Photoinduzierte Ordnungsprozesse in polymeren Azoschichten

Duisburg, Essen (2011), 151 S.
Dissertation / Fach: Physik
Fakultät für Physik
Franke, Hilmar (Doktorvater, Betreuerin)
Buck, Volker (GutachterIn)
Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2011
Abstract:
Holographisch induzierte Oberflächenreliefgitter (SRG) und Phasengitter (PG) in dünnen Schichten aus neuartigen, azobenzenhaltigen Seitenkettenpolymeren werden untersucht. Die Probenherstellung mit unterschiedlichen Azokonzentrationen erfolgt durch gravitative Abscheidung aus der Lösung. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der analytischen Beschreibung des Gitterwachstums anhand der in-situ gemessenen Beugungseffizienz. Die theoretische Grundlage dafür bildet der matrixbasierte Ansatz von Lagugne-Labarthet. Zunächst wird durch eine homogene, polarisierte Beleuchtung die induzierte Doppelbrechung (DB) in den Azoschichten untersucht. Änderungen des Brechungsindex senkrecht zur Schichtebene werden mit Hilfe der Metallfilm verstärkten Leckwellenspektroskopie analysiert. Sowohl eine linear als auch zirkular polarisierte Beleuchtung führt zu einer starken Erhöhung des Brechungsindex von △n = 0,05 − 0,08 senkrecht zur Schicht. Eine Doppelbrechung innerhalb der Schichtebene ergibt sich nur bei linear polarisierter Anregung. Diese Resultate werden verwendet, um das Wachstum beider Gittertypen für vier verschiedene Konfigurationen der Polarisationsholographie zu untersuchen. Für eine detailierte Analyse wird die Beugungsintensität 1. Ordnung mit einem Wollaston-Prisma in zwei orthogonale Polarisationsanteile separiert. Da sich beide Gittertypen zeitweise gleichzeitig ausbilden, werden Möglichkeiten beschrieben, deren Wachstumsverhalten zu trennen. Ein isoliertes PG-Wachstum wird in gering und hoch konzentrierten Azoschichten realisiert. In beiden Fällen wird die Gitterentwicklung durch ein Modell basierend auf Photoisomerisierung und molekularer Reorientierung erklärt und sehr genau durch nahezu identische, analytische Funktionen beschrieben. Zur Beschreibung des zeitabhängigen SRG-Wachstums werden Gitter mit unterschiedlichen Beleuchtungszeiten hergestellt und deren Modulationstiefen mit einem Rasterkraftmikroskop bestimmt. Aus der analytischen Kurvenanpassung leiten sich Wachstumsgeschwindigkeiten für die Modulationshöhe 2△d von bis zu 0,58 nm/s ab. Mit den Wachstumsfunktionen für PG und SRG wird anschließend die zeitgleiche Bildung beider Gitter erfolgreich angepasst. Dies gelingt jedoch nur unter der Annahme, dass die orthogonalen Polarisationskomponenten unterschiedliche PGs wahrnehmen und eine zeitabhängige Phasenverschiebung φ zwischen beiden Gittern existiert. Hinsichtlich potenzieller Anwendungen wird das Prinzip eines reversiblen opto-optischen Schalters sowohl auf Basis der induzierten DB als auch eines PGs demonstriert. Ein verbessertes Wachstum beider Gitter kann durch den gleichzeitigen Einsatz einer Korona-Entladung erreicht werden. Basierend auf der Verformbarkeit des Azomaterials wird das Prinzip eines reversiblen opto-mechanischen Dehnungssensors gezeigt.