TY  - THES
A1  - Sharma, Anjali
T1  - Optical manipulation of multi-responsive microgels
N2  - This dissertation focuses on the understanding of the optical manipulation of microgels dispersed in aqueous solution of azobenzene containing surfactant. The work consists of three parts where each part is a systematic investigation of the (1) photo-isomerization kinetics of the surfactant in complex with the microgel polymer matrix, (2) light driven diffusiosmosis (LDDO) in microgels and (3) photo-responsivity of microgel on complexation with spiropyran.
The first part comprises three publications where the first one [P1] investigates the photo-isomerization kinetics and corresponding isomer composition at a photo-stationary state of the photo-sensitive surfactant conjugated with charged polymers or micro sized polymer networks to understand the structural response of such photo-sensitive complexes. We report that the photo-isomerization of the azobenzene-containing cationic surfactant is slower in a polymer complex compared to being purely dissolved in an aqueous solution. The surfactant aggregates near the polyelectrolyte chains at concentrations much lower than the bulk critical micelle concentration. This, along with the inhibition of the photo-isomerization kinetics due to steric hindrance within the densely packed aggregates, pushes the isomer-ratio to a higher trans-isomer concentration for all irradiation wavelengths. 
The second publication [P2] combines experimental results and non-adiabatic dynamic simulations for the same surfactant molecules embedded in the micelles with absorption spectroscopy measurements of micellar solutions to uncover the reasons responsible for the slowdown in photo induced trans → cis azobenzene isomerization at concentrations higher than the critical micelle concentration (CMC). The simulations reveal a decrease of isomerization quantum yields for molecules inside the micelles and observes a reduction of extinction coefficients upon micellization. These findings explain the deceleration of the trans → cis switching in micelles of the azobenzene-containing surfactants.
Finally, the third publication [P3] focusses on the kinetics of adsorption and desorption of the same surfactant within anionic microgels in the dark and under continuous irradiation. Experimental data demonstrate, that microgels can serve as a selective absorber of the trans isomers. The interaction of the isomers with the gel matrix induces a remotely controllable collapse or swelling on appropriate irradiation wavelengths. Measuring the kinetics of the microgel size response and knowing the exact isomer composition under light exposure, we calculate the adsorption rate of the trans-isomers. 
The second part comprises two publications. The first publication [P4] reports on the phenomenon of light-driven diffusioosmotic (DO) long-range attractive and repulsive interactions between micro-sized objects, whose range extends several times the size of microparticles and can be adjusted to point towards or away from the particle by varying irradiation parameters such as intensity or wavelength of light. The phenomenon is fueled by the aforementioned photosensitive surfactant. The complex interaction of dynamic exchange of isomers and photo-isomerization rate yields to relative concentrations gradients of the isomers in the vicinity of micro-sized object inducing a local diffusioosmotic (DO) flow thereby making a surface act as a micropump.
The second publication [P5] exclusively aims the visualization and investigation of the DO flows generated from microgels by using small tracer particles. Similar to micro sized objects, the flow is able to push adjacent tracers over distances several times larger than microgel size. Here we report that the direction and the strength of the l-LDDO depends on the intensity, irradiation wavelength and the amount of surfactant adsorbed by the microgel. For example, the flow pattern around a microgel is directed radially outward and can be maintained quasi-indefinitely under exposure at 455 nm when the trans:cis ratio is 2:1, whereas irradiation at 365 nm, generates a radially transient flow pattern, which inverts at lower intensities.  
Lastly, the third part consists of one publication [P6] which, unlike the previous works, reports on the study of the kinetics of photo- and thermo-switching of a new surfactant namely, spiropyran, upon exposure with light of different wavelengths and its interaction with p(NIPAM-AA) microgels. The surfactant being an amphiphile, switches between its ring closed spiropyran (SP) form and ring open merocyanine (MC) form which results in a change in the hydrophilic–hydrophobic balance of the surfactant as MC being a zwitterionic form along with the charged head group, generates three charges on the molecule. Therefore, the MC form of the surfactant is more hydrophilic than in the case of the neutral SP state. Here, we investigate the initial shrinkage of the gel particles via charge compensation on first exposure to SP molecules which results from the complex formation of the molecules with the gel matrix, triggering them to become photo responsive. The size and VPTT of the microgels during irradiation is shown to be a combination of heating up of the solution during light absorption by the surfactant (more pronounced in the case of UV irradiation) and the change in the hydrophobicity of the surfactant.
