1 Lichtwellen: Entstehung und wichtige Eigenschaften

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1 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn Lchtwlln: Entsthung und wchtg Egnschaftn... Lchtqulln und Lchtmpfäng... 3 Lcht-Intfnz... 4 Lcht-Bugung... 5 Lchtausbtung n optschn Mdn D Gmnsam Usach von Dspson und Absopton Bchungsndx und Dspson Rflxonsvlust an optschn Gnzflächn Gzlt Bnflussung ds Rflxonsvhaltns duch Obflächnbhandlung Rflxonsvmndung optsch Vgütung... A) Das Gundpnzp... B) Mathmatsch Dastllung von Vlstahlntfnzn an dlktschn Schchtsystmn... 4 C) Dlktsch Enzlschcht auf nm Substat... 8 D) Hstllungsvfahn... 9 E) Dsgn von Antflx-Schchtsystmn... 0 F) Anwndungn... 5 G) Mataln... 6 H) Kuznfühung Smulatonssoftwa... 8 I) Ltatuvzchns... 5 J) Fmnvzchns... 6 Lchtwlln: Entsthung und wchtg Egnschaftn Lchtqulln und Lchtmpfäng 3 Lcht-Intfnz 4 Lcht-Bugung 5 Lchtausbtung n optschn Mdn 5. Gmnsam Usach von Dspson und Absopton 5. Bchungsndx und Dspson 5.3 Rflxonsvlust an optschn Gnzflächn 5.4 Gzlt Bnflussung ds Rflxonsvhaltns duch Obflächnbhandlung FB 0 Physkalsch Tchnk Pof. D. Uw Langbn

2 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn 5.4. Rflxonsvmndung optsch Vgütung (U. Langbn, D. Bähl, A. M, FH-Wsbadn, FB0 Physkalsch Tchnk, LV-Optk I, WS003) [Entspglung, AntRflx-Schcht (ARS), flxvmndnd Schcht, Ant Rflctv Coatng (ARC)] Lchtflxonn an optschn Obflächn snd häufg unwünscht, stönd und schänkn d Lstungsfähgkt von Gätn, d auf maxmal Lchttansmsson angwsn snd, n. Zu dsn Gätn zähln all optsch abbldndn Systm, Dtkton, Kollkton und auch Solazlln. Rflxvmndnd Schchtn duzn d Intnstät d Rflxon und vbssn d Qualtät von optschn Lnsnsystmn. Schon 87 untsucht Faunhof flxvmndnd Bschchtungn auf Lnsn. Est ca. 930 wud s allgmn Paxs, Lnsn mt Antflxons-Schchtn zu vshn. In dn folgndn Abschnttn wd näh auf d mathmatsch Bschbung von flxvmndndn Schcht-Systmn nggangn. Es wd n Übblck üb d Hstllungsvfahn und üb d untschdlchn Dsgn-Mthodn ggbn, d Anwndungsgbt fü flxvmndnd Schchtn (AntRflxSchchtn, ARS) wdn aufgzgt und n Übscht üb d ngstztn Mataln wd ggbn. A) Gundpnzp Das Gundpnzp d optschn Vgütung kann am Bspl n auf d Obfläch ns optschn Baulmnts aufgbachtn, ggnt dmnsontn Enzlschcht nfach dagstllt wdn. Das flktt Lcht ds Luft-Schcht-Übgangs (n 0 /n ) muss mt dm flkttn Lcht ds Schcht-Substat-Übgangs (n /n G ) dstuktv ntfn, um d Tansmsson n das tanspant Substat zu vstäkn. In Abbldung 5. st n solch Übgang dagstllt. D nfallnd Lchtwll nn flkttn Antl ndngndn Antl E ~ wd an d stn Gnzfläch n 0 /n n ~ () E und nn n das Mdum n ~ E () t zlgt. D Tlwll ~ () t E zfällt an d ~ E () zwtn Gnzfläch n /n G wdum n nn flkttn Antl und nn ndngndn Antl ~ E () t. Wt flktt Tlwlln höh Odnung solln b ds nfachn Btachtung ncht bückschtgt wdn. D flkttn Lchtwlln lassn sch w folgnd dastlln: Abb. 5.: En nfallnd Lchtwll wd an zw Gnzflächn n tansmttnd und flktt Tlwlln zlgt ~ ( ˆ ) j( φ ωt ) E E 0 jπ (5.) als flktt Antl von d stn Gnzfläch mt dm Rflxonskoffzntn 0 d Gnzfläch n 0 /n und ~ ( ˆ ) j ( φ ωt ) jπ E E t0 G t0 jδ (5.) als flktt Antl von d zwtn Gnzfläch mt dm Rflxonskoffzntn G d Gnzfläch n /n G mt dn bdn Tansmssonskoffzntn t 0 und t 0 fü das zwmalg Duchlaufn d Schcht. δ bschbt h d wllnlängn- und schchtspzfsch Abhänggkt d Phas nnhalb d Schcht mt k als Wllnzahl (k π/λ), n als Bchungsndx ds Schchtmatals und d als Dck d Schcht: δ k n d (5.3) Hb st zu bückschtgn, dass an nm Übgang von nm optsch dünnn Mdum n n optsch dchts Mdum, n 0 < n < ng, d Lchtwll nn Phasnspung von π (80 ) fäht. Ds Bdngung st b bdn Gnzflächn füllt, so dass bd Tlwlln dsn Phasnspung fahn. FB 0 Physkalsch Tchnk Pof. D. Uw Langbn

3 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn Damt d flktt Gsamtwll vschwndt, müssn bd flkttn Tlwlln dstuktv ntfn. Hzu müssn zw Bdngungn füllt sn: D Ampltudnbdngung, d.h. d Ampltudn d bdn Tlwlln müssn glch goß sn, um sch b dstuktv Intfnz auszulöschn, und d Phasnbdngung, d.h. d Phasn d bdn flkttn Tlwlln müssn um π (80 ) vschobn sn, um dstuktv ntfn zu könnn.. Ampltudnbdngung: Fü d dstuktv Intfnz wd gfodt, dass d Ampltud d an d ~ () stn Gnzfläch n 0 /n flkttn Tlwll E und d Ampltud d an d zwtn Gnzfläch ~ () n /n G flkttn Wll E glch goß snd. Efülln lässt sch ds Bdngung xakt nu fü n Lchtwllnläng, da n mm n n (λ) st. Btachtn w d Entsthung d bdn flkttn Tlwlln aus d uspünglch nfallndn Lchtwll E ~ (vgl. Gl.5. und 5.): ~ E () ~ ~ ~ E E t t E (5.4) () 0 0 G 0 Da d Tansmssonskoffzntn t 0, t 0 goß ggnüb dn Rflxonskoffzntn 0 und G snd und d Dspson h unbückschtgt blbt, könnn d Tansmssonskoffzntn mt glchgstzt wdn: t 0, t 0. Ds füht unt Bückschtgung d Rflxonskoffzntn aus dn Fsnlschn Fomln zu folgnd Rlaton: n0 n n ng 0 G (5.5) n + n n + n Ds lässt sch zu: 0 G n n 0 n n G od n n 0 n G (5.6) umfomn, wob n 0, n und n G d Bchungsndzs von Luft, Schcht und Substat bschbn. D Ampltudn d flkttn Tlwlln an zw Gnzflächn snd dann glch goß, wnn d Bchungsndx n d Schcht als gomtschs Mttl d lnks und chts an d Schcht angnzndn optschn Mdn (n 0 /n G ) nach obg Foml mttlt wd. Fü nn Übgang aus Luft (Bchungsndx n 0 ) vnfacht sch d Foml zu:. Phasnbdngung: D optsch Wgläng muss so gwählt wdn, dass d flkttn Tlwlln dstuktv ntfn. Dstuktv Intfnz ttt b n Phasnvschbung von λ/ n. Somt muss d Schcht mndstns λ n /4 dck sn, da d an d zwtn Gnzfläch n /n G flktt Tlwll d Schcht zwmal duchläuft. D Schchtdck daf hb d halb Kohänzläng d Lchtwll ncht übschtn. Summn w d Phasn d btlgtn Wlln zu n Phasnvschbung φ und fodn, dass ds n ungadzahlgs Vlfachs n Phasnvschbung von π gbt, folgt: ( q ) n φ δ + π π π mt q ; ;3; (5.7) W shn, dass sch d Phasnvschbung φ aus dn zw Phasnspüngn an dn Gnzflächn d zw Übgäng ds dünnn optschn Mdums zum dchtn optschn Mdum und d Phasnvschbung δ nnhalb d Schcht n gbt. Duch Enstzn von Gl. 5.3 kommn w zu: ng Zu Ennung, d Fsnlschn Fomln fü snkchtn Lchtnfall, nach [Bgma]: n n n und t n + n n + n FB 0 Physkalsch Tchnk 3 Pof. D. Uw Langbn

