Nonlinear optics in thin film interference coatings

Nonlinear optical effects play a crucial role in modern optical systems. They are applied in mode-locking for the generation of ultrashort optical pulses, in the generation of otherwise unavailable wavelengths, or for new approaches in measurement techniques. However, implementing the required nonlinear optical processes mainly relies on conventional optical systems comprising separate components and free-space constructions, which limits the possibilities for miniaturization and integration of functional groups. Contrary to this, optical interference coatings offer highly developed capabilities for combining optical functions into a single, monolithic stack of transparent materials. So far, the applications of optical coatings have generally been limited to the linear optical regime. If nonlinear effects were considered, it was mostly directed at their suppression to avoid undesired effects. This thesis, therefore, investigates the combination of selected nonlinear optical effects with specially designed optical coatings to create novel components as alternatives to established optical systems. Due to the amorphous nature of thin film coating materials, the two effects chosen for investigation are based on the third-order susceptibility χ(3). The first effect is the optical Kerr effect, which is utilized to achieve all-optical switching of incident light. In the second case, optical coatings are utilized to solve phase matching issues for the third harmonic generation in frequency tripling mirrors and significantly increase conversion efficiency. The manufacturing processes and material research are presented for both approaches, together with the experimental testing of the novel components’ function. It was found that while the frequency tripling mirrors provide a greatly enhanced efficiency compared to the third harmonic generated in more typical optical coatings, the total efficiency is currently limited by free-electron effects occurring during the conversion process. The optical switches show significant modulation of 20% in transmittance and 30% in reflectance with a repeatable process which can be clearly distinguished from laser-induced damage occurring at higher intensities. Therefore, the created optical switch can present a viable alternative to established switching concepts.Nichtlineare optische Effekte spielen eine essenzielle Rolle in modernen optischen Systemen. Sie finden Anwendung in der Modenkopplung zur Erzeugung ultrakurzer Laserpulse, bei der Generation von Laserwellenlängen, die auf andere Weise nicht verfügbar wären und bei neuartigen Messverfahren. Die Implementierung der benötigten nichtlinearen optischen Prozesse basiert dabei auf konventionellen optischen Aufbauten aus einzelnen Komponenten in Freistrahlkonfigurationen, was die Möglichkeiten für Miniaturisierung und Integration von Funktionsgruppen limitiert. Im Gegensatz dazu sind optische Interferenzbeschichtungen ein hochentwickeltes Verfahren für die Kombination von optischen Funktionen in einzelne, monolithische Schichtsysteme aus transparenten Materialien. Bisher waren die Anwendungen von optischen Beschichtungen dabei auf den linearen Bereich der optischen Wechselwirkung beschränkt. Wenn nichtlineare optische Effekt berücksichtigt wurden, dann üblicherweise nur, um diese als unerwünschte Effekte zu unterdrücken. Diese Arbeit untersucht daher die Kombination von ausgewählten nichtlinearen optischen Effekten mit speziell entworfenen optischen Beschichtungen. Ziel hierbei ist die Schaffung von neuartigen Komponenten, die als Alternative zu etablierten optischen Systemen fungieren können. Wegen der amorphen Struktur der Beschichtungsmaterialien, basieren die zwei betrachteten nichtlinearen Effekte auf der Suszeptibilität der dritten Ordnung χ(3). Der erste Effekt ist der optische Kerr-Effekt, welcher genutzt wird, um einfallendes Licht ausschließlich optisch zu schalten. Im zweiten Fall werden optische Beschichtungen genutzt, um das Problem der Phasenanpassung bei Erzeugung der dritten Harmonischen in frequenzverdreifachenden Spiegeln zu lösen und so die Konversionseffizienz deutlich zu erhöhen. Für beide dieser Anwendungen werden die Herstellungsverfahren, die Untersuchung der benötigten optischen Materialien, sowie die experimentelle Überprüfung der hergestellten Komponenten präsentiert. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass die frequenzverdreifachenden Spiegel zwar die Konversionseffizienz deutlich steigern können, aktuell aber noch durch die Generation freier Elektronen sowie die daraus resultierenden Effekte limitiert werden. Die optischen Schalter zeigen eine deutliche Modulation ihrer optischen Eigenschaften mit Änderungen der Transmission und Reflexion um etwa 20% beziehungsweise 30%. Der Modulationsprozess ist dabei ein reproduzierbarer Prozess, der klar von der laserinduzierten Zerstörung bei höheren Intensitäten unterschieden werden kann. Der geschaffene optische Schalter kann daher eine funktionale Alternative zu etablierten Schaltkonzepten darstellen

Managing the Future—State-of-the-art Environmental Scanning Systems and Initial Design Principles for a New Generation

The 2008/2009 economic crisis provided a sustainable impulse for improving environmental scanning systems (ESS).Although a rich body of knowledge exists, these concepts are not often used in practice. This article contributes a literaturereview addressing not only why this knowledge is not used, but what elements of it can be leveraged for the work on hand.The results are structured in terms of the elements of information system (IS) design theories and the research methodapplied. At the end, we derive six initial principles for reworked ESS that are more applicable than the state of the art. Theseprinciples should improve the grasp of weak signals and allow better incorporation of environmental scanning findings intothe executive decision-making process. Two instantiations helped us to highlight how current developments in IS contributeto successful design, implementation, and day-to-day operation of reworked ESS