N2  - Diese Dissertation befasst sich mit dem Verständnis der optischen Manipulation von Mikrogelen, die in einer wässrigen Lösung eines azobenzol-haltigen Tensides mit einer kationischen Kopfgruppe, welches licht-sensitiv ist, dispergiert sind. Die Arbeit besteht aus drei Teilen, wobei jeder Teil eine systematische Untersuchung der (1) Photoisomerisierungskinetik des Tensids im Komplex mit der Mikrogel-Polymermatrix, (2) einer daraus induzierten lokalen lichtinduzierten Diffusiosmose (eng. local light driven diffusio osmosis, l-LDDO) in der Nähe von Mikrogelen und (3) der photo-responsivität von Mikrogelen bei Komplexierung mit Spiropyran darstellt.
Der erste Teil umfasst drei Veröffentlichungen, von denen die erste [P1] die Photoisomerisierungskinetik und die entsprechende Isomerenzusammensetzung im photostationären Zustand dieses Tensids in Komplex mit Polyelektrolyten oder mikroskopisch kleinen Polymernetzwerken untersucht. Dabei verläuft die trans-cis-Kinetik in einem Polymerkomplex langsamer als in reinen wässrigen Lösungen, da innerhalb der Polyelektrolytnetzwerken eine erhöhte Mizellisierungstendez des licht-schaltbare Tensides vorliegt. In einer Mizelle ist die geometrische Molekülstrukturänderung vom trans- zum cis-Isomer kinetisch durch sterische Hindernisse von dicht gepackten benachbarten Tensiden gehemmt und führt dazu, dass das Isomerverhältnis bei allen Bestrahlungswellenlängen zu höheren trans-Isomerkonzentration im photostationären Zustand verschoben sind. Diese experimentellen Ergebnisse werden in der zweiten Veröffentlichung [P2] mittels nicht-adiabatische dynamische Simulationen unterstützt, wobei die Ergebnisse zeigen, dass Moleküle, welche einer Mizelle aggregiert sind, eine Abnahme der Isomerisierungsquantenausbeute mit einer gleichzeitigen Verringerung der Extinktionskoeffizienten die Verlangsamung der Kinetik bestätigen.
Die dritte Veröffentlichung [P3] befasst sich mit der Kinetik des dynamischen Austauschverhalten desselben Tensids in anionischen Mikrogelen im Dunkeln aber auch unter kontinuierlicher Beleuchtung. Dabei kann die Größe des Mikrogeles bei geeigneten Beleuchtungswellenlängen zu einem lichtgesteuerten Kollaps oder Schwellen des Mikrogeles vollständig reversible induziert werden. Möglich ist dies, weil die Mikrogele als selektiver Absorber für die trans-Isomere dienen. Durch die Messung der Kinetik der Größenänderung des Mikrogels und die Kenntnis der kinetischen Daten aus den vorigen Publikationen wurde die Adsorptionsrate des trans-Isomere zum Mikrogel berechnet. 
Der zweite Teil umfasst zwei Veröffentlichungen. Der erste [P4] berichtet über das tiefere Verständnis der lokalen lichtinduzierten Diffusioosmose (l-LDDO) an verschiedenen Mikroobjekten, die abstoßende oder anziehende Ströme induzieren. Triebkraft dieses Mechanismus ist eine Verschiebung des cis-Isomerengleichgewichtes bei Beleuchtung und dessen resultierenden Konzentrationsgradienten der Isomere in der Nähe dieser Objekte, welche durch eine komplexe Wechselwirkung zwischen dem dynamischen Austausch von beiden Isomeren und einer unterschiedlichen Photo-Isomerisierungsrate an der Grenzfläche im Vergleich zum Kontinuum vorliegen. Stärke des l-LDDO hängt von typischen Lichtparameter (Intensität und Wellenlänge) und der Größe und Oberfläche der Mikropartikels ab.  Unter geeigneten Bedingungen (hohe Lichtintensität) kann fast jede Oberfläche als Mikropumpe wirken.
