Herstellung und Analyse Photonischer Raumgitter für diffraktiv-optische Abbildungen

Holographische Volumengitter besitzen einzigartige Abbildungseigenschaften, die sich mit konventionellen refraktiven optischen Komponenten oft nicht realisieren lassen. Demgegenüber wird auf dem Gebiet Photonischer Kristalle eine Vielzahl neuartiger optischer Funktionen diskutiert. An der Grenze dieser beiden Themenfelder der modernen Photonik befinden sich Photonische Raumgitter. Herstellung und die diffraktive optische Abbildung an diesen dreidimensional periodisch modulierten Strukturen sind Gegenstand dieser Arbeit. Photonische Raumgitter werden mit holographischer Mehrstrahlinterferenz in organischen Photopolymeren erzeugt. Der lokale Verlauf der zugrundeliegenden Brechungsindexmodulation bestimmt sich aus der räumlichen Anordnung, dem Intensitätsverhältnis und den Polarisationseigenschaften von vier kohärenten Laserstrahlen. Für die Raumgitterherstellung wurde ein holographisches Belichtungssystem basierend auf polarisationserhaltenden optischen Fasern entwickelt. Mit diesem lassen sich die Parameter der Gitterfunktion über die optische Anordnung flexibel und verlässlich kontrollieren. Numerische Modellierung und die experimentelle Messung der optischen Übertragung liefern die Basis für eine Anwendung Photonischer Raumgitter in innovativen Abbildungssystemen. Hierfür wird die Übertragungsfunktion in Abhängigkeit der physikalischen Gitterparameter untersucht. Der kontinuierliche Verlauf der Gitterfunktion führt trotz des für organische Photopolymere typischen schwachen Kontrasts des räumlich modulierten Brechungsindexes dazu, dass sich die Energie einer Probewelle vollständig in das gebeugte Signal übertragen lässt. Deshalb wird für die Modellierung der diffraktiven Abbildung eine dynamische Beugungstheorie eingesetzt. Ein besonderes Augenmerk der Untersuchungen liegt auf den Abbildungseigenschaften bei zunehmendem Brechungsindexkontrast, wenn Effekte der dynamischen Beugung die optische Übertragung dominieren. Auf der experimentellen Seite wurde ein optisches Messsystem für die Analyse der diffraktiven Übertragung im 3D Raum entwickelt. Messungen an den in verschiedenen Photopolymeren erzeugten Gittern bestätigen die modellierten Ergebnisse und geben zugleich einen Überblick der charakteristischen Eigenschaften der verwendeten Polymersysteme.