Wechselwirkung von Licht mit ferroelektrischen Domänen in Lithiumniobat- und Lithiumtantalat-Kristallen

Abstract

Ferroelektrische Domänenstrukturen in Lithiumniobat-Kristallen sind von großem Interesse für eine Vielzahl von optischen Anwendungen. Allerdings lassen sich entsprechende Strukturen im Mikrometerbereich mit herkömmlichen Methoden nur schwer oder überhaupt nicht realisieren. Auch die einfache und zerstörungsfreie Sichtbarmachung bereits erstellter Domänenmuster bereitet noch immer praktische Probleme.<br /> Im Rahmen dieser Arbeit wird eine alternative Methode zur gezielten Herstellung von Domänenmustern entwickelt. Es wird gezeigt, dass es durch Beleuchtung mit ultravioletten Licht möglich ist, das zum Umklappen der Domänen benötigte Koerzitivfeld lokal herabzusetzen. Als „proof of principle“ wird die Herstellung einer Domänenstruktur mit einer Periodenlänge von ca. 8 µm in Lithiumniobat demonstriert.<br /> Zusätzlich wird ein neues Verfahren zur Visualisierung von Domänenstrukturen vorgestellt. Dazu wird ein kohärenter Lichtstrahl entlang der z-Achse des zu untersuchenden Kristalls eingestrahlt und das entstehende Beugungsmuster analysiert, mit und ohne einem in z-Richtung angelegtem elektrischen Feld. Bei der Abbildung des Nahfeld-Beugungsmusters mit Hilfe einer Linse erscheinen die Domänengrenzen als Linien. Im Fernfeld erhält man dagegen, je nach Domänenstruktur, ein Punkt- oder ein Sternmuster. Alle beobachteten Lichtmuster lassen sich durch Beugung der einfallenden ebenen Lichtwelle an den Domänenwänden erklären und erlauben die Visualisierung des Polungsprozesses von Lithiumniobat- und Lithiumtantalat-Kristallen in-situ und in Echtzeit.