Die zweite Publikation [P5] befasst sich mit der Visualisierung und Untersuchung des l-LDDO von Mikrogelen unter Verwendung von kleinen Tracerpartikel. Ähnlich wie bei mikroskopisch kleinen Objekten können auch hier benachbarte Tracer über Entfernungen um ein Vielfaches größer als die Größe des Mikrogels bewegt werden. Die Richtung und die Stärke des l-LDDO hängt von der Intensität, der Wellenlänge der Bestrahlung und der Menge des vom Mikrogel adsorbierten Tensids ab. So ist beispielsweise das Strömungsmuster um ein Mikrogel radial nach außen gerichtet und kann bei einer Bestrahlung mit blauem Licht (455 nm) quasi unbegrenzt aufrechterhalten werden, während eine Bestrahlung mit UV-Licht (365 nm) mit niedrigen Intensitäten ein temporäres radial verlaufendes Strömungsmuster zum Mikrogel erzeugt.  
Schließlich besteht der dritte und letzte Teil dieser Dissertation aus einer Veröffentlichung [P6], die im Gegensatz zu den vorangegangenen Arbeiten über die Untersuchung der Kinetik des Photo- und Thermoschaltens eines Spiropyran basierten Tensides mit einer kationischen Kopfgruppe bei der Bestrahlung mit Licht verschiedener Wellenlängen und seiner Wechselwirkung mit Mikrogelen berichtet. Das Tensid wechselt zwischen seiner ringgeschlossenen Spiropyranform (SP) und seiner ringoffenen Merocyaninform (MC), was zu einer Änderung des hydrophilen/hydrophoben Gleichgewichts des Tensids führt. Die anfängliche Schrumpfung der Mikrogele bei der ersten Exposition gegenüber SP-Molekülen wurde untersucht, die auf einen Ladungsausgleich durch die Komplexierung der Moleküle mit der Gelmatrix zurückzuführen ist, wodurch das Mikrogel lichtempfindlich wird. Darüber hinaus wird gezeigt, dass die Temperatur des Größen- und Volumenphasenübergangs der Mikrogele unter Beleuchtung eine Kombination aus dem lichtinduzierten Austauschverhalten und der Erwärmung der Lösung durch die Lichtabsorption des Tensids ist, die unter UV-Bestrahlung besonders ausgeprägt ist.
KW  - optical manipulation
KW  - microgel
KW  - kinetics
KW  - surfactant
KW  - photo-isomerization
KW  - polymer
KW  - azobenzene
KW  - spectroscopy
KW  - microscopy
Y1  - 2023
ER  - 
TY  - THES
A1  - Pavlenko, Elena
T1  - Hybrid nanolayer architectures for ultrafast acousto-plasmonics in soft matter
T1  - Hybride Nanolayer-Architekturen für ultraschnelle Akusto-Plasmonics in weicher Materie
N2  - The goal of the presented work is to explore the interaction between gold nanorods (GNRs) and hyper-sound waves. For the generation of the hyper-sound I have used Azobenzene-containing polymer transducers. Multilayer polymer structures with well-defined thicknesses and smooth interfaces were built via layer-by-layer deposition. Anionic polyelectrolytes with Azobenzene side groups (PAzo) were alternated with cationic polymer PAH, for the creation of transducer films. PSS/PAH multilayer were built for spacer layers, which do not absorb in the visible light range. The properties of the PAzo/PAH film as a transducer are carefully characterized by static and transient optical spectroscopy. The optical and mechanical properties of the transducer are studied on the picosecond time scale. In particular the relative change of the refractive index of the photo-excited and expanded PAH/PAzo is Δn/n = - 2.6*10‐4. Calibration of the generated strain is performed by ultrafast X-ray diffraction calibrated the strain in a Mica substrate, into which the hyper-sound is transduced. By simulating the X-ray data with a linear-chain-model the strain in the transducer under the excitation is derived to be Δd/d ~ 5*10‐4.
Additional to the investigation of the properties of the transducer itself, I have performed a series of experiments to study the penetration of the generated strain into various adjacent materials. By depositing the PAzo/PAH film onto a PAH/PSS structure with gold nanorods incorporated in it, I have shown that nanoscale impurities can be detected via the scattering of hyper-sound.
Prior to the investigation of complex structures containing GNRs and the transducer, I have performed several sets of experiments on GNRs deposited on a small buffer of PSS/PAH. The static and transient response of GNRs is investigated for different fluence of the pump beam and for different dielectric environments (GNRs covered by PSS/PAH).