Measurement setup for the determination of the nonlinear refractive index of thin films with high nonlinearity

The exploitation of nonlinear effects in multi-layer thin films allows for optics with novel functions, such as all-optical switching and frequency conversion. In this contribution, an improved interferometric setup for the measurement of the nonlinear refractive index in dielectric substrates and deposited single layers is presented. The setup is based on the wave front deformation caused by the self-focusing in the measured samples. Additionally, measurement results for a highly nonlinear material, indium-Tin-oxide (ITO) are presented with respect to the materials power handling capabilities and compared to values from other materials. © COPYRIGHT SPI

Camellia sinensis – Tee (Theaceae), ein Heißgetränk nicht nur für kalte Wintertage

Schwarzer Tee ist ein weltweit verbreitetes Genussmittelgetränk. Es wird aus den Blättern der Teepflanze (Camellia sinensis, Theaceae) gewonnen. Genutzt werden die beiden Varietäten assamica (Assam-Tee) und sinensis (China-Tee). Zur etwa 600 Arten umfassenden Familie der Teegewächse gehört auch die Kamelie (Camellia japonica), die in vielen Sorten und Hybriden eine hochwertige Zierpflanze für Haus und Garten darstellt. Tee und Kamelien sehen sich im nicht blühenden Zustand sehr ähnlich (vgl. DÖRKEN & JAGEL 2011). Das führte einst zu einer folgenschweren Verwechslung

Environmental Scanning Systems: State Of The Art And First Instantiation

The 2008/2009 economic crisis provided a sustainable impulse for improving environmental scanning systems (ESS). Although a rich body of knowledge exists, concepts are not often used in practice. This article contributes a literature review addressing six findings for ESS design to become more applicable than the state of the art. They are structured by the elements of information systems (IS) design theories. Addressing the lack of a sound requirements analysis, our first finding proposes a 360- degree ESS for executives\u27 managing a company task and presents how to select just the most important scanning areas to keep focus. Three other findings cover the IS model perspective focusing on a better grasp of weak signals: define concrete indicators and use IT to identify relevant cause effective- chains, leverage IT to automate day-to-day routines and monitor the variety of indicators\u27 movements, and leverage expert experience and translate indicators\u27 impact into a balanced opportunity-and-threat portfolio. From the methods perspective on ESS, we fifth propose to incorporate scanning results into executives\u27 decision-making process more closely by generating scenarios from a set of assumptions and the development of indicators. Retrospective controls to update the ESS continuously and collaboration to share the scanning findings in day-to-day operation is our sixth finding. Finally, an instantiation at a large international company helped us validate our findings and to highlight how current developments in IS contribute to successful design, implementation, and day-to-day operation of new-generation ESS

Mit Lenau zwischen West und Ost

1964 wurde im neutralen Österreich die „Internationale Lenau-Gesellschaft“ gegründet. Bei ihren Tagungen trafen sich Wissenschaftler aus zahlreichen Ländern diesseits und jenseits des ‚Eisernen Vorhangs‘. Die Arbeit an der historisch-kritischen Lenau- Ausgabe führte zu einer intensiven Zusammenarbeit von Germanisten aus der Bundesrepublik Deutschland und der DDR, Österreich, Ungarn und Polen. Berichtet wird von den Mühen und den Erfolgen dieses Grenzen überschreitenden Projekts.In 1964, in neutral Austria, the „International Lenau Society“ was established. Scholars from many countries on both sides of the ‚Iron Curtain‘ met at the conferences of this society. Joint effort on the historical and critical publication of the works of Lenau led to intensive co-operation of Germanists from East and West Germany, Austria, Hungary and Poland. The article relates the difficulties and successes of that transborder project.W roku 1964 utworzone zostało w neutralnej Austrii „Międzynarodowe Towarzystwo Lenaua“. Na konferencjach tego towarzystwa spotykali się naukowcy z licznych państw leżących po obu stronach ‚Żelaznej kurtyny‘. Praca nad historyczno-krytycznym wydaniem dzieł Lenaua doprowadziła do intensywnej współpracy germanistów z RFN, NRD, Austrii, Węgier i Polski. Artykuł jest relacją o trudach i sukcesach tego przekraczającego granice projektu

Ultrafast switching with nonlinear optics in thin films

We demonstrate a novel, to the best of our knowledge, concept for an all-optical switch based on the optical Kerr effect in optical interference coatings. The utilization of the internal intensity enhancement in thin film coatings as well as the integration of highly nonlinear materials enable a novel approach for self-induced optical switching. The paper gives insight into the design of the layer stack, suitable materials, and the characterization of the switching behavior of the manufactured components. A modulation depth of 30% could be achieved, which prepares the way for later applications in mode locking