Streuung kohärenter Lichtwellen in nominell reinen und dotierten, mono- und polydomänigen Strontiumbariumniobat-Kristallen

In der vorliegenden Arbeit werden zwei Lichtstreuprozesse systematisch untersucht, die in dem nichtlinear-optischen Kristall Strontiumbariumniobat (SBN) beobachtet werden können: die Lichtstreuung an wachstumsbedingten Strukturen und die polarisations-isotrope photoinduzierte Lichtstreuung. Kernpunkte der Untersuchungen sind die Aufklärung von Ursache und Entstehungsort dieser Lichtstreuprozesse. Der Streuprozess an wachstumsbedingten Strukturen wird hier zum ersten Mal dokumentiert und charakterisiert. Er ist durch das Auftreten von Streulichtkreisen, einer Streulichtlinie und einer Streulichtkorona gekennzeichnet. Insbesondere ergibt sich: 1.) Die Analyse der Winkelabhängigkeit und der Polarisation der Streulichtverteilungen ermöglicht eine Bestimmung der jeweils erfüllten Phasenanpassungsbedingung und eine Beschreibung durch Ewald-Konstruktionen; 2.) Die instantan stationären Streulichtverteilungen zeigen, dass die Strukturen, die zur Lichtstreuung führen, nicht durch die Beleuchtung erzeugt werden, sondern bereits im Kristall existieren; 3.) Durch die Temperaturbeständigkeit des Streulichtphänomens weit über den Phasenübergang und den Zerfall der polaren Cluster hinaus ist es möglich, polare Eigenschaften des Kristalls als Ursache der Streuung auszuschließen. Das Streulichtmuster entsteht unabhängig von der makroskopischen Spontanpolarisierung des Kristalls. Die Anwendung der neuen Streulichtverteilungen zur Untersuchung des relaxorartigen Phasenübergangs von SBN wird geprüft und die Ergebnisse werden genutzt, um die Phasenübergangstemperatur, die Doppelbrechungsnullpunktstemperatur und die Dipol-Temperatur eines SBN-Kristalls zu bestimmen. Der zweite in dieser Arbeit untersuchte Streuprozess, die polarisations-isotrope photoinduzierte Lichtstreuung, erweist sich als besonders effektive Methode um die photorefraktiven SBN-Proben bezüglich des Verstärkungsfaktors und der Initialstreuung zu charakterisieren. Die winkel- und wellenlängenabhängige Untersuchung ergibt: 1.) Der Verstärkungsfaktor und damit verknüpft das elektrooptische Tensorelement r333 sind wellenlängenabhängig. Aus der Analyse des Dispersionsverhaltens ergeben sich als weitere Materialparameter von SBN die Oszillatorstärke und die Oszillatorwellenlänge. Die gute Übereinstimmung des Verstärkungsfaktors und des elektrooptischen Tensorelements mit Literaturdaten bestätigt das angewendete Modell der photoinduzierten Lichtstreuung; 2.) Die Initialstreuung zeigt eine ausgeprägte Winkel- und Wellenlängenabhängigkeit. Die gefundenen Abhängigkeiten bestätigen das von Goulkov et al. eingeführte Modell zur Initialstreuung an Brechungsindexinhomogenitäten an Domänengrenzen. Die Untersuchung der Abhängigkeit der polarisations-isotropen photoinduzierten Lichtstreuung von der Kristalldicke liefert zwei weitere wesentliche Ergebnisse: 1.) Das initiale Streulicht entsteht zum größten Teil durch Streuzentren in einer oberflächennahen Kristallschicht; 2.) Es besteht eine Konkurrenz zwischen parasitären Gittern, die durch Streuzentren in einer oberflächennahen Kristallschicht bedingt sind, und solchen Gittern, die erst tiefer im Volumen entstehen. Ausgeschlossen werden kann, dass die Streuung an wachstumsbedingten Brechungsindexinhomogenitäten zur Initialstreuung bei der polarisations-isotropen photoinduzierten Lichtstreuung beiträgt, weil die charakteristischen Geometrien und die zugehörigen Gittervektoren zueinander orthogonal stehen.