Datei - Cuvillier Verlag

Johannes L´Huillier (Autor)
Untersuchung und Modellierung der optischen Eigenschaften
von Y Al O in Abhängigkeit von der Nd + Konzentration
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Copyright:
Cuvillier Verlag, Inhaberin Annette Jentzsch-Cuvillier, Nonnenstieg 8, 37075 Göttingen, Germany
Telefon: +49 (0)551 54724-0, E-Mail: [email protected], Website: https://cuvillier.de
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1
2 Züchtung laseraktiver Kristalle
2.1 Thermodynamische Grundlagen . . . . . . . . . . . . .
2.1.1 Zustandsdiagramme . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.2 Überschreitung, metastabile Übersättigung und
2.1.3 Kristallwachstum . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.4 Wachstumsgeschwindigkeit . . . . . . . . . . .
2.2 Kinetische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.1 Transportprozesse . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.2 Verteilungskoeffizient . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.3 Konstitutionelle Unterkühlung . . . . . . . . .
2.3 Morphologische Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.1 Wachstumsformen . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.2 Zonarbauten, Streifenbildung . . . . . . . . . .
2.3.3 Radiale Verteilungsinhomogenitäten . . . . . .
2.3.4 Facettenbildung . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4 Verfahren zur Züchtung aus der Schmelze . . . . . . .
2.4.1 Bridgman-Stockbarger-Verfahren . . . . . . . .
2.4.2 Czochralski-Verfahren . . . . . . . . . . . . . .
3 Kristalleigenschaften und deren Beschreibung
3.1 Kristalleigenschaften und -struktur von Nd:YAG
3.1.1 Gitterstruktur und Gitterkonstanten . . .
3.1.2 Mechanische Eigenschaften . . . . . . . .
3.1.3 Thermische Eigenschaften . . . . . . . . .
3.1.4 Optische Eigenschaften . . . . . . . . . .
3.2 Polarisierbarkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3.3 Induzierte Spannungen und Verschiebungen . . .
3.3.1 Spannungen . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Keimbildung
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viii
Inhaltsverzeichnis
3.4
3.3.2 Verformung und Hooksches Gesetz . . . . . . . .
3.3.3 Symmetrien und Matrixschreibweise . . . . . . .
3.3.4 Berechnung von Spannungen und Verformungen
Brechungsindex und Doppelbrechung . . . . . . . . . . .
3.4.1 Intrinsische Doppelbrechung . . . . . . . . . . . .
3.4.2 Induzierte Doppelbrechung . . . . . . . . . . . .
4 Messverfahren zur optischen Charakterisierung
lien
4.1 Gemeinsame Eigenschaften . . . . . . . . . . . .
4.2 Optische Homogenität . . . . . . . . . . . . . . .
4.2.1 Schlierenverfahren . . . . . . . . . . . . .
4.2.2 Fizeau-Interferometer . . . . . . . . . . .
4.2.3 Optische Homogenität . . . . . . . . . . .
4.3 Induzierte Doppelbrechung / planes Polariskop .
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von laseraktiven Materia.
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5 Messverfahren zur Bestimmung der Dotierungskonzentration
5.1 Spektrale Abhängigkeit der Transmission . . . . . . . . . . . . .
5.2 Fluoreszenzlebensdaueranalyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.1 Messprinzip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.2 Ratengleichung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.3 Experimentelle Realisierung . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.4 Bestimmung der Materialkonstanten . . . . . . . . . . . .
5.2.5 Skalierung zu hohen Dotierungskonzentrationen . . . . . .
5.2.6 Experimentelle Untersuchung: Boule-Scheiben . . . . . .
5.2.7 Experimentelle Untersuchung: Stäbe seitlich . . . . . . .
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6 induzierte Spannungsdoppelbrechung
6.1 Durch Dotierungsionen induzierte Spannungen . . . . . . . . .
6.1.1 Modellbeschreibung inhomogen dotierter Kristalle . . .
6.1.2 Numerische Berechnung - Finite Elemente Analyse . . .
6.1.3 Doppelbrechung in undotierten Proben . . . . . . . . .
6.1.4 Doppelbrechung in dotierten Proben . . . . . . . . . . .
6.2 Durch Facetten induzierte Spannungen . . . . . . . . . . . . . .
6.2.1 Modellbeschreibung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
6.2.2 Experimentelle und numerische Ergebnisse . . . . . . .
6.3 Thermische und intrinsische Spannungen . . . . . . . . . . . . .
6.3.1 Experimenteller Vergleich von thermisch induzierter mit
duzierter Doppelbrechung . . . . . . . . . . . . . . . . .
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dotierungsin. . . . . . . . 119
Inhaltsverzeichnis
ix
7 Dotierungskonzentrationsabhängigkeit des Brechungsindex
7.1 Konzentrationsabhängigkeit des Brechungsindex: Modell . . . . . . . . . . . .
7.2 Konzentrationsabhängigkeit des Brechungsindex: Experimentelle Ergebnisse .
∂n
des Brechungsindex durch die Dotie7.2.1 Bestimmung der Änderung ∂C
rungskonzentration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2.2 Berechnung der elektronischen Gesamtpolarisierbarkeit αY AG von undotiertem YAG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.2.3 Bestimmung der Änderung Δα der elektronischen Polarisierbarkeit von
YAG durch das Dotierungsion Nd3+ . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7.3 Einfluss der Brechungsindexverteilung auf den Laserstrahl . . . . . . . . . . .
8 Vergleich der untersuchten Kristallparameter mit Normen für
Komponenten
8.1 Brechungsindexvariationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.1.1 Inhomogenitätsklassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.1.2 Schlierendichte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.2 Doppelbrechung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.3 Ergebniss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.4 Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.4.1 Variationen des Brechungsindex . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.4.2 Doppelbrechung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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134
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optische
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. . . . . 152
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. . . . . 159
. . . . . 160
9 Zusammenfassung
165
A Kristall-Parameter
169
Literaturverzeichniss
171
Danksagung
183
Lebenslauf
185