Temperaturabhängige optische, elektrooptische und piezoelektrische Untersuchungen ausgewählter azentrischer Kristalle

Ochrombel, René (2007). Temperaturabhängige optische, elektrooptische und piezoelektrische Untersuchungen ausgewählter azentrischer Kristalle. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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Abstract

Die Kenntnis der Temperaturabhängigkeit von Brechwerten in nichtlinearen optischen Kristallen spielt eine Schlüsselrolle für ihre Klassifizierung als NLO-Material. So kann beispielsweise bereits eine kleine Temperaturänderung deutliche Auswirkungen auf Richtungen verursachen, in denen phasenangepaßte nichtlineare optische Prozesse realisierbar sind. In dieser Arbeit sind zwei Meßmethoden, basierend auf einer Anordnung des Jamin-Interferometers und des rotierenden Analysators zur Bestimmung der temperaturabhängigen Brechwertänderung vorgestellt. Es sind die temperaturabhängigen Brechwerte der folgenden azentrischen Borate: Zn4[O(BO2)6] (PSG: 43m), Li2B4O7 (PSG: 4mm), beta-BaB2O4 (PSG: 3m), PbB4O7 (PSG: mm2), BiB3O6 (PSG: 2), Bi2ZnB2O7 (PSG: mm2), die z.T. wichtige NLO-Materialien darstellen, vermessen, vorgestellt und diskutiert. Im Gegensatz zu den anderen untersuchten Boraten kann bei Bismuttriborat, BiB3O6 bereits eine kleine Temperaturänderung, die Richtungen, in denen Phasenanpassung möglich ist, beeinflussen. Weiterhin wurde am Beispiel des Zink-Guanidiniumsulfat, einer in der PSG 42m kristallisierenden Substanz, welche bei Tc=180(2) K eine strukturelle Phasenumwandlung erfährt, die temperaturabhängige Brechwertänderung, der temperaturabhängige piezoelektrische und elektrooptische Effekt untersucht und daraus Schlüsse auf die Symmetrie der Tieftemperaturphase gewonnen. In einem weiteren Schritt dieser Arbeit sind die Raumtemperaturwerte der piezoelektrischen Konstanten der Natriumlithiumsulfat-Hexahydrat-Gruppe Na3Li(XO4)2 6H2O mit X=(Mo, Cr, S, Se) (PSG: 3m), des Lithiumsulfat-Monohydrat und der dazu isotypen Selenatverbindung Li2XO4 H2O mit X=(S, Se) (PSG: 2), des Bismuttriborates BiB3O6 sowie des Sarcosiniumtatrates C3H8NO2+C4H5O6- (PSG: 1) bestimmt und diskutiert worden. Zu diesem Zweck wurde eine weiterentwickelte dynamische Druckzelle aufgebaut. Wegen der beachtlichen Größe der piezoelektrischen und der SHG-Koeffizienten wurde der Frage nach der Größe der elektrooptischen Konstanten in BiB3O6 nachgegangen und eine Untersuchung mittels Kompensator-Methode in Kombination mit einer Faraday-Zelle vorgenommen. Somit sind bei BiB3O6 die experimentellen Daten bzgl. des piezoelektrischen und elektrooptischen Effektes bis auf die elastooptischen Konstanten bekannt, um einen direkten Vergleich mit den vorhandenen Modellen bzw. Theorien des elektrooptischen Effektes vorzunehmen.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated abstract:

Abstract

Language

In the course of the characterization of a NLO crystal the temperature dependence of the refractive indices is an important aspect: phase matching conditions e.g. for SHG can be adjusted effectively by changes of temperature. In this work two techniques for the measurement of the temperature dependence of refractive indices are presented, based on a Jamin interferometer and on the Rotating-Analyser method. Six borate crystals of different symmetry: Zn4[O(BO2)6] (PG: 43m), Li2B4O7 (PG: 4mm), beta-BaB2O4 (PG: 3m), PbB4O7 (PG: mm2), BiB3O6 (PG: 2) and Bi2ZnB2O7 (PG: mm2) were investigated in the temperature range 70-285 K. The influence of temperature change on phase matching is rather large for BiB3O6 while it is small for the other borates Li2B4O7, beta-BaB2O4 and Bi2ZnB2O7. Using the example of zinc guanidinium sulfate, Zn[C(NH2)3]2(SO4)2, the temperatur dependence of refractive indices, as well as of electro-optic and piezoelectric coefficients were studied with a special focus on the symmetry changes at the structural phase transition at 180 K. The results signal a isostructural phase transition. Furthermore all independent coefficients of the piezoelectric tensor dijk at room temperature of the sodium lithium sulfate hexahydrate group, Na3Li(XO4)2 6H2O with X=(Mo, Cr, S, Se) (PG: 3m), lithium sulfate monohydrate and the isomorphic selenate compound Li2XO4 H2O with X=(S, Se) (PG: 2), bismuttriborate, BiB3O6 and sarcosinium tatrate, C3H8NO2+C4H5O6- (PG: 1) were determinated and discussed. For this purpose a refined dynamic pressure cell was contructed. Because of the considerable values of the piezoelectric and SHG-effect in BiB3O6, the electro-optic effect was investigated using a compensator method in combination with a Faraday-cell. With this data for BiB3O6 all experimental data (with the exception of elastooptic coefficients) that are necessary for theoretical modeling of the electro-optic effect are now available.

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