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Hintergrundinformationen zu weißem Diffusionsglas

Hintergrundinformationen zu weißem Diffusionsglas

Das Gesetz der Erhaltung der Energie verlangt, bei Lichttransfers von einem Medium in ein anderes Medium, die gesamte Energie zu berücksichtigen. Die Gesamtenergie eines Systems kann in vier Teile unterteilt werden: Transmission, Reflexion, Absorption und Streuung. Alle vier Parameter hängen von den chemischen Eigenschaften des Materials und der Oberflächengüte ab. Es gibt verschiedene Optiken, um die Energie für einen oder mehrere dieser Parameter zu maximieren bzw. zu minimieren. Für Spiegel gilt: Transmission, Absorption und Streuung werden minimiert, die Reflexion wird maximiert. Für eine Linse gilt: Streuung, Reflexion und Absorption werden minimiert, die Transmission wird maximiert. Bei weißem Diffusionsglas wird die Streuung maximiert, Absorption und Transmission werden durch Anpassung der Dicke des Diffusors abgestimmt.

Weißes Diffusionsglas ist ein kolloides Material, das den Tyndall-Effekt nutzt, um Streulicht zu erzeugen. Bei der Tyndall-Streuung müssen die Partikel, die die Streuung bewirken, in etwa die gleiche Größe haben wie die Wellenlänge des zu streuenden Lichts. Wenn Sie die Materialstreuung sehen können (weiße opake Fläche), muss die Partikelgröße in etwa identisch sein mit der Wellenlänge des sichtbaren Lichts. Je höher die Wellenlänge des einfallenden Lichts ist, umso stärker sinkt die Lichtstärke des gestreuten Lichts und umso höher steigt die Lichtstärke des unverändert durch das Material transmittierten Lichts. Bild 1 zeigt einen Lichtstrahl von 1.064 nm, transmittiert durch eine polierte Oberfläche eines weißen Diffusionsglases. Der Lichtfleck in dem Bild zeigt, dass bei einer Wellenlänge von 1.064 nm ein gewisser Lichtanteil ungestreut transmittiert wird. Wellenlängen im sichtbaren Spektrum werden durch das weiße Diffusionsglas vollständig gestreut.

Zur Herstellung eines Diffusors, der sich sowohl für das sichtbare Spektrum als auch für langwelligeres Licht eignet, muss nur ein zweiter Streumechanismus ergänzt werden, der eine andere Wellenlänge beeinflusst.

Bild 1: Durch poliertes weißes Diffusionsglas gestreuter Lichtstrahl von 1.064 nm
Bild 1: Durch poliertes weißes Diffusionsglas gestreuter Lichtstrahl von 1.064 nm.
Bild 2: Durch mattes weißes Diffusionsglas gestreuter Lichtstrahl von 1.064 nm
Bild 2: Durch mattes weißes Diffusionsglas gestreuter Lichtstrahl von 1.064 nm.

Die geometrische Streuung tritt ein, wenn die Geometrie, die das Licht streut, wesentlich größer ist als die Wellenlänge des Lichts. Einfach gesagt, wenn Licht auf eine Oberfläche fällt, deren Normalen zufällig angeordnet sind, wird das Licht auf der Oberfläche in zufälligen Winkeln gebrochen. Dieser Mechanismus wirkt bei matten Diffusoren. Wenn eine sandgestrahlte Oberfläche zu einem kolloiden Material hinzugefügt wird, entsteht ein Diffusor, der in einem breiten Wellenlängenbereich einsetzbar ist. Bild 2 zeigt einen Lichtstrahl von 1.064 nm, der einen matten weißen Diffusor passiert. Beachten Sie, dass aufgrund der verschiedenen Streumechanismen kein Lichtfleck vorhanden ist.

Zur Maximierung der Systemeigenschaften müssen die drei anderen Formen des Energietransfers berücksichtigt werden. Bei weißem Diffusionsglas wird das Material auf eine Dicke von 1,25 mm poliert, um ein Gleichgewicht zwischen Transmission und Absorption zu erreichen. Weißes Diffusionsglas kann auf verschiedene Dicken poliert werden, um die Eigenschaften an die Anwendung anzupassen. Im Folgenden die Transmissionskurven für poliertes, weißes Diffusionsglas verschiedener Dicke.

Bild 3: Transmission bei weißem Diffusionsglas verschiedener Dicke
Bild 3: Transmission bei weißem Diffusionsglas verschiedener Dicke

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