A systematic analysis of sample architectures is performed in order to construct a sample with the desired effect of GNRs responding to the hyper-sound strain wave. The observed shift of a feature related to the longitudinal plasmon resonance in the transient reflection spectra is interpreted as the event of GNRs sensing the strain wave. We argue that the shift of the longitudinal plasmon resonance is caused by the viscoelastic deformation of the polymer around the nanoparticle. The deformation is induced by the out of plane difference in strain in the area directly under a particle and next to it. Simulations based on the linear chain model support this assumption. Experimentally this assumption is proven by investigating the same structure, with GNRs embedded in a PSS/PAH polymer layer.
The response of GNRs to the hyper-sound wave is also observed for the sample structure with GNRs embedded in PAzo/PAH films. The response of GNRs in this case is explained to be driven by the change of the refractive index of PAzo during the strain propagation.
N2  - Akustische Experimente auf ultraschnellen Zeitskalen ermöglichen die Bestimmung von Tiefeninformationen in Dünnschichtproben. Der Grundgedanke dieser Methode ist die Analyse von Schallwellen, die sich in dem zu untersuchenden Material ausbreiten. Die Schallpulse werden dabei üblicherweise mittels dünner Schichten erzeugt, die dafür auf die Probe aufgebracht werden. Diese Methode ist etabliert für die Untersuchung von harten, anorganischen Materialien, aber weniger entwickelt für weiche, organische Materialien. Die wenigen existierenden Untersuchungen von weichen Materialien mittels ultraschneller Akustik nutzen bisher die Ausdehnung dünner Metallfilme, beispielsweise aus Aluminium oder Titan, für den Umwandlungsprozess von kurzen Lichtpulsen zu Schallwellen. Die deutlich höheren Dichten der Metalle gegenüber der zu untersuchenden weichen Materie führen zu einer geringen Effizienz bei der Einkopplung der Schallpulse in das Material. Weiterhin ist es schwierig, die Metallfilme auf die zu untersuchenden Materialien chemisch aufzubringen. Eine Möglichkeit diese Probleme zu umgehen, ist die Verwendung von Licht-Schallwandlern aus chemisch ähnlicher, weicher Materialien.  
Hier präsentiere ich die Ergebnisse meiner Untersuchungen von Polymer Filmen, welche Azobenzen als aktiven Bestandteil für die photo-akustische Umwandlung enthalten. Dabei wurden die Filme mittels statischer, sowie auch zeitaufgelöster Spektroskopie untersucht. Mit zeitaufgelösten Brillouin-Streuungs-Experimenten habe ich die Schallgeschwindigkeit in den Polymeren und dem Azobenzen-Schallwandler zu 3.4±0.3 nm/ps bestimmt. Die relative transiente Änderung des Brechungsindex in dem Azobenzenfilm aus optischen Messungen beträgt  Δn/n = - 2.6*10‐4. Die Untersuchung der Schallpropagation in verschiedenen Probengeometrien erlaubt es uns, Reflektionen der Schallwellen von verschiedenen Übergängen (Polymer/Quarz,  Polymer/Luft) und die Ausbreitung der mechanischen Wellen in weiche (Polymere) und harte (Quarz) angrenzende Materialien zu studieren. Durch Untersuchungen an einer Probe mit Gold-Nano-Stäbchen innerhalb einer Polymerschicht habe ich die Möglichkeit aufgezeigt, die Tiefenposition der Nanopartikel zu bestimmen. Die Ausdehnung des photomechanischen Wandlers wurde mittels zeitaufgelöster Röntgenbeugung zu ε = Δd/d ̴ 5x10-4 bestimmt.

Der zweite Teil der Doktorarbeit behandelt die Wechselwirkung von Schallwellen und Gold-Nano-Stäbchen (GNS). GNS werden oft in der Chemie und Biologie als plasmonische Marker eingesetzt. In den meisten Fällen werden die Teilchen dafür mit einer Hülle überzogen, um ihre Agglomeration zu unterdrücken oder um ihnen spezielle Sensoreigenschaften zu geben. Trotz ihrer häufigen Anwendung in teilweise sehr komplexen Geometrien sind die optischen und elastischen Eigenschaften der Hülle der Nanopartikel, sowie deren Wechselwirkung mit der Umgebung wenig erforscht. Um die Wechselwirkung zwischen GNS und Schallwellen zu untersuchen habe ich eine systematische Studie an verschiedenen Probenstrukturen unternommen. Dabei finden wir, dass die viskoelastische Verformung der Polymerhülle um die GNS von der unterschiedlichen Ausdehnung der Fläche unterhalb der Partikel und neben ihnen stammt. Diese Schlussfolgerung wird von einer Simulation ihrer Ausdehnungsdynamik unterstützt. Einen weiteren Beleg liefern Experimente bei denen die Verformung von Polymeren an der Oberfläche dadurch verringert wird, dass die Gold-Nano-Stäbchen mit einer zusätzlichen dünnen Polymerschicht bedeckt werden.
