(N)IR Strahlungsquellen Fabian Immink 26.06.2016
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
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 *15.11.1738; 25.08.1822 3
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
Infraroter Spektralbereich nach DIN 5031 und ISO 20473 DIN 5031 IR A IR B IR C ISO 20473 NIR MIR FIR Wellenlänge [µm] Wellenzahl [cm 1 ] Temperatur nach Wien 0,78 1,4 1,4 3,0 3,0 50 50 1000 12800 7100 7100 3300 3300 200 200 10 > 3700 K 1000 60 K <3 K Eindringtiefe 5,0 mm 2,0 mm 0,3 mm 5
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
Wien sches Verschiebungsgesetz λ 2897,8 μ Wiensches Strahlungsgesetz ϕ λ λ 1 7
Planck sches Strahlungsgesetz λ, λ 2 1 = Plansche Konstante 6,6260755 10 = Lichtgeschwindigkeit 299 792 458 λ = Wellenlänge [m] = Boltzmann Konstante 1,380658 10 = Temperatur [K] 8
Wolframlampe Wolframwendel Temperatur 2700 K 9
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
Nernst stift 11
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+00 200 1200 2200 3200 4200 Wellenlänge λ [nm] 12
IR Leuchtdioden (LED) Aufbau 13
LED Strahlungsquelle Leuchtstoff: (GaAl)As Handelsname: HAT P178IRAQ Emission: 947 nm (1,31 ev) Preis: 1,25 14
LED Strahlungsquelle Leuchtstoff: GaAs Handelsname: HT P178IRPQ Emission: 852 nm (1,46 ev) Preis: 5 15
IR Laser 16
NIR/MIR Laserkristalle YAG:Nd Kristall Emission [nm] 946 1064 1319 914 YVO 4 :Nd 1064 1342 YAG:Nd,Ce 1064 YAG:Nd,Ce,Tb 1064 Pump Wellenlängen [nm] 808 808 GdVO 4 :Nd 1062,9 808 YAG:Cr 4+ 1350 1600 1064 YAG:Yb 1030 940 970 Al 2 O 3 :Ti 660 1050 (max. 795) 400 600 (max. 488) YAG:Er 2940 600 800 YAG:Tm,Cr,Ho 2097 781 17
Organische IR Leuchtstoffe Platin Komplex Pt 2+ [Xe]4f 14 5d 8 18
Organische IR Leuchtstoffe 19
Anwendungen Infrarot Fernbedienung Datenübertragung in Glasfaserkabel CD Spieler Sensoren (Lichtschranken, Bewegungsmelder) Materialbearbeitung Medizin Strahlungsquelle in der Analytik 20
Quellen http://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/ch/3/anc/ir_spek/ir_geraete.vl 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 32611 7200, United States http://www.google.com/patents/us4639999; High resolution, high efficiency I.R. LED printing array fabrication method; US 4639999 A Datenbank: Phosphor Information and Spectra Access (PISA); https://www.fhmuenster.de/fb1/personal/professoren/juestel/pisa.php Datenbank: Light Sources Information and Spectra Access (LISA); https://www.fhmuenster.de/fb1/personal/professoren/juestel/lisa.php 21
Quellen Unterlagen zur Vorlesung Funktionsmaterialen von Prof. Dr. Jüstel an der FH Münster http://www.chemie.de/lexikon/infrarotstrahlung.html http://www.lasercomponents.com/de/produkt/laserstaebe/ http://www.spektrum.de/lexikon/astronomie/planckscher strahler/348 http://www.lot qd.de/de/de/home/ir sources/?needle=ir sources 22