Optische Messungen

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.

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.

Referenz

Steudel, F.; Steinbrück, J.; Schweizer, S.:
Simulation of a luminescent light guide
Tagungsband der 120. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für angewandte Optik e. V., DGaO-Proceedings 2019, Poster P158

Steudel, F.; Paulus, H.; Schweizer, S.:
Exemplary analysis of a multilayer system on glass: interplay between optical characterization and mass spectrometry
Tagungsband 19. Arbeitstagung Angewandte Oberflächenanalytik (AOFA), 5-7 Sept 2016, Soest, Deutschland

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.

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.

Referenz

Rimbach, A. C.; Steudel, F.; Ahrens, B.; Schweizer, S.:
Tb³⁺, Eu³⁺, and Dy³⁺ doped lithium borate and lithium aluminoborate glass: Glass properties and photoluminescence quantum efficiency
Journal of Non-Crystalline Solids 499, 380-386 (2018)
DOI: 10.1016/j.jnoncrysol.2018.07.029