4 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn π λ ( q )π n (5.8) d und nach Umstlln nach dn Schchtpaamtn Bchungsndx n und Schchtdck d haltn w: n d λ ( ) 4 q (5.9) Mt d Dastllung λ n λ / n und unt Bückschtgung d Kohänzläng kann ds auch gschbn wdn als: d koh λn λ > n d q (5.0) 4 (optsch Wgläng, Wllnläng m Mdum λ n, Kohänzläng d koh, Schchtdck d, natülch Zahl q {; ; 3;...; m}) Mt d n Gl. 5.9 gzgtn Foml und dm duch d Ampltudnbdngung (Gl. 5.6) gfundn Bchungsndx fü d flxvmndnd Schcht kann jtzt d Dck d Schcht bstmmt wdn. Als Bspl s h n Übgang von Luft (n 0 ) zu BK7-Glas (n G,5) btachtt. D Rflxonsgad R (( ) ( )) 0 G n0 ng / n0 + n gbt sch n dsm Fall zu 4,5%. Fü n Enzlschcht wd nach obgn G Fomln n Bchungsndx n.3 bnötgt. Kyolth (Na 3 AlF 6 ) mt nm Bchungsndx von n Ky. st h n ggnts Schchtmatal. Damt lässt sch d Rflxonsgad auf unt 0,% snkn. En ält Altnatv st Magnsumdfluod (MgF ) mt nm Bchungsndx von n MgF,38. Mt dsm Matal gbt sch n Rflxonsgad von ca.,% fü n Gnzfläch. B) Mathmatsch Dastllung von Vlstahlntfnzn an dlktschn Schchtsystmn Um d Intfnzschnungn von mhn Wlln gnau bschbn zu könnn, st s notwndg, d Fldstäkn d btlgtn Wlln zu summn, um danach aus d sultndn Fldstäk d Intnstät zu bchnn. Solang nu n Schcht volgt, st s möglch, jd nzln Rflxon d Wll zu vfolgn und d Fldstäkn d Tlwlln, wlch d Schcht vlassn, zu summn. Soll dss Vfahn auf Mhschchtsystm angwandt wdn, so wd d Bchnung aufwändg und mühsam. Im folgndn soll n Mthod dagstllt wdn, d s laubt, d Rflxonsgad und Tansmssonsgad n blbgn Anzahl von Schchtn unt Bückschtgung ds Enfallswnkls d Lchtwll zu bchnn. Gundlagn Matznfomalsmus Btachtn w nn Schchtstapl aus M dlktschn Schchtn w n Abbldung 5. gzgt. En Lchtwll fällt von lnks auf d Anodnung, an jd Gnzfläch wd n Tl flktt, n Tl dngt duch d Gnzfläch. Somt stzt sch das optsch Fld n n Schcht aus nm nach chts laufndn Antl ( E ( ) ) und nm nach lnks laufndn Antl ( E ) n d -tn Schcht (l ) Abb. 5.: Schma ns Stapls dlktsch Schchtn zusammn. Um d Modfkatonn d Fld bm Duchgang duch n Gnzfläch bschbn zu könnn, müssn w d Fld an d lnkn und chtn Gnzfläch untschdn. D Fldstäkn auf d lnkn St d Gnzfläch wdn duch gstchn Gößn, d Fldstäkn auf d D Dastllung d Mthod folgt Kühlk "Optk", Kap 8.3 FB 0 Physkalsch Tchnk 4 Pof. D. Uw Langbn

5 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn chtn St d Gnzfläch duch ungstchn Gößn gknnzchnt (sh hzu auch Abbldung 5.3). D Fldstäk wd wgn d bssn Übschtlchkt n komplx Schbws ngstzt. D Modfkaton d optschn Fldstäk bm Duchgang duch n Gnzfläch wd duch d Ampltudnflxons- und Tansmssonskoffzntn und t bschbn, wob d st Indx das j j Statmdum, d zwt Indx j das Endmdum knnzchnt. En an d Gnzfläch zwschn d -- tn und d -tn Schcht flktt Antl d optschn Fldstäk wd somt duch dn Rflxonskoffzntn bschbn. Duch d Fsnlschn Fomln snd d Rflxons- und Tansmssonskoffzntn fü dlktsch Schchtn ggbn. B schägm Lchtnfall habn d Fldkomponntn snkcht und paalll zu Enfallsbn untschdlch Rflxons- und Tansmssonskoffzntn und müssn dah gtnnt bhandlt wdn. Bgnnn w mt d Btachtung ds Duchgangs zwschn d --tn und d -tn Schcht. In Abbldung 5.3 shn w, dass sch an ds Gnzfläch d n d Schcht nach chts laufnd Wll Schcht - von lnks nach chts duch d Gnzfläch 3 n - /n tansmtttn Tl von chtn St d Gnzfläch n - /n flkttn Tl von E ( ) ( ) ( l) + (l ) E zusammn stzt: t E E (5.) Abb. 5.3: Innhalb n Schcht bstht das optsch Fld aus nm nach chts und nm nach lnks laufndn Antl. Engzchnt snd d Fld auf d lnkn und d chtn St d Gnzfläch zwschn dn Schchtn - und E aus dm aus d ( ) ( ) E und dm an d Analog glt an d glchn Gnzfläch, auf d St d Schcht -fü d nach lnks laufnd Wll : ( l ) E E (5.) ( l ) ( l) ( ) t E + E Aus dn Fsnlschn Fomln: n n und n + n t n n + n (5.3) könnn w d Symmtbzhung sow (5.4) t t (5.5) + ntnhmn. Aus dn Glchungn 5. und 5. ntstht unt Zuhlfnahm d Glchungn 5.4 und 5.5 das lna Glchungssystm: E (5.6) t ( ) ( l ) E + t ( ) E E (5.7), ( l ) ( l ) ( ) E E t + t 3 En Gnzfläch kann von chts od von lnks btachtt wdn. Zu Bchnung ds Rflxonskoffzntn und ds n n n n Tansmssonskoffzntn st ds lmnta, da. Auch d Phasnlag d flkttn n + n n + n Wll hängt von d Laufchtung duch d Gnzfläch ab. Zu Ennung: n < n φ π ; n > n φ 0 FB 0 Physkalsch Tchnk 5 Pof. D. Uw Langbn

6 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn das dn Zusammnhang d Fld auf d lnkn und d chtn St d Gnzfläch zwschn d --tn und d -tn Schcht bschbt. Dss lna Glchungssystm kann n d Matznschbws Ε D, Ε gschbn wdn, wob D, t (5.8) (5.9) d Übgangsmatx fü d Gnzfläch zwschn d --tn und d -tn Schcht dastllt. D Fldstäk ds nach lnks und nach chts laufndn Flds auf d lnkn Gnzfläch d Schcht, d.h. an d Gnzfläch zu Schcht -wd m Spaltnvkto ( l) E Ε (5.0) ( ) E zusammngfasst. Damt st nun d Duchgang duch n Gnzfläch bschbn. Nun müssn d Fld n d Schcht zwschn dn Gnzschchtn bschbn wdn. En Schcht vusacht ohn Bückschtgung ds Phasnspungs n Phasnvschbung zwschn dn auf d Vodst und d Rückst d Schcht flkttn Wlln von dn cosθ (Hltung n [Kühlk]). Dmntspchnd könnn w dm nfachn Duchlaufn d Schcht nn optschn Wg d cosθ zuodnn, d n Phasnvschbung π β dn cosθ (5.) λ bwkt. Hb s λ d Wllnläng m Vakuum, n d d Dck d Schcht und Θ d Enfallswnkl auf d Gnzfläch nnhalb d Schcht. D Fldstäk fü d cht und lnk Gnzfläch d nach chts laufndn Wll hängn folglch duch E ( ) ( ) jβ E (5.) zusammn. Fü d nach lnks laufnd Wll glt analog: E ( l ) ( l ) jβ E (5.3) Bd Glchungn lassn sch wdum n Matznfom schbn: Ε AΕ D Ausbtungsmatx A jβ jβ 0 0 (5.4) (5.5) bschbt d Ausbtung ds optschn Flds n d -tn Schcht und vknüpft damt d Fld auf d lnkn und chtn Gnzfläch ds Schcht. Duch d Duchgangsmatx (Glchung 5.9) und duch d Ausbtungsmatx (Glchung 5.5) st nun d Schcht chaaktst. Haus kann nun n Schchtstapl zusammngstzt wdn. Bgnnnd mt dm Austttsmdum wd Schcht an Schcht zusammngstzt, bs das Entttsmdum cht st. D wchtgst Egnschaft ds Austttsmdums bstht dan, dass sch dot nu n Wll nach chts ausbtt, s glt also: FB 0 Physkalsch Tchnk 6 Pof. D. Uw Langbn

