Optische Messungen

Zur optischen Bewertung bieten wir folgende Leistungen an:

  • Bestimmung der absoluten Photolumineszenz-Quanteneffizienz
  • Messung von Anregungs- und Emissionsspektren der Photolumineszenz, sowohl temperatur- als auch winkelaufgelöst
  • Reflexions-, Transmissions- und Streuungsmessungen (UV-Vis-IR)
  • Röntgenbeugungsuntersuchungen zur Kristallstruktur, Kristallinität, Kristallorientierung und Verspannung
  • kalorimetrische Methoden zur Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität und zur Bestimmung von Glasübergangs- und Kristallisationstemperaturen
  • Bewertung der Stabilität von Leuchtstoffen bei erhöhten Umgebungstemperaturen und hohen Anregungsleistungen

Optische Materialien

Optische Systeme können sehr komplex sein. Dabei sind die Eigenschaften jeder einzelnen Komponente im Zusammenspiel von entscheidender Bedeutung. So bestimmen die Materialeigenschaften von Optiken für LEDs neben der Lichtausbeute auch die Wärme im System. Beschichtungen wie beispielsweise hochreflektierende oder Antireflex-Schichten können neben optischen Funktionen auch für elektrische Leitfähigkeit (TCO-Schichten) oder als Wärmeschutzschicht konzipiert werden. Zudem sind die Eigenschaften der Oberfläche zur Reduzierung von Blend- und Spiegeleffekten oder für eine gezielte Lichtverteilung von großer Bedeutung.

Optische Messungen und Simulation

Die Messung der Transmittanz und Reflektanz von Proben erfolgt mit einem Zweistrahlspektrometer. Durch die Verwendung einer Integrationskugel kann zwischen direkten und diffusen Anteilen der Transmittanz und Reflektanz unterschieden werden, sodass die Streueigenschaften von Proben genau untersucht werden können.

Durch optische Simulation kann anhand von Transmittanz- und Reflektanzmessdaten die Bestimmung der optischen Konstanten und auch der Schichtdicke von semitransparenten Schichten erfolgen. Ebenso können bei bekannten optischen Konstanten die für ein Mehrschichtsystem resultierenden optischen Spektren ermittelt werden.

© Fraunhofer AWZ Soest

Lichtmikroskopie-Aufnahme eines strukturierten Glases sowie Diagramm zur totalen und diffusen Transmittanz strukturierter Gläser.

© Fraunhofer AWZ Soest

Skizziertes Mehrschichtsystem für die Simulation sowie Diagramm zur berechneten Transmittanz und Reflektanz eines Bragg-Spiegels.

Leuchtstoffe

Leuchtstoffe sind nicht nur ein wichtiger Bestandteil verschiedener Beleuchtungslösungen wie Leuchtstofflampen und LEDs, sondern auch in vielen weiteren Anwendungen des täglichen Lebens zu finden. Als Sicherheitsmerkmal bei Geldscheinen sind sie nicht mehr wegzudenken und in der Kunst ermöglichen sie neue ästhetische Ansätze. Neuerdings finden sie ebenfalls ihren Einsatz als Fluoreszenzmarkierung in der Biologie oder in der Tumortherapie.

Die Kenntnis der optischen Eigenschaften ist hierbei für die Anwendung enorm wichtig. So ist gerade in der Beleuchtung das Zusammenspiel der richtigen Farben für das Wohlbefinden und die Leistungsfähigkeit des Menschen essenziell. Für verschiedene technologische Anwendungen ist neben dem entsprechenden Farbeindruck auch die Quanteneffizienz eines Leuchtstoffs entscheidend.

Photolumineszenz und Quanteneffizienz

Bei der Photolumineszenzspektroskopie wird der Leuchtstoff mit einer bestimmten Lichtwellenlänge angeregt und das von ihm emittierte Licht detektiert. So können Anregungs- und Emissionsspektren der Photolumineszenz aufgenommen werden. Da die Emissionseigenschaften eines Leuchtstoffs auch von dessen Temperatur abhängen und die Emission nicht immer isotrop erfolgt, sind Messungen der Lumineszenz sowohl temperatur- als auch winkelaufgelöst möglich. Zudem können in zeitaufgelösten Messungen die strahlende Lebensdauer von Lumineszenzprozessen bestimmt werden.

Die Quanteneffizienz ergibt sich aus dem Quotienten der Anzahl der emittierten Photonen zur Anzahl der absorbierten Photonen. Die Quanteneffizienz wird in einer Integrationskugel gemessen und kann für Feststoffe, Pulver und Flüssigkeiten bestimmt werden.

© Fraunhofer AWZ Soest

Unterschiedliche Leuchtstoffe unter Anregung mit UV-Licht.

© Fraunhofer AWZ Soest

2D-Plot der Abhängigkeit der Emission von der Anregung eines mit zwei Leuchtstoffen dotierten Glases.

© Fraunhofer AWZ Soest

Spektral-aufgelöste Quanteneffizienz verschiedener kommerzieller Leuchtstoffe: gelbes (a), oranges (b) und weißes (c) Leuchtstoffpulver.