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Optische Eigenschaften von Werkstoffen

Optische Eigenschaften von Werkstoffen. Brechungsindex. … Reflexion. … Refraktion (Snell Gesetz). … Brechungsindex. Schwächung (Absorption). Die Maxwellschen Gleichungen. E … elektrische Feldstärke H … magnetische Feldstärke D … dielektrische Verschiebung B … magnetische Induktion

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Optische Eigenschaften von Werkstoffen

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Presentation Transcript

  1. Optische Eigenschaften von Werkstoffen Brechungsindex … Reflexion … Refraktion (Snell Gesetz) … Brechungsindex Schwächung (Absorption)

  2. Die Maxwellschen Gleichungen E … elektrische Feldstärke H … magnetische Feldstärke D … dielektrische Verschiebung B … magnetische Induktion j … Stromdichte  … Ladungsdichte  … elektrische Leitfähigkeit  … Dielektrische Konstante  … relative Permeabilität

  3. Die Maxwellschen Gleichungen … keine freie Ladung … Wellengleichung

  4. Brechung und Absorption … Gleichung einer fortlaufenden Welle k … Wellenvektor,  … Kreisfrequenz c … Lichtgeschwindigkeit n … Brechungsindex  … elektrische Leitfähigkeit Der komplexe Brechungsindex (Brechung und Absorption)

  5. Amplitude und Intensität der fortlaufenden Welle (inkl. Absorption)

  6. Der komplexe Brechungsindex Zusammenhang zwischen den elektrischen und den optischen Konstanten Komplexe dielektrische Konstante (ähnlich dem komplexen Brechungsindex)

  7. Isolator … nicht leitend … ohne Dämpfung … Brechungsindex ist real

  8. Berechnung der optischen Konstanten Sind die optischen Konstanten konstant?

  9. Eindringtiefe … von der Frequenz (Wellenlänge) und von der Dämpfung abhängig

  10. Eindringtiefe und Dämpfung(Beispiele) W  ze k 

  11. Reflexion und Transmission i r 1 t 2 Gleiche Amplitude und gleiche Phase der Welle im Punkte „0“ Reflexion: Transmission: (Snell Gesetz)

  12. Elektrisches und magnetisches Feld Die Vektoren des elektrischen und des magnetischen Feldes sind senkrecht zu der Richtung der fortlaufenden Welle i r R I E s T H Die Originalwelle:

  13. Elektrisches und magnetisches Feld Die durchgelassene (transmittierte) Welle: Die reflektierte Welle:

  14. Fresnel Gleichungen … folgen aus der Randbedingung: Tangentialkomponenten von E und H müssen an der Grenzfläche (Oberfläche) stetig (kontinuierlich) sein.

  15. Fresnel Koeffizienten Snell

  16. Brechungsindex(Experimentelle Beispiele)

  17. Transmission und Reflexion Der Brewster Winkel – vollständige Polarisation der reflektierten elektromagnetischen Welle (Polarisation des Lichtes) Vakuum  Glas (n=1,5)

  18. Transmission und Reflexion Vakuum  Germanium (n=5,3)

  19. Optische Reflexion Totalreflexion Glas (n=1,5)  Vakuum

  20. Totalreflexion n2 c n1 Glas (n = 1,5): c = 41,8° Wasser (n = 2): c = 30°

  21. Transmission und Reflexionmit komplexem Brechungsindex

  22. Transmission und Reflexionbeim senkrechten Einfall Grenzfläche Werkstoff – Vakuum:

  23. Transmission und Reflexionmit komplexem Brechungsindex Kupfer n = 0.14 k = 3.35 R = 95.6 %

  24. Transmission und Reflexionmit komplexem Brechungsindex Natrium n = 0.048 k = 1.86 R = 95.8 %

  25. Transmission und Reflexionmit komplexem Brechungsindex Gallium n = 3.69 k = 5.43 R = 71.3 %

  26. Transmission und Reflexionmit komplexem Brechungsindex Kobalt n = 2.0 k = 4.0 R = 68.0 %

  27. Reflexion beim komplexen Brechungsindex Einfluss der Absorption (Schwächung, Dämpfung) auf die Reflexion

  28. Reflexion beim komplexen Brechungsindex Die totale Reflexion verschwindet

  29. Reflexionsvermögen als Funktion des Brechungsindexes und der Dämpfung Das Reflexionsvermögen (die Reflektivität) steigt sowohl mit dem Brechungsindex als auch mit der Dämpfung

  30. Abhängigkeit des Brechungsindexes von der Wellenlänge Farbe der Werkstoffe

  31. Reflexion und Transmissioneines dünnen Films Fresnel Koeffizienten an den Grenzflächen: Phasenverschiebung:

  32. Reflexion und Transmissioneines dünnen Films Eine konstante Wellenlänge (monochromatische Strahlung) Dicke des Films ist 10x die Wellenlänge

  33. Reflexion und Transmissioneines dünnen Films Eine konstante Wellenlänge (monochromatische Strahlung) Dicke des Films ist 2x die Wellenlänge

  34. Reflexion und Transmissioneines dünnen Films Eine konstante Wellenlänge (monochromatische Strahlung) Dicke des Films ist 40x die Wellenlänge

  35. Reflexion und Transmissioneines dünnen Films Verschiedene Wellenlängen (polychromatische Strahlung) Dicke des Films ist 1,2 m Verschiedene „Farben“ werden unterschiedlich stark reflektiert oder durchgelassen.

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