7 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn 0 Ε M (5.6) ( ) EM Das Fld Ε M m Austttsmdum ght auf d chtn St aus d Schcht M- (lnk Gnzfläch ds Austttsmdums) aus dm Fld Ε M hvo und hängt mt dsm nach Glchung 5.8 zusammn: Ε M DM, M Ε M (5.7) Das optsch Fld Ε M gbt sch wdum aus dm Fld Ε M d lnkn Gnzfläch d Schcht M- nach Glchung 5.4: Ε M AM Ε M AM DM, M ΕM (5.8) Ε M AM DM, M Ε M AM DM, M AM DM, M ΕM (5.9) Nach nochmalg Anwndung d Duchgangs- und Ausbtungsmatx glangn w n Schcht M-: Nun wd d Duchgangsmatx und d Ausbtungsmatx fü jd Schcht auf das optsch Fld angwandt, bs das Entttsmdum und somt d Fldstäk ds Entttsmdum Ε cht st: Ε D, A D,3 DM, M AM DM, M ΕM SΕM (5.30) D Bzhung zwschn dm Fld m Entttsmdum und dm Fld m Austttsmdum Ε SΕ M (5.3) wd duch d Systm-Matx S S (5.3) S D, A D,3 DM, M AM DM, M S S Ε M vmttlt. Ds Bzhung glt fü all Intfnzschchtsystm, also auch fü Flt und Spglschchtn. D Elmnt d Systm-Matx S bschbn dn Tansmssons- und Rflxonsgad ns Vlschchtsystms aufgund d Üblagung all duch Rflxon und Tansmsson an dn Gnzflächn ntstandn Tlwlln. Ds Fomalsmus st n d Smulatonssoftwa von Pof. D. E. Lux mplmntt, so das s sch zu Modllung von allgmnn Intfnzschchtsystmn gnt. D n dsm Skpt vogstllt Vson d Softwa bückschtgt noch ncht d Mataldspson, n nzwschn ftggstllt nu Vson bhscht ab auch ds. Zu Butlung von flxonsvmndndn Schchtn ntssn bsonds d Rflxons- und Tansmssonsgad. Ds Gößn könnn aus dn Matxlmntn d Systm-Matx (Glchung 5.3) bstmmt wdn. Glchung 5.3 zusammn mt Glchung 5.3 und 5.6 fühn zu: E ( l) 0 ( ) ( ) S S EM E S S S S E E ( ) M ( ) M Haus könnn w dn Ampltudntansmssonskoffzntn (5.33) FB 0 Physkalsch Tchnk 7 Pof. D. Uw Langbn

8 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn E t (5.34) E S ( ) M ( ) und dn Ampltudnflxonskoffzntn E S ( l) (5.35) ( ) E S ablsn. Aus dsn lassn sch wdum d Tansmssonsgad τ und d Rflxonsgad ρ bchnn: nm cosθm nm cosθm τ t (5.36) n cosθ n cosθ S S ρ (5.37) S wob Θ d Enfallswnkl m Entttsmdum auf das Schchtsystm undθ st. C) Dlktsch Enzlschcht auf nm Substat M d Wnkl m Austttsmdum D Matznfomalsmus zu Bchnung ds Rflxons- und Tansmssonsgads n Vlschcht-Systmn gnt sch auch zu Bstmmung ds Rflxons- und Tansmssonsgads b n Enzlschcht auf nm Substat. In dsm Fall s d Bchungsndx fü das Entttsmdum n o (n dn mstn Fälln Luft, n o ), fü das Austttsmdum n G und d Dck d Schcht mt dm Bchungsndx n l s d (sh Abbldung 5.4). Das Schchtmatal s so gwählt, dass n o < n l < n G. En solchs Schchtsystm lässt sch mt dn Glchungn 5.3, 5.9 und 5.5 n Matznfom schbn: S D 0, A D, G t t t t 0 G 0 G jβ 0 G + jβ 0 + G + jβ 0 jβ jβ 0 jβ jβ 0 jβ G + + G 0 G G + jβ + jβ (5.38) B snkchtm Enfall st d Phasnwnkl aufgund d optschn Dck d Schcht β ( π / λ0 ) nd. D Rflxons- und Tansmssonskoffzntn gbn sch aus dn Fsnlschn Fomln: n n n n 0 G 0, G (5.39) n0 + n n + ng t 0 n0 n + n 0, t G n n + n G (5.40) Entspchnd d Glchung 5.37 folgt d Rflxonsgad aus dn Elmntn d Systm-Matx: ρ ( 0 + G ) 40 G sn β ( + 0 G ) 40 G sn β (5.4) D Rflxonsgad ds Schchtanodnung hat n Mnmum, wnn d Abb. 5.4: Rflxon n Lchtwll an dn Gnzschchtn Luft-Schcht und Schcht-Glas. B ggnt Wahl von n und d ntfn ds dstuktv. FB 0 Physkalsch Tchnk 8 Pof. D. Uw Langbn

9 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn optsch Dck n d ntspchnd π π β q ( ). ( ) 0 d q bzw nd λ0 4 n (5.4) gwählt wd (mt q ; ;...). Unt ds Bdngung (Gl. 5.4) gbt sch d mnmal Rflxonsgad aus Gl. 5.4 mt dn Glchungn 5.39 und 5.40 zu: n n0ng ρ (5.43) n + n0ng D Rflxonsgad wd Null, wnn d Bchungsndx d flxvmndndn Schcht als gomtschs Mttl d bdn Nachbaschchtn gwählt wd: n n0n G (5.44) D Glchungn 5.4 und 5.44 bstätgn d n Abschntt A) unt vnfachtn Bdngungn abglttn Fodungn an n flxvmndnd Enfachschcht. Ds umfangch Fomalsmus laubt ab, ands als d vnfacht Btachtungsws n Abschntt A), n Bchnung d Rflxons- und Tansmssonsgad von komplxn Mh-Schchtsystmn unt blbgm Enfallswnkl d nfallndn Lchtwll. D) Hstllungsvfahn D Hstllungsmthodn von Antflxschchtn (ARS) umfassn hut n bt Paltt von Vfahn, d j nach Anfodungn an d Schchtgnschaftn und Qualtät ausgwählt wdn. Fü d Ftgung hochwtg und katzfst ARS wdn bvozugt Bschchtungspozss m Vakuum ngstzt. Imm mh Bdutung gwnnn ab Vfahn mt nm gngm appaatvn Aufwand und gngn Engbdaf. Intssant schnt h nsbsond fü Float-Glas das Scn-Pntng, das Dp-Coatng und d Abfomung. Im nzlnn wdn mst folgnd Vfahn 4 zu Ezugung von ARS ngstzt: Vakuumbschchtungn: H kommn folgnd Vfahn zum Ensatz: (I) Chmcal Vapou Dposton (CVD): [L], [Numan], [Matn] und all haus abglttn Untatn. Hb wdn d Komponntn zu Schchtzugung mt Täggasn n n aktvn Atmosphä unt Engzufuh auf dm Substat aus d Gasphas abgschdn. (II) Physcal Vapou Dposton (PVD):. Hunt falln: Estns all Sputtpozss (z.b. [Loong]), b dnn Edlgas-Ionn auf n Tagt bschlungt wdn, um dot Atom haus zu schlagn. D hausgschlagnn Atom bstzn gnügnd Eng, um sch auf dm Substat nd zu schlagn. Zwtns d thmsch Vdampfung. H sn zw Vfahn wähnt. Das Wdstands-Vdampfn [Aly], b dm das Vdampfungsgut aus nm stomghztn Tgl bs üb snn Schmlzpunkt hnaus htzt wd, und das Elktonnstahlvdampfn [Alln], b dm n ngch Elktonnstahl duch Magntsystm auf das Vdampfungsgut gchtt wd, das nfolg ds hohn Engntags lokal vdampft. Ds Gupp von Vfahn wd am häufgstn ngstzt. Ezugn lassn sch damt all anoganschn ARS, komplx Mhfachbschchtungn snd hut nfach zu alsn. Dp-Coatng [Tauchbschchtung]: [Tpha] B d Tauchbschchtung wd das Substat n n Suspnson aus nm Lösungsmttl und dm Schchtmatal ngtaucht und glchmäßg hausgzogn. Duch d Gschwndgkt ds Hauszhns, d Lösungsmttlkonzntaton und d Vskostät d Suspnson wd d Schchtdck ngstllt. J nach Wtbhandlung ds Substats kommt dss Bschchtungsvfahn fü anogansch und fü ogansch Schchtsystm zum Ensatz. Im Fall von ARS aus anoganschn Mataln wd das Substat thmsch bhandlt. B d Hstllung von ARS aus Kunststoffn wd ds nach Vdunstn ds Lösungsmttls nu noch ausghätt, d Pozss kann b Raumtmpatu folgn. Engstzt wdn kann dss Vfahn zu Ezugung von Enfach-, Mhfach- und nanopoösn Schchtn. λ 4 Dtallt Eläutungn zu dn nzlnn Hstllungsvfahn, d auch n d Mkosystmtchnk zum Ensatz kommn, snd n [Völkl], [Was] und [Wutz] zu fndn. Ds gnn sch auch hvoagnd als Enstg zu Rchch nach wtfühnd Ltatu zu Hstllungsmthodn dünn funktonal Schchtn. D b dn Vfahn gnanntn Qulln bzhn sch auf d Hstllung von flxvmndndn Schchtn. FB 0 Physkalsch Tchnk 9 Pof. D. Uw Langbn

