Optische Eigenschaften von Werkstoffen

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Optische Eigenschaften von Werkstoffen
Brechungsindex
Reflexion
Refraktion (Snell Gesetz)
Brechungsindex
Schwächung (Absorption)
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Die Maxwellschen Gleichungen

• E elektrische Feldstärke
• H magnetische Feldstärke
• D dielektrische Verschiebung
• B magnetische Induktion
• j Stromdichte
• ? Ladungsdichte
• ? elektrische Leitfähigkeit
• ? Dielektrische Konstante
• ? relative Permeabilität

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Die Maxwellschen Gleichungen
keine freie Ladung
Wellengleichung
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Brechung und Absorption
Gleichung einer fortlaufenden Welle

• k Wellenvektor,
• ? Kreisfrequenz
• c Lichtgeschwindigkeit
• n Brechungsindex
• ? elektrische Leitfähigkeit

Der komplexe Brechungsindex (Brechung und
Absorption)
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Amplitude und Intensität der fortlaufenden Welle
(inkl. Absorption)
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Der komplexe Brechungsindex
Zusammenhang zwischen den elektrischen und den
optischen Konstanten
Komplexe dielektrische Konstante (ähnlich dem
komplexen Brechungsindex)
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Isolator
nicht leitend ohne Dämpfung Brechungsindex
ist real
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Berechnung der optischen Konstanten
Sind die optischen Konstanten konstant?
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Eindringtiefe
von der Frequenz (Wellenlänge) und von der
Dämpfung abhängig
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Eindringtiefe und Dämpfung(Beispiele)
W ? ze k ? ?
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Reflexion und Transmission
?i
?r
1
?t
2
Gleiche Amplitude und gleiche Phase der Welle im
Punkte 0
Reflexion
Transmission (Snell Gesetz)
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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
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Elektrisches und magnetisches Feld
Die durchgelassene (transmittierte) Welle
Die reflektierte Welle
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Fresnel Gleichungen
folgen aus der Randbedingung
Tangentialkomponenten von E und H müssen an der
Grenzfläche (Oberfläche) stetig (kontinuierlich)
sein.
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Fresnel Koeffizienten
Snell
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Brechungsindex(Experimentelle Beispiele)
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(No Transcript)
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Transmission und Reflexion
Der Brewster Winkel vollständige Polarisation
der reflektierten elektromagnetischen Welle
(Polarisation des Lichtes)
Vakuum ? Glas (n1,5)
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Transmission und Reflexion
Vakuum ? Germanium (n5,3)
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Optische Reflexion
Totalreflexion
Glas (n1,5) ? Vakuum
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Totalreflexion
n2
?c
n1
Glas (n 1,5) ?c 41,8 Wasser (n 2) ?c
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Transmission und Reflexionmit komplexem
Brechungsindex
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Transmission und Reflexionbeim senkrechten
Einfall
Grenzfläche Werkstoff Vakuum
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(No Transcript)
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Transmission und Reflexionmit komplexem
Brechungsindex
Kupfer n 0.14 k 3.35 R 95.6
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Transmission und Reflexionmit komplexem
Brechungsindex
Natrium n 0.048 k 1.86 R 95.8
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Transmission und Reflexionmit komplexem
Brechungsindex
Gallium n 3.69 k 5.43 R 71.3
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Transmission und Reflexionmit komplexem
Brechungsindex
Kobalt n 2.0 k 4.0 R 68.0
29
(No Transcript)
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Reflexion beim komplexen Brechungsindex
Einfluss der Absorption (Schwächung, Dämpfung)
auf die Reflexion
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Reflexion beim komplexen Brechungsindex
Die totale Reflexion verschwindet
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Reflexionsvermögen als Funktion des
Brechungsindexes und der Dämpfung
Das Reflexionsvermögen (die Reflektivität) steigt
sowohl mit dem Brechungsindex als auch mit der
Dämpfung
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Abhängigkeit des Brechungsindexes von der
Wellenlänge
Farbe der Werkstoffe
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Reflexion und Transmissioneines dünnen Films
Fresnel Koeffizienten an den Grenzflächen
Phasenverschiebung
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Reflexion und Transmissioneines dünnen Films
Eine konstante Wellenlänge (monochromatische
Strahlung) Dicke des Films ist 10x die Wellenlänge
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Reflexion und Transmissioneines dünnen Films
Eine konstante Wellenlänge (monochromatische
Strahlung) Dicke des Films ist 2x die Wellenlänge
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Reflexion und Transmissioneines dünnen Films
Eine konstante Wellenlänge (monochromatische
Strahlung) Dicke des Films ist 40x die Wellenlänge
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Reflexion und Transmissioneines dünnen Films
Verschiedene Wellenlängen (polychromatische
Strahlung) Dicke des Films ist 1,2
?m Verschiedene Farben werden unterschiedlich
stark reflektiert oder durchgelassen.