thermooptische

Thermooptische beschreibt die Veränderung optischer Eigenschaften eines Materials infolge einer Temperaturänderung. Der zentrale Parameter ist der thermooptische Koeffizient dn/dT, der die Änderung des Brechungsindex n pro Kelvin angibt. Thermooptische Effekte beeinflussen auch andere Eigenschaften wie Absorption und die optische Dichte, insbesondere in Wellenleitern, Kristallen und Polymere.

Die zugrunde liegenden Mechanismen sind vielfältig: Temperaturbedingte Dichteschwankungen durch thermische Ausdehnung, Veränderungen der elektronischen Polarizierbarkeit und Phoneneffekte in Kristallen oder Halbleitern. Diese Mechanismen führen zu einer Verschiebung von Phasenverschiebungen, Interferenzmustern oder Resonanzfrequenzen, wenn sich die Temperatur eines Bausteins oder Abschnitts ändert. Der Effekt kann positiv oder negativ sein, je nach Material.

Typische Werte des thermooptischen Koeffizienten variieren stark nach Material. In vielen Festkörpern liegen dn/dT im Bereich von wenigen x 10^-5 pro Kelvin; Polymere können deutlich größere Werte erreichen (bis ca. 10^-3 /K). Silizium hat einen bekannten Wert um 1,8 x 10^-4 /K. Glasarten liegen gewöhnlich in der Größenordnung von 10^-5 /K. Die genaue Größe hängt von Wellenlänge, Temperaturbereich und Materialstruktur ab.

Anwendungen nutzen thermooptische Effekte, insbesondere in der integrierten Photonik: thermooptische Modulatoren und Schalter, Wellenleiter- und Mikroresonator-Anwendungen sowie berührungsloses Temperaturüberwachen durch refraktive Verschiebungen. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist durch thermische Diffusion begrenzt, wodurch Reaktionszeiten typischerweise von Mikrosekunden bis Millisekunden auftreten.

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