10 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn Spn-Coatng: [Tpha] D Bschchtung mt dm Spn-Coat abtt ähnlch w d ds Dp- Coatngs. Nu st h d Schchtdck ncht mh von d Vdunstung ds Lösungsmttls abhängg, sondn wd nu noch üb d Vskostät und d Dhzahl ngstllt. W das Dp-Coatng gnt sch dss Vfahn fü bd Atn von flxvmndndn Mataln. Sol-Gl: [Ab], [Langl], [Hamma] Mt dm Sol-Gl Vfahn st s möglch, aus mtalloganschn Vbndungn, w Mtallalkoholatn od Mtallsalzn, Oxd- und Nchtoxdkamkn hzustlln. Das Vfahn gldt sch n zw Tl. Zust wd aus n mtalloganschn Vbndung, nm oganschn Lösungsmttl und spzlln Zuschlagstoffn n Sol (Lösung mt Tlchngößn zwschn nm bs. µm) hgstllt. Im zwtn Schtt wd das Sol duch Lösungsmttlntzug dstablst und s fndt n Polymsaton duch das ganz Volumn ds Sols statt. Es bldt sch n Gl. Knnzchn ns Gls 5 st, dass jds Tlchn m Ntzwk ngbaut st und all Tlchn mtnand vbundn snd. Votl dss Vfahns st, das s nn gngn appaatvn Aufwand bnötgt und b Raumtmpatu und unt Atmosphä stattfndn kann. Mt dsm Vfahn lassn sch auch nanopoös Schchtn zugn. Spaypyolys: En Lösung ds Schchtmatals wd unt n dfntn Gasatmosphä duch n Düs fn zstäubt und auf das ghzt Substat gspüht. Das Lösungsmttl vdampft augnblcklch, d nchtflüchtgn Bstandtl d Lösung agn mt dn vohandnn Gasmolküln und schlagn sch auf dm Substat nd. Mt dsm Vfahn lassn sch b vaabl Konzntaton und Mschungsvhältns d Lösung Gadntnndx-Schchtn zugn. Scn-Pntng [Sbduck]: [Ksho] Duch n Sb wd n Suspnson auf das Substat aufgbacht. D Schchtdck wd üb d Maschnwt, d Vskostät und duch dn Füllstoffghalt d Suspnson ngstllt. Nach Vdunstn ds Lösungsmttls wd das Substat thmsch bhandlt. Duch ntspchnd Zuschlagstoff (Nanopatkl, Subwllnlängngöß) n d Suspnson kann hmt auch n nanopoös ARS hgstllt wdn. D Nanopatkl wdn ntwd duch n Lösungsmttl ausgwaschn, od b d thmschn Bhandlung vascht. Abfomung: [Gomb] Dss Vfahn wd nu b nanostuktutn Antflxschchtn ngstzt. Duch Intfnz ns aufgwttn und gtltn Lasstahls wd n snusfömg Wllnstuktu n Photosst blchtt. Füht man ds Blchtung n zwts Mal b dm um 90 gdhtn Substat duch, so hält man n snusfömg Hügllandschaft. D Dck und Gttwt könnn an dn zu optmndn Wllnlängnbch angpasst wdn. Duch galvansch Abfomung lassn sch dann Fomn fü d Hstllung d gntlchn ARS zugn. E) Dsgn von Antflx-Schchtsystmn D uspünglchst und nfachst Aufbau ns flxvmndndn Systms bstht aus n Enzlschcht auf nm Substat. D Bchungsndx und d Dck d Schcht snd nach dn obn gnanntn Ktn auszuwähln. B alln flxvmndndn Systmn st gundsätzlch zu bückschtgn, dass d Rflxvmndung xakt nu fü n Wllnläng h Optmum cht. En Vbssung d Rflxvmndung und n Aufwtung ds Wllnlängnbchs, b dm d Rflxvmndung optmal wkt, kann duch Mhschchtsystm, nanopoös Schchtn od duch nanostuktut Schchtn cht wdn. B dn Mhschchtsystmn kommn wdum zw Dsgnvaantn zum Ensatz. Zum nn n Schchtsystm aus abwchslnd hoch- und ndgbchndn Schchtn und zum zwtn n Stufnndxsystm. D Vfnung ds Stufnndxsystms füht zu nm Gadntnndx-Systm, b dm m optmaln Fall n kontnulch Übgang ds Bchungsndx ds Umgbungsmdums zum Bchungsndx ds Substats alst wd. Da zu Ezugung von Schchtn nu n bgnzt Auswahl von Mataln zu Vfügung sthn und dn Bchungsndx mst ncht dm Ktum n n0n xakt G ntspcht, gwnnn nanopoös od nonostuktut Schchtn mm mh Bdutung. D nanopoösn Schchtn laubn duch hn Aufbau dn gwünschtn Bchungsndx gzlt nzustlln, d nanostuktutn Schchtn laubn nn kontnulchn Übgang vom Bchungsndx d Umgbung zum Bchungsndx ds Substats. Im folgndn snd d nzlnn Dsgnvaantn twas ausfühlch dagstllt: 5 In dsm Snn kann Quazglas als Gl gshn wdn: All S-Atom und O-Atom snd n nm duch das ganz Mdum chndn Ntzwk ngbaut und bldn nn amophn Köp. FB 0 Physkalsch Tchnk 0 Pof. D. Uw Langbn

11 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn Enzlschcht: D uspünglch und st flxonsvmndnd Schcht wa n Enzlschcht. B ds ARS wd d Bchungsndx nach n n n 0 mttlt und d Schchtdck ntspchnd d Phasnbdngung zu dstuktvn Intfnz gwählt. B zum Bspl n Entspglung von BK7 Glas mt nm Bchungsndx von n G.59 ggnüb Luft mt n o wd n Schchtmatal mt nm Bchungsndx von n.3 bnötgt. Kyolth mt nm Bchungsndx von n k. st h n ggnt Wkstoff. Soll d Entspglung h zntal Wllnläng b 550nm habn, so folgt n Schchtdck d.7nm. Ds Typ von Schcht st an d Fab sn Rflx zu knnn. En fü Glb (580nm) optmt Entspglung wkt m Rflx Indgo, n fü Gün (550nm) optmt Entspglung wkt Pupu. Ds st bsplsws b Objktvn ält Kamas zu bobachtn. In Abbldung 5.6 snd zw Bchnungsbspl fü Enzlschchtn m Vglch mt nm Luft- Glas Übgang zu shn. Ds Bspl wudn mt n Smulatonssoftwa von Pof. D. Lux bchnt. D Softwa bückschtgt ncht d Dspson d Mataln, chnt somt mt daln optsch tanspantn Mdn. D gzgtn Kuvn snd fü n Zntalwllnläng von 550 nm fü nn Luft (n o ) Glas (n G.5) Übgang mt untschdlchn Schchtdckn bchnt. D x- Achs ds Dagamms zgt nn Wllnlängnbch von 350nm bs 800nm, d y-achs zgt dn Rflxonsgad R m Bch von 0 bs 0., spktv von 0% bs 0%. Kuv a) zgt dn spktaln Rflxonsgad ns dktn Luft-Glas-Übgangs. Kuv b) zgt n 3λ / 4 -Enfachschcht mt nm Bchungsndx n.39 und n Schchtdck von d nm, n Kuv c) st n λ / 4- Enfachschcht mt nm Bchungsndx n.39 und n Schchtdck von d.56nm zu shn. D Vglch zgt, das d Dck d Antflxschcht dn Wllnlängnbch, fü dn d Entspglung h Optmum cht, bnflusst. J Dck d Schcht wd (nach dm Ktum d (( q ) / 4) * λn ), dsto ng wd d optmal ntspglt Spktalbch. G Abb. 5.5: Vlauf ds Bchungsndx n flxvmndndn Enzlschcht Abb. 5.6: Spktal Rflxonsgad von zw Enzlschchtn (Schchtpaamt nach [Hafk]) untschdlch Dck m Vglch mt nm Luft-Glas Übgang, bchnt fü n Zntalwllnläng von 550 nm: a) dkt Luft-Glas-Übgang, n o, n G.5; b) Enfachschcht 3λ / 4, n.39, d nm; c) Enfachschcht λ / 4, n.39, d.56nm. FB 0 Physkalsch Tchnk Pof. D. Uw Langbn

