Details

Autor(en) / Beteiligte

• Bader, Christina
• Meier, Cedrik[Akademischer Betreuer]
• Förstner, Jens[Akademischer Betreuer]

Titel

Steuerbarkeit photonischer Bauelemente über die Einwirkung von Licht

Ort / Verlag

Paderborn

Erscheinungsjahr

2017

Verknüpfte Titel

Beschreibungen/Notizen

• Tag der Verteidigung: 07.06.2017
• ger: Diese Arbeit steht unter dem Ziel der optischen Steuerbarkeit von photonischen Bauelementen über Lichteinstrahlung. Ein Herstellungsprozess für Mikrodiskresonatoren basierend auf Siliziumdioxid (SiO2) und Zinkoxid (ZnO) wird entwickelt. Die ZnO Schicht weist eine glatte Oberfläche wie auch eine polykristalline Struktur auf. Die Bauelemente werden optisch oberhalb und unterhalb der Bandlückenenergie angeregt und die resultierende Photolumineszenz untersucht. Die Ergebnisse werden mit einem ZnO-Einkristall als auch einem unstrukturierten ZnO-Dünnfilm verglichen. Alle Proben zeigen ein starkes nichtlineares Verhalten basierend auf der Drei-Photonen-Absorption, der Frequenzverdopplung und der Frequenzverdreifachung. Die Mikrodiskresonatoren besitzen für beide Anregungsprozesse stark eingeschlossene Flüstergaleriemoden (WGMs) über den gelb-blauen Spektralbereich und den höchsten bisher veröffentlichten Gütefaktor von Q=4712. Die spektroskopischen Daten belegen den starken Einschluss des optischen Feldes im ZnO-Dünnfilm. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass aufgrund der hohen nichtlinearen optischen Koeffizienten von ZnO, photonische Nano- und Mikrostrukturen effektiv über nichtlineare Prozesse gepumpt werden können. Des Weiteren wird im Rahmen dieser Arbeit gezeigt, dass das photochrome Molekül cis-1,2-dicyano-1,2-bis(2,4,5-trimethyl-3-thienyl)ethene (CMTE) einen idealen Kandidat für die optische Steuerbarkeit von photonischen Bauelemente darstellt. Die Bestrahlung der Moleküle mit Licht ändert deren dielektrische Funktion einhergehend mit der Änderung der resonanten Frequenzen eines in einer Molekülschicht eingebetteten Mikrodiskresonators. CMTE besitzt sowohl die optischen als auch strukturellen Eigenschaften für diese Anwendung.
• eng: The intent of this work is the optical controllability of photonic devices under light irradiation. A fabrication process for microdisk resonators based on zinc oxide (ZnO) and silicon dioxide (SiO2) is developed. They exhibit a smooth surface and polycrystalline structure. The devices are excited by constant wave above-bandgap excitation and pulsed sub-band-gap excitation by high resolution photoluminescence. The results are compared with bulk ZnO and an unpatterned ZnO thin film. All samples show strong nonlinear PL response based on three-photon absorption as well as second and third harmonic generation. Furthermore, the microdisk resonators exhibit strongly confined whispering gallery modes over the blue-yellow part of the visible spectrum for both excitation processes and among the highest reported Q-factor of Q=4712. The spectroscopic data point out that the optical field is mostly confined inside the ZnO film. These results clearly show that due to the high nonlinear optical coefficients ZnO photonic micro-/nanostructures can effectively be pumped using nonlinear processes. In context of this work it is shown that the photochrome molecule cis-1,2-dicyano-1,2-bis(2,4,5-trimethyl-3-thienyl)ethene (CMTE) is a promising candidate for optical controllability of photonic devices. Optical addressing of a photochromic material would change the dielectric function of the environment of a microdisk resonator and consequently its resonance frequencies. The molecule considered in this study fulfils both optical and structural properties. The experimentally determined data of the refractive index are in good agreement with he theoretically calculated data and exhibit the required change for optical controllability. It is shown that the photochromic properties can also be reversibly achieved in the solid state.