Dielektrische Wellenleitergitter in Resonanz

Selle, André

Theorie, Charakterisierung und Anwendung

dc.contributor.advisor	Marowsky, Gerd Prof. Dr.	de
dc.contributor.author	Selle, André	de
dc.date.accessioned	2009-06-08T15:30:45Z	de
dc.date.accessioned	2013-01-18T13:37:45Z	de
dc.date.available	2013-01-30T23:51:10Z	de
dc.date.issued	2009-06-08	de
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B48A-1	de
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.53846/goediss-2822
dc.description.abstract	Die strukturelle Verknüpfung eines planaren Wellenleiters mit einem dielektrischen Beugungsgitter ermöglicht es, polarisiertes monochromatisches Licht unter einem bestimmten Winkel in die Verbundstruktur ein- und vollständig wieder auszukoppeln. Diese Eigenschaft sog. dielektrischer Wellenleitergitter wird als elektromagnetische Resonanz verstanden und besitzt drei wesentliche Merkmale: Nahezu vollständige Unterdrückung des Anregungslichts in Transmission; gleichzeitiger Anstieg der Reflektivität auf annähernd 100 %; Auftreten stark erhöhter, aber schnell abklingender (evaneszenter) Felder an der Oberfläche des Wellenleiters.Um die Resonanz von Wellenleitergittern besser zu verstehen, werden vorstrukturierte Substrate mit optisch hoch-brechenden Materialien beschichtet und anschließend mittels Laserlicht verschiedener Wellenlängen charakterisiert. Das Resonanzverhalten der gefertigten Proben wird dabei in Transmission und Reflexion sowohl spektral als auch winkelabhängig untersucht und mit Berechnungen auf der Grundlage analytischer und numerischer Methoden verglichen. Zusätzlich zu den Proben mit rein passivem Verhalten wird mithilfe eines porösen Wellenleiters ein neuer Freiheitsgrad erzeugt, der es erlaubt, den Brechungsindex der Schicht und damit die Resonanz durch bloße Änderung der Temperatur zu verschieben.Um die unter Resonanzbedingungen auftretende Felderhöhung zu bestimmen, werden Markerfarbstoffe auf der Oberfläche der Wellenleitergitter aufgebracht und mithilfe eines Ultrakurzpuls-Lasers durch Zwei-Photonen-Absorptionsprozesse zur Emission von Licht (Fluoreszenz) angeregt. Dabei werden Verstärkungen der Fluoreszenz von deutlich über zwei Größenordnungen gegenüber nicht-resonanter Anregung beobachtet; wobei ein Nachweis noch bei zehn Farbstoffmolekülen auf einem Quadratmikrometer möglich ist. Den Abschluss der Untersuchungen stellt die Fluoreszenzlichtdetektion einer körperverwandten Aminosäuresequenz in nativer Umgebung dar. Die daraus resultierenden Ergebnisse unterstreichen das Anw endungspotential der Wellenleitergitter als Sensorplattform für die Biochemie.	de
dc.format.mimetype	application/pdf	de
dc.language.iso	ger	de
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/2.0/de/	de
dc.title	Dielektrische Wellenleitergitter in Resonanz	de
dc.title.alternative	Theorie, Charakterisierung und Anwendung	de
dc.type	doctoralThesis	de
dc.title.translated	All-dielectric Resonant Waveguide Gratings	de
dc.contributor.referee	Marowsky, Gerd Prof. Dr.	de
dc.date.examination	2008-11-19	de
dc.subject.dnb	530 Physik	de
dc.description.abstracteng	The combination of a planar waveguide and a one-dimensional diffraction grating allows to couple polarized monochromatic light under a given incident angle into and totally out of the all-dielectric compound structure. This optical property of a so-called dielectric waveguide-grating is ascribed to an electromagnetic resonance that exhibits three significant and remarkable features: A nearly complete suppression of the incident light in transmission geometry; a simultaneous increase of the reflectivity to almost 100 %; an emergence of strongly enhanced but rapidly decaying (evanescent) waves at the boundary interfaces of the waveguide layer.To understand the resonance of waveguide-gratings, substrates with a prestructured grating profile are coated with high refractive index waveguide materials. Subsequently, the anufactured waveguide-grating samples are characterized by laser light of different wavelengths. In order to analyze the resonance behavior, the spectrum as well as angular distribution of the transmitted and reflected light is detected and all of the experimental results are compared with numerical calculations. In addition to the samples with a purely passive structure, a specific porous waveguide material with a temperature-dependent refractive index allows a spectral shift of the resonance simply by changing the temperature of the sample.Furthermore, to determine the field enhancement near the waveguide interfaces, fluorescent dye molecules are applied on the surface of a waveguide-grating and are stimulated with an ultra-short pulse laser. Due to two-photon absorption processes of the dye molecules fluorescent light from the surface is emitted. Under resonance condition, a fluorescence enhancement by over two orders of magnitudes compared to a non-resonant excitation is observed. The resonant fluorescence excitation is still possible with a detection limit of only ten dye molecules on a square micrometer. As a result, one is able to successfully measure the enhanced fluorescence light of a labeled human self-peptide in an aqueous environment. This strongly suggests the waveguide-grating as an enhancement sensor platform in biotechnology.	de
dc.contributor.coReferee	Lauterborn, Werner Prof. Dr.	de
dc.title.alternativeTranslated	Theory, Characterization and Application	de
dc.subject.topic	Mathematics and Computer Science	de
dc.subject.ger	Wellenleitergitter	de
dc.subject.ger	Doppel-Gitter-Wellenleiter-Struktur	de
dc.subject.ger	evaneszente Felderhöhung	de
dc.subject.ger	Fluoreszenz	de
dc.subject.ger	elektromagnetische Resonanz	de
dc.subject.eng	Resonant waveguide grating	de
dc.subject.eng	double grating waveguide structure	de
dc.subject.eng	evanescent field enhancement	de
dc.subject.eng	fluorescence	de
dc.subject.eng	electromagnetic resonance	de
dc.subject.bk	33.05	de
dc.subject.bk	33.18	de
dc.identifier.urn	urn:nbn:de:gbv:7-webdoc-2129-4	de
dc.identifier.purl	webdoc-2129	de
dc.affiliation.institute	Fakultät für Physik	de
dc.subject.gokfull	RPC 280: Interferenz {Physik: Optische Wellen}	de
dc.subject.gokfull	RPC 300: Reflexion {Physik: Optische Wellen}	de
dc.subject.gokfull	RPC 380: Polarisation {Physik: Optische Wellen}	de
dc.subject.gokfull	RPV 210: Optische Wellenleiter {Physik}	de
dc.subject.gokfull	RPV 220: Spiegel {Physik: Optik}	de
dc.subject.gokfull	RPV 340: Filter {Physik: Optik}	de
dc.identifier.ppn	611765357	de

Dateien

Name:selle.pdf

Größe:7.595Mb

Format:PDF

Beschreibung:Dissertation

Öffnen

Name:: selle.pdf
Größe:: 7.595Mb
Format:: PDF
Beschreibung:: Dissertation

Öffnen

Das Dokument erscheint in:

Fakultät für Physik (inkl. GAUSS) [925]

Zur Kurzanzeige