12 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn Dschchtsystm: Da fü vl Gläs kn ggnts Schchtmatal gfundn wdn kann, das mt snm Bchungsndx d Ampltudnbdngung und d Intfnzbdngung füllt, hlft man sch mt n zusätzlchn Schcht hochbchndn Matals. Ds zusätzlch Schcht wd n n Dck λ / unt d äußn λ / 4 -Schcht aufgbacht. D stn zw Schchtn (l λ / 4 h λ / ) könnn w n Enfachschcht bhandlt und dmnsont wdn. En an d zwtn Gnzfläch (h λ / l λ / 4) flktt Tlwll fäht an ds Gnzfläch knn Phasnspung (dchts Mdum dünns Mdum) und kann mt d an d stn Gnzfläch flkttn Tlwll nu dstuktv ntfn, wnn d Phasnvschbung duch d Schcht 0 od π btägt. D dtt Übgang von d zwtn l-schcht n das zu Abb. 5.7: Vlauf ds Bchungsndx b nm Dschcht-Systm zu Rflxvmndung ntspglnd optsch Mdum st wdum n Gnzfläch ohn Phasnspung (wdum dchts Mdum dünns Mdum). D zu dstuktvn Intfnz bnötgt Phasnvschbung folgt h wd duch ggnt Wahl d Schchtdck ( λ / 4 od 3λ / 4). In Abbldung 5.7 st d pnzpll Bchungsndx-Vlauf ns Dschcht-Systms dagstllt. In Abbldung 5.8 snd zw Bchnungsbspl fü Dschcht-Systm m Vglch mt nm Luft-Glas Übgang zu shn. D gzgtn Kuvn snd fü n Zntalwllnläng von 550 nm fü nn Luft (n o ) Glas (n G.5) Übgang mt untschdlchn Schchtaufbautn bchnt. D x- Achs ds Dagamms zgt nn Wllnlängnbch von 350nm bs 800nm, d y-achs zgt dn Rflxonsgad R m Bch von 0 bs 0., spktv von 0% bs 0%. Kuv a) zgt dn spktaln Rflxonsgad ns dktn Luft-Glas-Übgangs. D n Kuv c) gzgt Dfachschcht mt dm Schchtaufbau λ / 4 λ / 3λ / 4, dn Bchungsndzs n.38, n.03, n mt dn zughögn Schchtdckn d nm, d nm, d nm wst d Mnma fü dn Rflxonsgad auf. Im Ggnsatz dazu zgt d Kuv b) n Dfachschcht m Schchtaufbau λ / 4 Abb. 5.8: Spktal Rflxonsgad von zw Dschcht-Systmn (Schchtpaamt nach [Hafk]) m Vglch mt nm Luft-Glas-Übgang, bchnt fü n Zntalwllnläng von 550nm: a) dkt Luft- Glas-Übgang, n o, n G.5; b) Dfachschcht λ / 4 λ / λ / 4, n.38, n.4, n 3.7, d nm, d 3.636nm, d nm; c) Dfachschcht λ / 4 λ / 3λ / 4, n.38, n.03, n 3.707, d nm, d nm, d nm. FB 0 Physkalsch Tchnk Pof. D. Uw Langbn

13 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn λ / λ / 4 mt dn Bchungsndzs n.38, n.4, n 3.7 und dn Dckn d nm, d 3.636nm, d nm zwa nn twas ngn Spktalbch, dafü ab nn dutlch flachn Vlauf ds Rflxonsgads um d Zntalwllnläng hum. D zwt Schcht dnt d Ehöhung ds Bchungsndx um mt vfügban Mataln n ARS (st Schcht) mt dm Bchungsndx n n0n hstlln zu könnn. D dtt Schcht ( λ / 4 od 3λ / 4 ) dnt nun dazu, d lktomagntsch Wll vlustf n das Substat nzukoppln (wdum duch n λ / 4 -Bdngung). Nähs hzu n [Hafk]. Stufnndx Schcht: D Rflxonsgad hängt dkt vom Untschd d Bchungsndzs d btlgtn Mataln ab. J gng d Dffnz st, dsto gng st auch d Rflxonsgad. Nahlgnd st s nun, n Schchtsystm aufzubngn, das stufnws mt möglchst gngn Schttwtn dn Bchungsndx ds umgbndn Mdums an dn Bchungsndx ds Substats anpasst. In Abbldung 5.9 st n dalst Bchungsndx-Vlauf dagstllt. Entwcklt wdn kann n solchs Schcht-Systm, n dm man zust das gomtsch Mttl zwschn Luft und Substat bldt. Zwschn d Schcht mt dm gmttltn Bchungsndx und dm Substat, spktv zwschn d nun Schcht und d Umgbung bldt man wdum d gomtschn Mttl. J tf dss Vfahn fotgfüht wd, dsto kln wd d Rflxonsgad und dsto bt d Spktalbch. Kuv c) n Abbldung 5.4 zgt n so bchnts Sbn-Schcht- Systm. D Dckn d nzlnn Schchtn snd auf n optsch Dck b ggbn Bchzahl fü n Wllnläng von 550nm bchnt. Bdngt duch d ndgn bnötgtn Bchungsndzs st n solch Schcht n d aln Wlt ncht hstllba. B alln Schchtn handlt s sch um λ / 4 - Schchtn, mt dn Bchungsndzs n.0537, n.036, n 3.7, n 4.39, n 5.99, n , n und dn Dckn d nm, d 3.834nm, d 3 7.5nm, d 4.56nm, d nm, d nm, d nm. Dss dalst Schcht-Systm zgt üb dn gsamtn Wllnlängnbch nn Rflxonsgad unt 0.% und zgt, wlch Vbssung ds Tansmssonsgads duch ggnt ARS zlt wdn kann. Mt nanostuktutn ARS könnn kontnulch Bchungsndx-Vläuf zugt wdn, d dn Bchungsndx d Umgbung n dalm Vlauf an dn Bchungsndx ds Substats anpassn. Dss dalst Sbn-Schcht- Systm stllt also n Nähung fü n Gadntn-Indx- Systm mt kontnulchm Übgang ds Bchungsndx von Umgbung zu Substat da. Gadntnndx Schcht: En Vfnung d Stufnndx-Schchtn st d Gadntnndx-Schcht. Hzu wd duch Mschn von untschdlchn Mataln wähnd d Bschchtung mt vaabl Konzntaton n sttg Ändung ds Bchungsndx üb dn Schchtquschntt cht. D pnzpll Vlauf n solchn Schcht st n Abbldung 5.0 dagstllt. Abb. 5.9: Bchungsndx-Vlauf b n flxvmndndn Stufnndx-Schcht Nanopoös Schcht: Zu Ezugung n nanopoösn Schcht wd n Suspnson od Lösung ds Matals, aus dm d Schcht bsthn soll, mt Nanopatkln, dn Göß dutlch unt d Lchtwllnläng lgt, gmscht. B d Nachbhandlung nach Auftag d Suspnson od Lösung wdn d Nanopatkl wd ntfnt und hntlassn n d Schcht Pon, d bnso w d Nanopatkl, dutlch kln snd als d Lchtwllnläng, fü d das Substat ntspglt wdn soll. En Lchtwll wd von solchn Pon quas ncht bnflusst und "sht" nu n Schcht, dn Bchungsndx sch aus dm Bchungsndx ds Schchtmatals und dm Bchungsndx d Pon zu nm ffktvn Bchungsndx zusammnstzt. In Abbldung 5. st d Quschntt duch solch nn Aufbau gzgt. D ffktv Bchungsndx wd duch d Pon vklnt, somt lässt sch duch dss Vfahn d Bchungsndx Abb. 5.0: Bchungsndx b n Gadntnndx-Schcht Abb. 5.: Quschntt duch n nanopoös Antflxschcht auf nm Substat. FB 0 Physkalsch Tchnk 3 Pof. D. Uw Langbn

