Abstract English

Photorefractive materials, i.e. substances that change their refractive index upon illumination with light, have become an important tool in tailoring proper devices for photonic applications. Among them are crystals used for holographic data storage, as signal amplifiers in optical waveguides or for wavelength multiplexing and de-multiplexing. The photorefractive properties in most of those substances are based on a nonlinear optical effect, the so-called linear electrooptic effect. For symmetry reasons, however, the latter is forbidden in centrosymmetric crystals. Nevertheless, photorefraction was discovered in a few centrosymmetric substances only recently. Its origin and mechanism is not understood up to now. The aim of the present project is to verify a particular model which may be able to explain photorefraction in centrosymmetric crystals. We will tackle the problem by formulating minimal requirements for the occurrance of a photorefractive effect in centrosymmetric crystals and to experimentally verify the basic underlying ideas. This will be done by searching for and finding proper materials, growing this corresponding crystals, characterizing their properties by holographic experiments and hence demonstrating the validity of the assumption. An explanation for the experimental results will include the clarification of the phenomena observed in already discovered centrosymmetric crystals. The successful realization of the suggested project will have enormous impact not only on the scientific community but also on photonics industry.

Abstract German

Die enorme Verbreitung von Computern und die steigende Anzahl der Zugriffe auf das World Wide Web bedingen ein gigantisches Ansteigen der erzeugten und gesendeten Datenmengen. Dieser Nachfrage wäre mit herkömmlichen Speichermaterialien und gewöhnlichen Datenleitungen aus Kupfer kaum nachzukommen. Als moderne Alternative zur Elektronik sind in vielen Bereichen bereits die entsprechenden leistungsstärkeren optischen Komponenten im Einsatz, man spricht daher von Photonik. Eine Möglichkeit solche Komponenten zu erzeugen sind sogenannte photorefraktive Materialien, das sind Substanzen, welche bei Bestrahlung mit Licht ihren Brechungsindex ändern. Diese finden etwa als holographische Datenspeicher oder als Signalverstärker in optischen Glasfaserkabeln Anwendung. Die photorefraktiven Eigenschaften beruhen in den meisten dieser Materialien auf dem linearen elektrooptischen Effekt, der jedoch aus Symmetriegründen in zentrosymmetrischen Kristallen (ZsK) verboten ist. Daher sparte man bisher auf der Suche nach neuen photorefraktiven Medien ZsK naturgemäß aus. Dennoch wurde kürzlich zufällig in einigen dieser Substanzen ein photorefraktiver Effekt entdeckt. Sein Ursprung und der Mechanismus sind jedoch unverstanden. Im Rahmen des vorgelegten Projekts wird nun ein Modell vorgestellt, welches Photorefraktivität in ZsK erklären kann. Ziel des Projekts ist es, dieses Modell zu verifizieren. Dazu formulieren wir Minimalbedingungen für das mögliche Auftreten eines photorefraktiven Effekts in diesen Kristallen und bestätigen die Richtigkeit der zu Grunde gelegten Annahmen durch Experimente. Es wird also gemäß dieser Annahmen nach geeigneten Materialien gesucht und Kristalle werden gezüchtet. Schließlich untersuchen wir jene hinsichtlich ihrer Photorefraktivität, charakterisieren sie mittels holographischer Experimente und beweisen so die Gültigkeit unserer Annahmen. Eine Erklärung der experimentellen Ergebnisse wird auch die Klärung jener Phänomene beinhalten, welche in den bereits entdeckten ZsK beobachtet wurden. Eine erfolgreiche Realisierung dieses Projekts ist nicht nur für die Grundlagenforschung von Interesse, sondern hat auch enorme Bedeutung für die Photonik-Industrie.