Vorlesung Glas-Grundlagen, SS 2016, PD Dr.-Ing. Guido Falk

Materialwissenschaft und Werkstofftechnik an der Universität des Saarlandes

HANDOUT

Vorlesung:

Glas-Grundlagen

Optische Eigenschaften

von Gläsern

14.07.2016

Leitsatz: „... die Themen der klassischen Optik wie Brechung, Reflexion, Transmission, Farbe angesprochen. Aber die Eigenschaften der Gläser und ihrer Schmelzen im IR-Bereich sind nicht weniger wichtig. Dies gilt z. B. für das Bauingenieurwesen und die Automobilbranche, wo die Kontrolle des Strahlungswärmeflusses in Gebäude, Autos, etc. hinein bzw. aus ihnen heraus wichtig ist. Sehr viel Energie wird z. B. weltweit zum Heizen oder Kühlen von Gebäuden eingesetzt. Darüber hinaus hängt die Ener-gieübertragung vom Energieträger auf die Glasschmelze im industriellen Her-stellungsprozess oder das Erwärmen und Abkühlen beim Verformungsprozess wesentlich von den spektralen Eigenschaften des Glases im IR-Bereich ab.“

Prof. Dr. rer. nat. R. Conradt, RWTH Aachen

Vorlesung Glas-Grundlagen, SS 2016, PD Dr.-Ing. Guido Falk

„Glas-Grundlagen“

„Optische Eigenschaften von Gläsern“

Ziele

Inhalte

Grundlagen EM-Strahlung und optischer Bereich Grundlagen zur Dielektrischen Funktion

Brechungsindex und Fresnel-Gleichungen Grundlagen, exp. Methoden und Anwendungen

Optische Gläser und Trübgläser Kennzeichen und Beispiele

Absorptionsverhalten von Gläsern Mechanismen und Mikrostruktureinfluss

Material- und werkstoffwissenschaftliche Grundlagen der opti-schen Eigenschaften von Gläsern herleiten können

ð Grundlagen der Wechselwirkung von Gläsern mit elektromag-netischen Wellen ableiten können (Strahlung/opt. Bereich)

ð Brechungsindex von Gläsern: Grundlagen, experimentelle Be-stimmung und Anwendungen

ð Optische Gläser und Trübgläser bewerten können ð Absorptionsverhalten von Gläsern einordnen können

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Lerntafel 1 Grundlagen EM-Strahlung und opt. Bereich

Elektromagnetisches Spektrum, Frequenzbereiche nach [2]

Dielektrische Funktionen

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Einteilung optischer Strahlung

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Lerntafel 2 Brechungsindex und Fresnel-Gleichungen

Historische Entwicklung der Gläser

Abbe-Diagramm

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Definition Brechungsindex

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Fraunhofer Linien (Auswahl)

Diskussion der Amplitudenverhältnisse

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Brewster-Winkel

Reflexion bei schräger Inzidenz

Reflexion bei schräger Inzidenz nach Clasen (Fresnel Gleichungen)

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

0 20 40 60 80

Rs, n=1,5

Rp, n=1,5

Rs, n=2,0

Rp, n=2,0

Rs, n=2,5

Rp, n=2,5

Ref

lexi

on

Einfallswinkel [Grad]

Reflexion bei schräger Inzidenz (Fresnel-Gleichungen)

Reflexe Fresnelformel (Glas I -opt. Eigenschaften)

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Reflexion an der Grenzfläche Luft-Glas

Experimentelle Bestimmung des Brechungsindex

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14

1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1

Ref

lexi

on

BrechungsindexReflexion = f(n) (Glas I - opt. Eigenschaften)

Reflexion an einer Grenzfläche Luft-Glas

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Abbé-Refraktometer

Refraktometer nach Jelly

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Vergleich Brechungsindex Glas und Polymere

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Lerntafel 3 Optische Gläser und Trübgläser

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Merke:

Brechungsindex ausgewählter optischer Gläser als Funktion der Dichte nach Clasen

1,45

1,5

1,55

1,6

1,65

1,7

1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5

BariumglasSilikatglasBoratglas

Dichte [g/mL]

Brec

hung

sind

ex n D

nach: Y. Tang et al., J. Non-Cryst. Sol 189 (1995)251-257

Na/Ba-Boro-/Silikatgläser

Na/Ba-Boro-/Silikatgläser (Glas I - opt. Eigenschaften)

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Lerntafel 4 Absorptionsverhalten von Gläsern

Absorption

Einfluss der Teilchenform auf die Absorption

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IR-Transmissionsverhalten von SiO2

Merke: