive effect and its comparison with the measurement. Finally, the whole space charge field with the corresponding space charge density is calculated from a set of ptychographic measurements of one refractive index change with different polarisation directions of the laser. The presented experiments and their evaluation show, that the method of ptychography opens a new possibility for a quantitative understanding of the photorefractive effect.:1 Einleitung
2 Theoretische Vorbetrachtungen
2.1 Ptychographie
2.1.1 Messung
2.1.2 Modell und Rekonstruktion
2.1.3 Ortsauflösung
2.2 Photorefraktiver Efekt
2.2.1 Lithiumniobat - Musterbeispiel für die Photorefraktivität
2.2.2 Ein-Zentrum-Modell
2.2.3 Brechungsindexänderung
2.2.4 Hohe Intensitäten
2.3 Raumladungsfeld
2.3.1 Ableitung des Feldes aus den Messgrößen
2.3.2 Raumladungsverteilung
2.3.3 Oberflächendeformation
2.3.4 Dynamik der Ladungen und des Feldes
3 Messungen
3.1 Proben
3.1.1 Ptychographische Teststruktur
3.1.2 LiNbO3:Fe
3.2 Versuchsanordnung
3.2.1 Experimenteller Aufbau
3.2.2 Grenze der Ortsauflösung
3.2.3 Charakterisierung des Laserstrahls
3.2.4 Experimentelle Überprüfung der Näherungen
3.3 Dynamik der Brechungsindexänderung
3.4 Polarisationsabhängigkeit der Brechungsindexänderung
4 Auswertung
4.1 Dynamik des Raumladungsfeldes und der Ladungen
4.1.1 Simulation
4.1.2 Vergleich zwischen Messung und Simulation
4.1.3 Dynamik der Ladungsverteilung
4.1.4 Fazit
4.2 Berechnung des Raumladungsfeldes
4.2.1 Raumladungsfeld und Ladungsverteilung
4.2.2 Simulation
4.2.3 Asymmetrie der Ladungsverteilung
4.2.4 Fazit
5 Zusammenfassung
Appendizes
A Physikalische Konstanten
B Tensoren für LiNbO3
C Ungenäherte Herleitung der Brechungsindexänderung
D Implementierung eines iterativen Verfahrens zur Bestimmung der Dynamik
des Ein-Zentrum-Modells
E Quelltext der Implementierung des iterativen Verfahrens
Literaturverzeichnis
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