Untersuchung des Langzeitverhaltens von Lichtwellenleitern durch holographische Messung der 3D-Brechzahlverteilung bei erhöhter Temperatur

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Kreis
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2013
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 188602115

Eine erfolgreiche Methode zur Erzeugung von optischen Wellenleitern ist die durch UV-Strahlung induzierte Brechzahländerung in Polymeren, in der Regel auf PMMA basierend. Mit dieser Methode ist es möglich, vielfältige Strukturen zu erzeugen, um die Wellenleiter nicht nur für Kommunikationszwecke, sondern auch als Sensoren für eine Reihe von physikalischen Größen einsetzen zu können, z. B. Bragg-Gitter zur Messung von Dehnungen und Spannungen. Im praktischen Langzeitbetrieb kann sich jedoch die Brechzahlverteilung langsam ändern, was zuerst zu Verlusten führt und auf längere Sicht das übertragene Lichtfeld wesentlich in unerwünschter Weise ändert, so dass u. a. eine effiziente Kopplung nicht mehr möglich ist. Im Allgemeinen verläuft diese Brechzahländerung bei erhöhter Temperatur schneller. Die Kenntnis der zu erwartenden Änderung ist somit für den praktischen Einsatz von entscheidender Bedeutung. Deshalb wird hier eine Methode zur Charakterisierung der Brechzahlverteilung in organischen optischen Wellenleitern vorgeschlagen, die berührungslos und rückwirkungsfrei schon geringste Brechzahlveränderungen messen kann: die digitale holographische Interferometrie. Um Aussagen über das Langzeitverhalten in vergleichsweise kurzer Zeit zu erhalten, soll die zeitliche Veränderung des Brechzahlprofils bei erhöhter Temperatur in drei Dimensionen bestimmt werden. Dazu ist die Messmethode der digitalen Holographie aufbauend auf der erhöhten Redundanz durch Phasenschiebe-Verfahren und Reduktion großer örtlicher Brechzahldifferenzen mittels Index-Matching-Fluiden geeignet weiterzuentwickeln. Aufbauend auf bestehenden Rechenprogrammen wie "Slabs-Methode" und "Multilayer-Methode" sowie den Verfahren der Computertomographie sollen Algorithmen zur Berechnung der 3D-Brechzahlverteilung aus einer Richtung aufgenommenen Hologrammen entwickelt werden. Aus dem Temperaturverhalten können Aktivierungsenergie als auch Doppelbrechung und der thermooptische Koeffizient berechnet werden. Aus den gefundenen zeitlichen Änderungen des Brechungsindexprofils und der daraus hergeleiteten Aktivierungsenergie sollen Voraussagen über das Langzeitverhalten gleichartiger Wellenleiter bei unterschiedlichen Einsatztemperaturen hergeleitet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen