(N)IR Strahlungsquellen

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1 (N)IR Strahlungsquellen Fabian Immink

2 Übersicht 1. Geschichte 2. Spektralbereich 3. Schwarzkörperstrahler 3.1 Wien sches Verschiebungsgesetz 3.2 Planck'sches Strahlungsgesetz 3.3 Schwarzkörper Strahlungsquellen 4. IR LED 5. IR Laser 6. Organische IR Leuchtstoffe 7. Anwendungen 2

3 Geschichte 1666 spaltete Isaac Newton mit einen Prima das Sonnenlicht in seine eine einzelne Farben auf um 1800 entdeckt der deutsch britische Astronom Friedrich Wilhelm Herschel die Infrarotstrahlung 1859 Gustav Robert Kirchhoff formuliert das Kirchhoffsches Strahlungsgesetzt 1893/94 Wilhem Wien entwickelt das wiensche Verschiebungsgesetz Friedrich Wilhelm Herschel * ;

4 Geschichte 1893 Patentierung der Nernstlampe 1900 Max Planck entwickelt das plancksche Strahlungsgesetz 1925 Patent des Globar 1961 Patentierung der Galliumasenid (GaAs) IR LED 1964 Entdeckung des NIR Laser (1966 Patent) 4

5 Infraroter Spektralbereich nach DIN 5031 und ISO DIN 5031 IR A IR B IR C ISO NIR MIR FIR Wellenlänge [µm] Wellenzahl [cm 1 ] Temperatur nach Wien 0,78 1,4 1,4 3,0 3, > 3700 K K <3 K Eindringtiefe 5,0 mm 2,0 mm 0,3 mm 5

6 Schwarzkörperstrahler Planck scher Strahler Absorbiert auftreffende elektromagnetische Strahlung vollständig Lässt keine Strahlung hindurch Spiegelt und streut nicht Sendet eine Wärmestrahlung (schwarze Strahlung) elektromagnetische Strahlung aus 6

7 Wien sches Verschiebungsgesetz λ 2897,8 μ Wiensches Strahlungsgesetz ϕ λ λ 1 7

8 Planck sches Strahlungsgesetz λ, λ 2 1 = Plansche Konstante 6, = Lichtgeschwindigkeit λ = Wellenlänge [m] = Boltzmann Konstante 1, = Temperatur [K] 8

9 Wolframlampe Wolframwendel Temperatur 2700 K 9

10 Nernst Stift Bestandteile: Zirconiumoxid (ZrO 2 ) 90 % Yttriumoxid (Y 2 O 3 ) 7 % Erbiumoxid (Er 2 O 3 ) 3 % Temperatur 1100 K (10 Watt) 1500 K (30 Watt) Lebensdauer 3 Jahre (10 Watt) 400 Stunden (30 Watt) Spektrum 1 bis 24 µm 10

11 Nernst stift 11

12 Globar Globar Glow (Glühen) und bar (Stab) Siliciumcarbid Temperatur 1500 K Spektrale Strahlungsdichte [Wm 2 nm 1 ] 1,20E+02 1,00E+02 8,00E+01 6,00E+01 4,00E+01 2,00E+01 0,00E Wellenlänge λ [nm] 12

13 IR Leuchtdioden (LED) Aufbau 13

14 LED Strahlungsquelle Leuchtstoff: (GaAl)As Handelsname: HAT P178IRAQ Emission: 947 nm (1,31 ev) Preis: 1,25 14

15 LED Strahlungsquelle Leuchtstoff: GaAs Handelsname: HT P178IRPQ Emission: 852 nm (1,46 ev) Preis: 5 15

16 IR Laser 16

17 NIR/MIR Laserkristalle YAG:Nd Kristall Emission [nm] YVO 4 :Nd YAG:Nd,Ce 1064 YAG:Nd,Ce,Tb 1064 Pump Wellenlängen [nm] GdVO 4 :Nd 1062,9 808 YAG:Cr YAG:Yb Al 2 O 3 :Ti (max. 795) (max. 488) YAG:Er YAG:Tm,Cr,Ho

18 Organische IR Leuchtstoffe Platin Komplex Pt 2+ [Xe]4f 14 5d 8 18

19 Organische IR Leuchtstoffe 19

20 Anwendungen Infrarot Fernbedienung Datenübertragung in Glasfaserkabel CD Spieler Sensoren (Lichtschranken, Bewegungsmelder) Materialbearbeitung Medizin Strahlungsquelle in der Analytik 20

21 Quellen u/page/vsc/de/ch/3/anc/ir_spek/ir_spektroskopie/ir_geraetetechnik/ir_8_1/einlst rahler_m35ht0101.vscml.html Photophysical Properties of Near Infrared Phosphorescent π Extended Platinum Porphyrins; Jonathan R. Sommer, Abigail H. Shelton, Anand Parthasarathy, Ion Ghiviriga, John R. Reynolds, and Kirk S. Schanze; Department of Chemistry and Center for Macromolecular Science and Engineering, University of Florida, Gainesville, Florida , United States High resolution, high efficiency I.R. LED printing array fabrication method; US A Datenbank: Phosphor Information and Spectra Access (PISA); Datenbank: Light Sources Information and Spectra Access (LISA); 21

22 Quellen Unterlagen zur Vorlesung Funktionsmaterialen von Prof. Dr. Jüstel an der FH Münster strahler/348 qd.de/de/de/home/ir sources/?needle=ir sources 22