KW  - ultrafast dynamics
KW  - plasmonics
KW  - hypersound
KW  - azobenzene
KW  - ultrafast spectroscopy
KW  - ultraschnelle Dynamik
KW  - Pump-Probe Spektroskopie
KW  - Plasmonics
KW  - Gold-Nanopartikel
KW  - Azobenzene
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-99544
ER  - 
TY  - THES
A1  - Döring, Sebastian
T1  - Oberflächengitter in azobenzenhaltigen Schichten für organische DFB-Laser
T1  - Surface relief gratings in azobenzene containing layers for organic DFB lasers
N2  - Ein neuentwickeltes azobenzenhaltiges Material, das auf einem supramolekularen Konzept basiert, wird bezüglich seiner Strukturbildung während einer holografischen Belichtung bei 488 nm untersucht. Im Mittelpunkt stehen dabei eindimensionale, sinusförmige Reliefs mit Periodizitäten kleiner 500 nm. Es wird gezeigt, wie der Grad der Vernetzung der photosensitiven Schicht die Strukturbildung in diesem Größenbereich beeinflusst. Zur Maximierung der Strukturtiefe werden gezielt Prozessparameter der Belichtung sowie Materialparameter variiert. Unter Standardbedingungen und moderaten Belichtungsintensitäten von ca. 200 mW/cm² bilden sich innerhalb weniger Minuten bei einer Periode von 400 nm Strukturtiefen von bis zu 80nm aus. Durch die Beeinflussung von Materialparametern, wie Oberflächenspannung und Viskosität, wird die maximale Strukturtiefe auf 160nm verdoppelt. Durch Mehrfachbelichtungen wird auch die Bildung von zweidimensionalen Gittern untersucht. Die Originalstrukturen werden in einem Abformverfahren kopiert und in Schichten von unter UV-Licht aushärtenden Polymeren übertragen. Durch das Abformen kommt es zu einer geringfügigen Verschlechterung der Oberflächenqualität sowie Abnahme der Strukturtiefe. Dieser Verlust wird durch eine Verringerung der Prozesstemperatur verringert. Mithilfe kopierter Oberflächengitter werden organische Distributed Feedback-(DFB)-Laser zweiter Ordnung hergestellt, um den Einfluss von Gitterparametern auf die Emissionseigenschaften dieser Laser zu untersuchen. Dazu erfolgt zunächst die Charakterisierung der optischen Verstärkungseigenschaften ausgewählter organischer Emittermaterialien mittels der Variablen Strichlängenmethode. Das mit dem Laserfarbstoff Pyrromthen567 (PM567) dotierte Polystyrol (PS) zeigt dabei trotz konzentrationsbedingter geringer Absorption eine vergleichsweise geringe Gewinnschwelle von 50µJ/cm² bei ca. 575 nm. Das aktive Gast-Wirt-System der konjugierten Polymere MEH-PPV und F8BT* weist eine hohe Absorption und eine kleine Gewinnschwelle von 2,5 µJ/cm² bei 630 nm auf. Dieses Verhalten spiegelt sich auch in den Emissionseigenschaften der damit hergestellten DFB-Laser wieder. Die Dicke der aktiven Schichten liegen im Bereich hunderter Nanometer und wird so eingestellt, dass sich nur die transversalen Grundmoden im Wellenleiter ausbreiten können. Die Gitterperiode sind so gewählt, dass ein Lichtmode im Verstärkungsbereich des Emittermaterials liegt. Die Emissionslinien der Laser sind mit FWHM-Werten von bis zu 0,3 nm spektral sehr schmalbandig und weisen auf eine sehr gute Gitterqualität hin. Die Untersuchungen liefern minimale Laserschwellen und maximale differentielle Effizienzen von 4,0µJ/cm² und 8,4% für MEH-PPV in F8BT* (bei ca. 640nm) sowie 80 µJ/cm² und 0,9% für PM567 in PS (bei ca. 575 nm). Die Vergrößerung der Strukturtiefe von 40nm auf 80nm in mit MEH-PPV dotierten F8BT*-Lasern zu einem deutlichen Anstieg der ausgekoppelten Energie sowie der differentiellen Effizienz und einem geringen Absinken der Laserschwelle. Dies ist ein Resultat der erhöhten Kopplung von Lasermode und Gitter. Die Emission von DFB-Lasern mit zweidimensionalen Oberflächengittern zeigen eine Verringerung der Divergenz aber kein Einfluss auf die Laserschwelle. Abschließend erfolgt eine Vermessung der Photostabilität von DFB-Lasern unter verschiedenen Bedingungen. Das Einbringen eines konjugierten Polymers in eine aktive Matrix sowie der Betrieb in einer Stickstoffatmosphäre führen dabei zu