Realisierung eines Aufbaus zur photothermischen Ablenkungsspektroskopie
Die Präzision von hochempfindlichen optischen Instrumenten, wie beispielsweise Gravitationswellendetektoren, ist häufig durch optische Verluste limitiert, welche durch Absorptions- und Streuprozesse in beteiligten optischen Komponenten verursacht werden. Einige der zu Grunde liegenden Mechanismen, wie etwa Störstellenabsorption in Bulkmaterialien, sind sehr gut verstanden. Jedoch sind zuletzt auch Effekte beobachtet worden, welche sowohl unerklärt als auch umstritten sind (etwa eine außergewöhnlich hohe Oberflächenabsorption in reinem Silizium). Darüber hinaus sind die Verlustmechanismen in rauscharmen Metaoberflächen, also nanostrukturierten, elektromagnetisch wirksamen Strukturen, sind bisher noch weitestgehend unerforscht. Darüber hinaus ist unklar, wie sich die dadurch eingebrachte Wärme in diesen nanoskaligen Systemen dynamisch verteilt. Da diese Oberflächen vielversprechende Komponenten künftiger optischer Bauteile zur optischen Hochpräzisionsmetrologie darstellen, sind auch deren Absorptionseigenschaften von großem Interesse.
Die photothermische Ablenkungsspektroskopie (PDS) ist ein hochempfindliches Verfahren, welches die Änderung des Brechungsindex eines Mediums misst. Dabei wird durch die Absorption eines Pumplaserstrahls eine lokale Erwärmung des Materials und damit ein Brechzahlgradient erzeugt. Die damit einhergehende Ablenkung eines Probelaserstrahles wird optisch detektiert. Die Ablenkung des Strahles ist ein Maß für die lokal auftretende Absorption.
Im Rahmen dieser Arbeit soll ein solcher PDS-Aufbau experimentell umgesetzt werden. Insbesondere soll der Einfluss von Versuchsparametern wie Pumpstrahldivergenz, Messfrequenz usw. gemessen werden mit dem Ziel, ein möglichst hohes Signal-Rausch-Verhältnis zu erreichen. Auch die Kalibrierung des Systems, also die Zuordnung des Signalwertes zum gesuchten Materialparameter, dem Absorptionskoeffizient, ist für künftige Messungen notwendig.