14 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn d Schcht duch dn bgmngtn Antl von Nanopatkln xakt nach d Fodung n n0n nstlln. D G Bchungsndxvlauf n nm solchn Schcht-Systm ntspcht dm Vlauf b n Enzlschcht (sh Abbldung 5.5) mt dm Untschd, dass d Enschänkungn b d Matalwahl fü d flxvmndnd Schcht wg falln. Nanostuktut Schcht (Nanostuktuts Substat): Hstlln lassn sch nanostuktut Schchtn ntwd duch Abfomung od duch Ätzvfahn. W b dn nanopoösn Schchtn snd d Stuktudmnsonn dutlch kln als d Wllnläng ds Lchts, fü d ntspglt wdn soll. Üb d Stuktutf und d Flanknfomn d Nanostuktun wd d Bchungsndx-Vlauf ngstllt. Ds st, w b alln flxvmndndn Schchtn, auf d gwünscht Wllnläng zu optmn. Ds Schchtn laubn nn kontnulchn Übgang ds Bchungsndx vom Umgbungsmdum zum Substat. Ds Effkt st übgns d Natu ntnommn. D Cona 6 von Mottnaugn st mt n Stuktu vshn, d n Pod von wng als 50nm und n Stuktutf von üb 00nm aufwst (Qull: D. K. Ros, D. J. Kappl, Fa. Nanomat). In Abbldung 5. st d Quschntt duch n nanostuktuts Abb. 5.: Quschntt duch n nanostuktuts Substat Abb. 5.3: Vlauf ds Bchungsndx b n nanostuktutn Antflxschcht Abb. 5.4: Spktal Rflxonsgad n Dopplschcht (Schchtpaamt nach [Hafk]) und ns dalstn Sbn-Schcht-Systms m Vglch mt nm Luft-Glas-Übgang, bchnt fü n Zntalwllnläng von 550nm: a) dkt Luft-Glas-Übgang, n o, n G.5; b) Dopplschcht λ / 4 λ / 4, n.38, n.70, d nm, d nm; c) dalsts Sbn-Schcht-Systm, all Schchtn λ / 4, n.0537, n.036, n 3.7, n 4.39, n 5.99, n , n 7.445, d nm, d 3.834nm, d 3 7.5nm, d 4.56nm, d nm, d nm, d nm. 6 Cona: Honhaut. Duch d nanostuktut Obfläch d Honhaut d Mott flktt ds kn Lcht, d Mott wd nachts von hn Fssfndn ncht gut gshn, hatt also bss Üblbnschancn. FB 0 Physkalsch Tchnk 4 Pof. D. Uw Langbn

15 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn Substat gzgt. D dazughög Bchungsndx-Vlauf st n Abbldung 5.3 zu shn. Gundsätzlch lassn sch zw Vaantn untschdn. Bdngt duch das Hstllungsvfahn könnn Wllnstuktun od Hüglstuktun zugt wdn. D Wllnstuktun habn d bsond Egnschaft, dass d Entspglung nu n n Blckbn auf das Substat wkt. In d um 90 gdhtn Blckbn wkt das Substat unntspglt. F) Anwndungn Anwndung fndn flxvmndnd Schchtn n alln Bchn, n dnn Lcht n Mdum möglchst unghndt passn soll, od stönd Rflxonn untbundn wdn solln. Ds cht von abbldndn Systmn, b dnn duch d flxvmndnd Schcht d Lchtstäk höht und d Kontast vbsst wd, üb anzgnd Systm, b dnn stönd Lcht-Rflx vmndt wdn, bs hn zu Dtkton od Kollkton (auch Solazlln), b dnn n möglchst goß Tl d lktomagntschn Stahlung ngfangn wdn soll. Zum Bspl ttn an nm Luft-Glas-Übgang (n G,5) Tansmssonsvlust duch Rflxon n Höh von ca. 4% auf. Ds Vlust lassn sch duch ggnt ARS dutlch duzn. Folgnd snd ng Bspl näh läutt: Kamaobjktv: En bsplsws aus sbn Lnsn aufgbauts Kamaobjktv bstzt 4 Luft- Glas-Gnzflächn. Wnn jd Gnzfläch nn Vlust von 4% (s.o.) vusacht, folgt fü dn Gsamt-Tansmssonskoffzntn τ 0,96 4 0, 56,das hßt d duchglassn Intnstät wüd auf 56% zuückghn. Ds wtn fühn d Mhfachflxonn n dsn Lnsnsystmn zu Kontastvlust 7 b d Abbldung, da nnhalb d Lnsn mhfach flktts Stulcht als Gauschl dn gsamtn Bldbch aufhllt und so d Kontun d Abbldung vschmn. En Rdukton d Rflkton auf nn Wt von ρ 0, 005 füht bsplsws zu n Gsamttansmsson ds Lnsnsystms von 93%. Somt höht n Entspglung d Lnsn dutlch d Lchtstäk ds Objktvs und vbsst, da kaum noch stönd Rflxonn aufttn, dn Kontast d Abbldung. Pojkton: H hat d flxvmndnd Schcht n bsond Aufgab. Um d thmsch Blastung fü d zu duchluchtndn Objkt und d Lnsn möglchst gng zu haltn, d Objkt ab möglchst hll auszuluchtn, muss d flxvmndnd Schcht m schtban Wllnlängnbch nn ndgn Rflxonsgad aufwsn, m nfaotn Bch ab nn hohn. Blln: Blln wdn auf bdn Stn ntspglt. Auf d Vodst, um dm Gspächspatn ns Bllntägs nn Blck n d Augn sns Ggnübs zu möglchn. Und auf d Innnst, um von hntn auf d Bll fallnds Lcht nach von duchzulassn und ncht n das Aug ds Bllntägs zu flktn. Insbsond nachts macht sch d Wkung von ARS auf Bllngläsn bmkba: D Fla-Effkt b Blndlcht wd dutlch duzt, was zu n dutlchn Schtvbssung b Dunklht füht (kontastch). B Kunststoffgläsn hat d ntspglnd Schcht n wt Aufgab: D ngstztn Schcht-Mataln bstzn auch hvoagnd mchansch Egnschaftn und dnn als Katzschutz. Bldschm und Anzgn: En wchtg Anfodung an Bldschm und Anzgn st, dass s möglchst aus alln Rchtungn kontastch btachtt wdn könnn. Stönd Lchtflx von Umgbungslcht auf Anzgn od Bldschmn könnn ds völlg unlslch machn. Aus dsm Gund wdn flxvmndnd Schchtn b Anzgn und Bldschmn ngstzt. Optschn Stahlfühungn b z.b. Las: Insbsond ngch Las bnötgn ntspglt Optkn od dlktsch Spgl. Hoh Rflxonsvlust n dn Optkn mndn d vfügba Intnstät an d Babtungsstll und fühn zu n Ewämung, b sh hohm Engntag auch zu Zstöung d Optkn. Achtktuglas: Glas gwnnt n d Achtktu als Lchtfäng mm mh Bdutung. Inzwschn splt d möglch Engntag aus Sonnnlcht duch Fnstschbn b Wämblanzchnungn n d Gbäudplanung n Roll. Zu Optmung ds Enggwnnung wdn Gläs 7 Fla-Effkt: Stulcht aus alln Rchtungn wd nnhalb n Lns an dn bdn Gnzflächn mhfach flktt und glangt hduch als üblagt Intnstät auf d Bldbn. Ds füht zu Kontastvlust und Aufhllung (Gauschl) m Bld. FB 0 Physkalsch Tchnk 5 Pof. D. Uw Langbn

16 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn ngstzt, d bsonds fü dn nfaotn Wllnlängnbch tanspant snd, n dsm Bch nn gngn Rflxonsgad bstzn (Fü kalt Ggndn, n hßn Ggndn wd d IR-Bch hausgfltt). Solazlln und Kollkton: Solazlln wdn spzll fü dn Bch h gößtn Empfndlchkt ntspglt. Kollkton wdn, w das Achtktuglas, schwpunktmäßg m Infaotn ntspglt. In bdn Fälln st s Zl, d ngstahlt Eng möglchst ohn Vlust zum Wandlsystm zu tansfn. Zum Schluss blbt noch anzumkn, dass flxvmndnd Schchtn, w b Solakollkton, Solazlln od Las-Optkn gzgt, ncht nu m schtban Wllnlängnbch n goß Roll spln, sondn m gsamtn Wllnlängnspktum ds Lchts zum Ensatz kommn. En ARS st mm fü dn bnötgtn Wllnlängnbch zu optmn. J nach Anwndungsfall kann n mt n ARS vshns Substat fü das mnschlch Aug duchaus flktnd schnn, st ab dnnoch fü dn Wllnlängbch, b dm das ntspglt Substat ngstzt wd, quas vollständg tanspant, spktv ncht flktnd. En wts ntssants Phänomn gbt sch aus d Wllnlängnabhänggkt d Rflxon n ARS: n d Duchscht schnt das ntspglt Substat n d Fab d Wllnläng, fü d das Systm optmt wud, n d Rflxon schnt s n d Komplmntäfab. Hzu auch ng Pobn aus dm Optk-Labo. G) Mataln Zu Hstllung von flxvmndndn Schchtn kommn vozugsws dlktsch Mataln zum Ensatz, wob nzwschn ARS aus Kunststoffn mm mh Bdutung gwnnn, da ds duch Vfahn aufgbacht wdn könnn, d nn wsntlch gngn tchnologschn und ngtschn Aufwand bnötgn. Fü all ngstztn Mataln glt, das d sultnd Bchungsndx d ARS von dn Bschchtungspaamtn abhängt und duch ds n Gnzn ngstllt wdn kann. D Vfahn zu Applkaton d Schchtn snd obn bschbn, n Auswahl an typschn Mataln zu Hstllung von flxvmndndn Schchtn st n Tabll 8 zusammngfasst. 8 D n d Tabll zusammngfasstn Mataldatn snd aus d m Ltatuvzchns anggbnn Ltatu zusammngtagn FB 0 Physkalsch Tchnk 6 Pof. D. Uw Langbn