einer Erhöhung der Lebensdauer auf über eine Million Pulse. Durch die Kombination von Oberflächengittern in PDMS-Filmen mit elektroaktiven Substraten wird eine elektrisch steuerbare Deformation des Beugungsgitters erreicht und auf einen DFB-Laser übertragen. Die spannungsinduzierte Verformung wird zunächst in Beugungsexperimenten charakterisiert und ein optimaler Arbeitspunkt bestimmt. Mit den beiden Elastomeren SEBS12 und VHB4910 werden in den Gittern maximale Periodenänderungen von 1,3% bzw. 3,4% bei einer Steuerspannung von 2 kV erreicht. Der Unterschied resultiert aus den verschiedenen Elastizitätsmoduln der Materialien. Übertragen auf DFB-Laser resultiert eine Variation der Gitterperiode senkrecht zu den Gitterlinien in einer kontinuierlichen Verschiebung der Emissionswellenlänge. Mit einem Spannungssignal von 3,25 kV wird die schmalbandige Emission eines elastischen DFB-Lasers kontinuierlich um fast 50nm von 604 nm zu 557 nm hin verschoben. Aus dem Deformationsverhalten sowohl der reinen Beugungsgitter als auch der Laser werden Rückschlüsse auf die Elastizität der verwendeten Materialien gezogen und erlauben Verbesserungen der Bauteile.
N2  - The photoinduced surface relief formation in a newly developed azobenzene containing material is investigated. A photosensitive film based on a supramolecular material concept is illuminated in a holographic setup with light at 488 nm leading to sinusoidal surface structures. It can be shown how the degree of network formation within the material influences structure formation at periods below 500nm. Different material and process parameters are varied to determine maximum possible structure amplitude. At moderate recording conditions and illumination intensities of 200 mW/cm² maximum structure amplitudes of 80 nm are formed within several minutes at periods of approximately 400 nm. Changing material parameters like surface tension and viscosity leads to an increase of maximum amplitude to 160 nm. Additionally, twodimensional structures are fabricated by multiple recording steps. Original surface structures are copied by soft lithography methods into films of UV cured polymers. This replication leads to a decrease of structure contrast and increase of surface roughness. It is shown that structure contrast is preserved by reduction of process temperature. Organic second order distributed feedback (DFB) lasers are prepared with the help of replicated surface gratings covered with organic active layers with thicknesses of several hundred nanometers. The lasers are investigated regarding the influence of grating amplitude on laser threshold and slope efficiency. For this, the optical gain of two green/red emitter materials, polystyrene (PS) doped with laser dye pyrromethene567 (PM567) and active guest host system of conjugated polymers MEH-PPV and F8BT*, is measured. PS doped with PM567 shows relatively low gain threshold of 50 µJ/cm² at 575 nm caused by the low dye concentration while F8BT* doped with MEH-PPV shows threshold gain of 2.5 µJ/cm² at 630 nm. Similar behavior is observed during laser action. Following Bragg-condition grating periods at approximately 400nm lead to laser emission within the gain spectra of the materials. DFB lasers show single mode narrow line emission with FWHMs of down to 0.3nm. This is a result of high grating quality. Lasers based on MEH-PPV-F8BT* exhibit laser thresholds and slope efficiencies of 4.0µJ/cm² and 8.4%, respectively. PM567-PS lasers exhibit 80 µJ/cm² and 0.9%. An increase of grating amplitude of a MEH-PPV-F8BT*-DFB laser from 40nm to 80nm leads to a considerable increase of energy output and a slight decrease of laser threshold. This is a result of an increase of coupling between light mode and grating which relates to an increase of reflectivity. The use of a two dimensional grating leads to a decrease of divergence angle of laser emission but shows no influence on laser threshold. Finally, laser lifetime is observed