- Titel
- Photonische und phononische Kristalle mit Parameterfunktionen unterschiedlichen Formverlaufs
- Zitierfähige Url:
- https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-974674
- Erstveröffentlichung
- 2025
- Datum der Einreichung
- 31.01.2025
- Datum der Verteidigung
- 26.05.2025
- DOI
- https://doi.org/10.60687/2025-0117
- Abstract (DE)
- Diese Arbeit widmet sich der Untersuchung der Licht- und Schallausbreitung in photonischen und phononischen Kristallen und verbindet theoretische Modellierung mit experimenteller Validierung. Den Ausgangspunkt bildet die Herleitung grundlegender Gleichungen in Kapitel 2, um eine konsistente Beschreibung für Licht- und Schallwellen zu ermöglichen. Darauf aufbauend behandelt Kapitel 3 die physikalische Charakterisierung der spezifischen Wellenausbreitung in Kristallgittern und erklärt die damit verbundenen Phänomene – primär die Entstehung verbotener Frequenzbereiche. Kapitel 4 konzentriert sich auf die Präsentation experimenteller und insbesondere numerischer Methoden, die zur Generierung physikalisch relevanter Ergebnisse dienen. Diese methodischen Ausführungen bilden das Fundament für die drei nachfolgenden Kapitel, in denen die zentralen Entdeckungen der Arbeit vorgestellt werden; das wichtigste Instrument zur Analyse und zum Verständnis der Physik in künstlichen Kristallen ist dabei die auf dem Bloch-Theorem basierende Bandstruktur. Kapitel 5 behandelt einen neuartigen künstlichen Kristall, dessen räumliche Parameterfunktion einen ungewöhnlichen Verlauf aufweist. Diese Konfiguration eröffnet neue Perspektiven für Anwendungen – vorwiegend im Kontext phononischer Kristalle. Aufbauend darauf konzentriert sich Kapitel 6 auf die physikalische Analyse der zugrundeliegenden Mechanismen. Es stellt sich heraus, dass die Struktur gegen ein wesentlich einfacheres, leicht herstellbares System konvergiert. Daraufhin folgt die numerische Berechnung von Transmissionsspektren und zugehörigen Feldverteilungen innerhalb der Einheitszelle, begleitet von der erfolgreichen experimentellen Realisierung des neuen Konzepts. Kapitel 7 hebt sich thematisch von den vorigen ab; dort treffen Physik und Kunst aufeinander. Im Scheinwerferlicht steht ein Chemnitzer Stelen-Kunstwerk, das die Eigenschaften eines zweidimensionalen, finiten künstlichen Kristalls aufweist. Die interne Licht- und Schallausbreitung wird sowohl theoretisch als auch experimentell untersucht. Insgesamt vereint die vorliegende Arbeit numerische und experimentelle Ansätze, um das Verständnis von Licht- und Schallausbreitung in neuartigen periodischen Strukturen zu erweitern. Ausgangspunkt bilden numerisch berechnete Bandstrukturen – zugehörige Experimente demonstrieren die praktische Umsetzbarkeit.
- Freie Schlagwörter (DE)
- Photonische Kristalle, Phononische Kristalle, Bandstruktur, vollständige Bandlücken, Transmission, Bloch-Theorem, Finite-Elemente-Methode, Schallexperiment, Radiowellen-Experiment, Physik und Kunst
- Klassifikation (DDC)
- 530
- Normschlagwörter (GND)
- Photonischer Kristall, Phononischer Kristall, Bandstruktur, Finite-Elemente-Methode, Energielücke, Transmission
- GutachterIn
- Prof. Dr. Angela Thränhardt
- Dr. Thomas Blaudeck
- BetreuerIn Hochschule / Universität
- Prof. Dr. Angela Thränhardt
- Den akademischen Grad verleihende / prüfende Institution
- Technische Universität Chemnitz, Chemnitz
- Version / Begutachtungsstatus
- angenommene Version / Postprint / Autorenversion
- URN Qucosa
- urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa2-974674
- Veröffentlichungsdatum Qucosa
- 27.06.2025
- Dokumenttyp
- Dissertation
- Sprache des Dokumentes
- Deutsch
- Lizenz / Rechtehinweis
CC BY 4.0- Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 2 Mathematische Beschreibung von Licht und mechanischen Wellen 3 Grundlagen zur Physik in Kristallgittern 4 Numerische und experimentelle Methoden 5 Kristalle mit quasi-kontinuierlicher Parameterfunktion 6 Kristalle aus einander berührenden Streuern 7 Licht und Schall in einem Chemnitzer Stelen-Kunstwerk 8 Zusammenfassung und Ausblick