17 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn Tabll Mataln zu Bnflussung ds Rflxonsvmögns Matal Kuzzchn Bschchtungstmpatu 9 Bchungsndx (b λ 546 nm) Tansmssonsbch (n µm) Alumnumoxd Al O C,6,7 0,3 7 Blfluod PbF 855 C,75,05 0,3 8 Bltllud PbT Cadmumsulfd CdS 800 C,68,5 0,3 4 Cdoxd CO 600 C,95,35 0,4 5 C(III)fluod CF 3 34 C,59,75 0,3 5 Gmanum G 958 C 4, (b µm),6 0 Hafnumdoxd HfO,0 (b 500nm) 0, Kyolth Na 3 AlF C, (,35) 0, 4 Lanthan(III)oxd La O 3,95 (b 550nm) 0,35 Lanthan(III)fluod LaF C,55 Lthumfluod LF 870 C,30 Magnsumdfluod MgF 66 C,38 0, 8 Magnsummonoxd MgO 800 C,68,75 Nodym(III)fluod NdF 3 40 C,5 Natumfluod NaF 988 C,9,30 Nodymmonoxd NdO 900 C,79 Scandum(III)oxd Sc O 3,95,5 (00nm 300nm) 0,35 3 Slzum S 45 C 3,46 (b µm), 5 Slzummonoxd SO 50 C,49,80 0,6 8 Slzumdoxd SO,44,58 0, 8 Slzum(III)oxd S O 3,5,55 0,35 8 Slzum-Slzumdoxd S-SO --,49 Slzumntt S 3 N 4,0 (b 500nm) 0,3 Tantal(V)oxd Ta O 5,7,8 (b 550nm) Thoumdoxd ThO 3050 C,75,9 0, 5 Thoumoxyfluod ThOF 00 C,50,54 Thoum(IV)fluod ThF 4,48 0,3 0 Ttanmonoxd TO 750 C,08,3 Ttandoxd TO 775 C,73,63 (b 600nm) 0,4 Vanadum(V)-oxd V O C,5,0 (400nm 800nm) Yttum(III)-oxd Y O 3 4 C,79 0,5 Znkslnd ZnS 900 C,40 3,6 0, 40 Znksulfd ZS 000 C,,35 0,39 4 Zkondoxd ZO 74 C.0, 0,35 7 Polymthylmthacylat PMMA,49 (b 546nm) Poöss PMMA Po-PMMA Enstllba bs,05 Polycabonat PC,59 (b 546nm) Polythyln PE,5,08 0, 5 Allyldglycolcabonat CR39,50 (b 546nm) 9 D Bschchtungstmpatu glt fü d thmsch Vakuumvdampfung. B fhlndn Wtn st d Tmpatu ntwd unbkannt od d Mataln wdn duch and Pozss aufgbacht. FB 0 Physkalsch Tchnk 7 Pof. D. Uw Langbn

18 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn H) Kuznfühung Smulatonssoftwa Kuzanltung zu Duchfühung von Smulatonn von Antflxonsschchtn mt dm Smulatonspogamm "Optk dünn Schchtn, Rflxon, Tansmsson bzw. Absopton von bnn lktomagntschn Wlln an Gnzflächn sow homognn Schchtn" von Pof. D. E. Lux, FH Wsbadn, FB 0, Physkalsch Tchnk. D vogstllt Softwa bchnt d flkttn und tansmtttn Intnstätn, spktv d Ampltudn d Lchtwlln nach obn vogstlltm Matzn-Fomalsmus. Ds Vson d Softwa bückschtgt noch ncht d Dspson d ngstztn Mataln. En nzwschn ftggstllt nu Vson ds Smulatonssoftwa bückschtgt auch d Dspson d Mataln b d Smulaton. Nach dm Statn ds Pogamms glangt man zum Hauptbldschm. Abb. 5.5: Statbldschm d Smulatonssoftwa von Pof. D. Lux, FH-Wsbadn, Standot Rüsslshm, FB0 D Gafkn gbn d Polasatonschtungn d nfallndn Wll an. D Fabn ot fü snkcht zu Enfallsbn und blau fü paalll zu Enfallsbn wdn auch n d spätn Smulaton vwndt. FB 0 Physkalsch Tchnk 8 Pof. D. Uw Langbn

19 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn Wt üb das Pulldown Mnü Schchtngab : Abb. 5.6: Mnü zu Engab d Paamt zu Smulaton Engab d Schchtdatn: D nzlnn Fld snd auszufülln. Mt d Tast An-/Enfügn m Dalogfld Schchtn könnn wt Schchtn an- bzw. ngfügt wdn. Bachtn S, dass n ds Vson maxmal 5 Schchtn möglch snd. D Dck d Schcht muss an Hand d ntspchndn Fomln n dsm Skpt bchnt wdn. Soll nu d Gnzfläch Umgbung- Substat smult wdn, st das ntspchndn Fld zu makn. Nachdm all Datn nggbn wudn, könnn d Datn mt d Schaltfläch Übnhmn dm Pogamm übgbn wdn. Dab folgt automatsch d Rückkh zum Hauptbldschm. D Schchtdatn könnn mt Dat, spchn gspcht wdn und b Bdaf wd mt Dat, öffnn gladn wdn. FB 0 Physkalsch Tchnk 9 Pof. D. Uw Langbn

20 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn Wt üb das Pulldown Mnü Rflxon/Tansmsson, Enstllungn! Abb. 5.7: Mnü zu Engab d Randbdngungn fü d Smulaton Engab d Randbdngungn: D Randbdngungn fü d Smulaton könnn unt dm Pulldown Mnü Rflxon/Tansmsson, Enstllungn gändt wdn. In dsm Mnü könnn d Bch fü d Vaaton ds Enfallswnkls, d Vaaton d Wllnläng, und d Vaaton d Schchtdck dfnt wdn. Duch das Übnhmn d Datn glangt man automatsch zuück n das Hauptmnü. FB 0 Physkalsch Tchnk 0 Pof. D. Uw Langbn

21 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn Wt üb das Pulldown Mnü Rflxon/Tansmsson, Intnstätn...! Abb. 5.8: Pul-Down-Mnüs zum Stat d Bchnung Statn d Smulaton: Das Statn d Smulaton folgt üb das Pulldown Mnü Rflxon/Tansmsson, Intnstätn, als Fkt. d Wllnläng! Altnatv kann auch d Ampltudnvlauf duch Auswahl ds ntspchndn Mnüntags smult wdn. FB 0 Physkalsch Tchnk Pof. D. Uw Langbn

22 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn Dastllung d Egbnss: Abb. 5.9: Ausgabfnst mt dn Egbnssn d Smulaton Um dn Vlauf d Kuvn gnau dazustlln, vfügt das Pogamm b d Intnstätssmulaton üb n Zoomfunkton. FB 0 Physkalsch Tchnk Pof. D. Uw Langbn

23 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn Zoomn: Abb. 5.0: Mnü zu vgößtn Dastllung ds Intnstätskoffzntn n Abhänggkt d Wllnläng In dm Zoommnü könnn d Achsn skalt und d zu vgößndn Kuvn ausgwählt wdn. FB 0 Physkalsch Tchnk 3 Pof. D. Uw Langbn