under different conditions. Doping the conjugated polymer MEH-PPV in an active matrix in combination with the allocation of nitrogen atmosphere leads to an prolongation of half life time to several million pulses. The combination of elastic surface relief gratings with electro active substrates enables electrical controlled deformation of the surface structure. This deformation is characterized by diffraction measurements. At optimal working conditions electro active substrates based on elastomers SEBS12 and VHB4910 show maximum grating deformation of 1.3% und 3.4% at actuation voltages of 2kV, respectively. The different results are caused by the different elastic modulus of the elastomer materials. The transfer of deformation principle to elastic DFB lasers leads to a continuously shift of emission wavelength. At an actuation voltage of 3.25kV an elastic DFB laser based on polyvinylacetate doped with PM567 shows a shift of nearly 50 nm, from 604 nm to 557 nm. Deformation behavior of grating and laser allow to draw conclusions on elasticity of the material and with this is tool for the improvement of the device.
KW  - Oberflächengitter
KW  - Azobenzen
KW  - Holografie
KW  - DFB-Laser
KW  - Wellenlängenverschiebung
KW  - surface relief grating
KW  - azobenzene
KW  - holography
KW  - DFB laser
KW  - wavelength shift
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-59211
ER  - 
TY  - THES
A1  - Henneberg, Oliver
T1  - In-situ Untersuchungen zur Entstehung von Oberflächengittern in Polymeren
N2  - In festen azobenzenhaltigen Polymeren wurde bei Bestrahlung mit blauem Licht ein makroskopischer Materialtransport beobachtet. Um die Dynamik der Gitterentstehung zu verfolgen, wurde am Speicherring für Synchrotronstrahlung ein Gitterschreibaufbau errichtet. Damit konnte erstmals in dieser Arbeit die Gitterbildungsgeschwindigkeit in-situ simultan mit Röntgen- und Lichtstreuung untersucht werden. Mit Hilfe einer speziellen Anpassung der Röntgenstreutheorie konnten sehr gute Übereinstimmungen von theoretischen Berechnungen mit den Messergebnissen erzielt werden. Dabei konnte nachgewiesen werden, dass sich zeitgleich mit einem Oberflächengitter auch ein Dichtegitter entwickelt. Durch die Trennung beider Streuanteile ließ sich die Dynamik der Strukturentstehungen bestimmen. Des weiteren konnte erstmals mit Hilfe der Photoelektronenspektroskopie die molekulare Orientierung an der Oberfläche eines Oberflächengitters nachgewiesen werden. Die Bewegungsursache kann auf einen Impulsübertrag während der Isomerisierung zurückgeführt werden, während die Bewegungsrichtung durch den elektrischen Feldvektor festgelegt wird. Die Theorie der Gitterentstehung konnte verbessert werden.
N2  - Solid azobenzene containing polymers show a macroscopic material transport under illumination with blue light. A writing setup was constructed at a synchrotron beamline in order to investigate the dynamics of the grating formation. With this setup it was possible to record the grating velocity for the first time simultaneously with x-ray and laser light scattering.  A very good consistency could be achieved between the experiments and a suitable accomodation of the x-ray scattering theory. The theory reveals, that a density grating develops simultaneously with a surface grating. By separation of both parts the dynamics was determined for the density and the surface grating. The molecular ordering was determined at the surface with photoelectron spectroscopy. A momentum transfer could be identified as the source of the movement while the electric field defines the direction of the movement. The theory of the grating formation was improved.
KW  - Azobenenzen
KW  - Gitter
KW  - Holographie
KW  - hochauflösende Röntgenstreuung
KW  - Synchrotronstrahlung
KW  - azobenzene
KW  - grating
KW  - holography
KW  - high resolution x-ray diffraction
KW  - synchrotron radiation
Y1  - 2004
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-0001331
ER  -