24 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn Anzg ds Funktonsvlaufs: (gzoomt): Abb. 5.: Vgößt Dastllung ds Intnstäts-Koffzntn als Funkton d Wllnläng Abschlßnd Bmkungn: Zl ds Kuzanltung st s, n Enfühung n d Smulaton von Rflxonsschchtn zu gbn. Da das Pogamm fast slbstkländ st, wd s dm ntsstn Bnutz sch ncht schw falln, sch d wtn Funktonn slbständg zu schlßn. FB 0 Physkalsch Tchnk 4 Pof. D. Uw Langbn

25 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn I) Ltatuvzchns [Bgma]: Bgmann, Schäf, "Lhbuch d Expmntalphysk, Band 3: Optk" Walt d Guyt, Bln, Nw Yok 987 [Hafk]: H. Hafkon, "Optk" Bath Lpzg, Bln, Hdlbg 994 [Kühlk]: D. Kühlk, "Optk: Gundlagn und Anwndungn" Ha Dutsch Thun u. Fankfut am Man, 998 [Ltfn]: G. Ltfn, "Tchnsch Optk n d Paxs" Spng-Vlag Bln, Hdlbg 997 [Nauman]: Naumann, Schöd, "Baulmnt d Optk" Cal Hans Vlag, Münchn, Wn 987 [Palk]: [Völkl]: [Was]: [Wutz]: [Lssb]: Edwad D. Palk (Ed.), "Handbook of Optcal Constants of Solds", Band I und Band II Acadmc Pss Inc., Hacout Bac Javoanovch (Publshs), San Dgo, London tc. 985 F. Völkln, T. Ztt, "Enfühung n d Mkosystmtchnk" Vwg-Vlag Wsbadn, 000 R. Was (Hsg.), "Nanolctoncs and Infomaton Tchnology" Wly-VCH Wnhm, 003 M. Wutz, H. Adam, W. Walch, "Tho und Paxs d Vakuumtchnk" Vwg-Vlag Wsbadn, 99 P. H. Lssbg, "Optcal applcatons of dlctc thn flms" Rp. Pog. Phys., 970, 33, [Tpha]: F. Z. Tphan, F. E. Ghods, N. Oz, G. G. Tphan, "Dtmnaton of optcal popts of amophous Ta O 5 flms dpostd by spn- and dp-coatng mthods" Sola Engy Matals and Sola Clls, 997, 46, 3 3 [L]: [Aly]: S. W. L, A. Daga, Z.K. Xu, H. Chn, "Chaactzaton of MOCVD gown optcal coatng of Sc O 3 and Ta-dopd SnO " Matals Scnc and Engnng, 003, B99, S. A. Aly, S. A. Mahmoud, N. Z. El-Sayd, M. A. Kad, "Study on som optcal popts of thmally vapoatd V O 5 flms" Vacuum, 999, 55, [Numan]: G. A. Numan, "Ant-flctv coatngs by APCVD usng gadd ndx lays" Jounal of Non-Cystalln Solds, 997, 8, 9 99 [Rcha]: B. S. Rchads, "Sngl-matal TO doubl-lay antflcton coatngs" Sola Engy Matals and Sola Clls, 003, 79, [Matn]: C. Matnt, V. Pallad, A. Gagna, J. Josph, "Dposton of SO and TO thn flms by plasma nhancd chmcal vapo dposton fo antflcton coatng" Jounal of Non-Cystalln Solds, 997, 6, 77 8 [Ksho]: [Akn]: R. Ksho, S. N. Sngh, B. K. Das, "Scn pntd Ttanum Oxd and PECVD Slcon Ntd as antflcton coatng on slcon sola clls" Rnwabl Engy, 997, Vol., No., 3 35 Danl J. Akn, "Hgh pfomanc ant-flcton coatngs fo boadband mult-juncton sola clls" Sola Engy Matals and Sola Clls, 000, 64, FB 0 Physkalsch Tchnk 5 Pof. D. Uw Langbn

26 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn [Adama]: Z.N. Adaman, A. P. Hakhoyan, V, M. Aoutounan, R. S. Basghan, K. Touyan, "Invstgaton of sola clls wth poous slcon as antflcton lay" Sola Engy Matals and Sola Clls, 000, 64, [Ab]: K. Ab, Y. Sanada, T. Momoto, "Ant-flctv coatngs fo CRTs by sol-gl pocss" Jounal of Sol-Gl Scncs and Tchnology, 00,, 5 66 [Hamma]: E. Hammabg, A. Roos, "Antflcton tatmnt of low-mmttng glazngs fo ngy ffcnt wndows wth hgh vsbl tansmttanc" Thn Sold Flms, 003, 44, 6 [Langl]: [Loong]: [Alln]: M. Langlt, M. Bugos, C. Coutt, C. Jmnz, C. Moant, M. Manso, "Low tmpatu ppaton of hgh factv ndx and mchancally sstant sol-gl flms fo multlay antflctv coatng applcatons" Jounal of Sol-Gl Scnc and Tchnolog, 00,, Wn-An Loong, Kuo-Dn Chu, "Ttanum monontd as an antflcton lay on alumnum mtallzaton fo submcon photolthogaphc pattnng" Smcond. Sc. Tchnol., 99, 6, J. Alln, A. Tgunna, "Antflcton coatngs fo plastc optcs" J. Phys. D: Appl. Phys., 988,, 9 95 (ECOOSA '88) [Walh]: S. Walhm, E. Schäff, J. Mlynk, U.Stn, "Nanophas-spaatd polym flms as hghpfomanc antflcton coatngs" Scnc,. Januay 999, Vol. 83, 50 5 [Gomb]: A. Gombt, M. Romml, "Btbandg Antflxbschchtungn" Foschungsvbund Sonnnng "Thmn 97/98" [Lux]: E. Lux, " Smmulatons-Softwa: Optk dünn Schchtn, Rflxon, Tansmsson bzw. Absopton von bnn lktomagntschn Wlln an Gnzflächn sow homognn Schchtn " FH-Wsbadn, FB0, Physkalsch Tchnk J) Fmnvzchns H noch ng Wbadssn von Fmn od Foschungsnchtungn, d sch mt flxvmndndn Bschchtungn bschäftg (Stand ):. -> Aus d Foschung -> Entspglung. -> Bschchtungn -> Bschchtungskatalog > Podukt -> Bschchtungn -> Entspgllungn > Komptnzn -> Bschchtung -> Antflxbschchtung auf Kunststoff > Podukt -> Gläs -> Optk -> Bschchtungn -> Btband-Multlay- Antflxbschchtung > Poducts&Applcatons -> Ant-flctv-Coatng > Publkatonn -> Thmnhft 997: Sola Gbäudtchnk -> Btbandg Antflxbschchtungn 8. a) -> Anwndungn -> Optcs -> Matals and Componnts b) -> Gschäftsfld -> advancd -> optcal Componnts c) -> Gschäftsfld -> Spcal Flat Glas od Advancd coatd Componnts. 9. optcs.unaxs.com -> Poduct Documntaton -> Poduct Goups: Ant-Rflcton Coatngs FB 0 Physkalsch Tchnk 6 Pof. D. Uw Langbn

27 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn Podsch Vlfachschchtn oh hg D o, h Dh, G ( 5.45) t t oh oh hl hl D h, l Dl, h ( 5.46) t t A A l h hl hl jβ 0 0 jβ ( 5.47) π π β nhdh nldl (5.48) λ λ lh hg hg hl Fhl! Es st ncht möglch, duch d Babtung von Fldfunktonn Objkt zu stlln. ( 5.49) Fhl! Es st ncht möglch, duch d Babtung von Fldfunktonn Objkt zu stlln. ( 5.50) Fhl! Es st ncht möglch, duch d Babtung von Fldfunktonn Objkt zu stlln.( 5.5) Abb. 5.: Podsch Schchtstapl aus abwchslnd hoch- (n h ) und ndgbchnd (n l ) Schchtn. Entttsmdum n o, Glassubstat n G Fhl! Es st ncht möglch, duch d Babtung von Fldfunktonn Objkt zu stlln. ( 5.5) Fhl! Es st ncht möglch, duch d Babtung von Fldfunktonn Objkt zu stlln. ( 5.53) Fhl! Es st ncht möglch, duch d Babtung von Fldfunktonn Objkt zu stlln. ( 5.54) Fhl! Es st ncht möglch, duch d Babtung von Fldfunktonn Objkt zu stlln.( 5.55) Fhl! Es st ncht möglch, duch d Babtung von Fldfunktonn Objkt zu stlln. ( 5.56) Fhl! Es st ncht möglch, duch d Babtung von Fldfunktonn Objkt zu stlln.( 5.57) FB 0 Physkalsch Tchnk 7 Pof. D. Uw Langbn

28 Lhvanstaltung "Optk " Lchtausbtung n optschn Mdn FB 0 Physkalsch Tchnk 8 Pof. D. Uw Langbn