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(N)IR‐ Strahlungsquellen
Fabian Immink
26.06.2016
Übersicht
1. Geschichte
2. Spektralbereich
3. Schwarzkörperstrahler
3.1 Wien‘sches Verschiebungsgesetz3.2 Planck'sches Strahlungsgesetz3.3 Schwarzkörper Strahlungsquellen
4. IR‐LED
5. IR‐Laser
6. Organische IR‐Leuchtstoffe
7. Anwendungen(N)IR‐Strahlungsquellen
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 WilhemWien entwickelt das wienscheVerschiebungsgesetz
(N)IR‐Strahlungsquellen3
Friedrich Wilhelm Herschel *15.11.1738; † 25.08.1822
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)
(N)IR‐Strahlungsquellen4
Infraroter Spektralbereichnach DIN 5031 und ISO 20473
(N)IR‐Strahlungsquellen5
DIN 5031 IR‐A IR‐B IR‐C
ISO 20473 NIR MIR FIR
Wellenlänge [µm] 0,78 – 1,4 1,4 – 3,0 3,0 – 50 50 – 1000
Wellenzahl ̅[cm‐1] 12800 – 7100 7100 – 3300 3300 – 200 200 ‐ 10
Temperatur nach Wien > 3700 K 1000 – 60 K < 3 K
Eindringtiefe 5,0 mm 2,0 mm 0,3 mm
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
(N)IR‐Strahlungsquellen6
Wien‘schesVerschiebungsgesetz
Wiensches Strahlungsgesetz
(N)IR‐Strahlungsquellen7
λ 2897,8μ
ϕ λ λ ∙ 1⁄
Planck‘sches Strahlungsgesetz
(N)IR‐Strahlungsquellen8
λ, 2 ∙ ∙
λ ∙ ∙
∙ ∙ 1
= Plansche Konstante 6,6260755 ∙ 10 = Lichtgeschwindigkeit 299792458
λ = Wellenlänge [m]= Boltzmann Konstante 1,380658 ∙ 10 = Temperatur [K]
Wolframlampe
• Wolframwendel • Temperatur 2700 K
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Nernst‐Stift• Bestandteile:
• Zirconiumoxid (ZrO2) 90 %• Yttriumoxid (Y2O3) 7 %• Erbiumoxid (Er2O3) 3 %
• Temperatur• 1100 K (10 Watt)• 1500 K (30 Watt)
• Lebensdauer• 3 Jahre (10 Watt)• 400 Stunden (30 Watt)
• Spektrum• 1 bis 24 µm
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Nernst‐stift
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Globar
• Globar – „Glow“ (Glühen) und „bar“ (Stab)• Siliciumcarbid• Temperatur 1500 K
(N)IR‐Strahlungsquellen12
0,00E+00
2,00E+01
4,00E+01
6,00E+01
8,00E+01
1,00E+02
1,20E+02
200 1200 2200 3200 4200
Spektrale Strahlun
gsdichte [W
m‐2nm
‐1]
Wellenlänge λ [nm]
IR‐Leuchtdioden (LED)Aufbau
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LED‐Strahlungsquelle
Leuchtstoff: (GaAl)AsHandelsname: HAT‐P178IRAQEmission: 947 nm (1,31 eV)Preis: 1,25 €
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LED‐Strahlungsquelle
Leuchtstoff: GaAsHandelsname: HT‐P178IRPQEmission: 852 nm (1,46 eV)Preis: 5 €
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IR ‐ Laser
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NIR/MIR‐Laserkristalle
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Kristall Emission[nm]
Pump Wellenlängen[nm]
YAG:Nd94610641319
808
YVO4:Nd91410641342
808
YAG:Nd,Ce 1064
YAG:Nd,Ce,Tb 1064
GdVO4:Nd 1062,9 808
YAG:Cr4+ 1350 ‐ 1600 1064
YAG:Yb 1030 940970
Al2O3:Ti 660 – 1050 (max. 795) 400 – 600 (max. 488)
YAG:Er 2940 600 ‐ 800
YAG:Tm,Cr,Ho 2097 781
Organische IR‐Leuchtstoffe
Platin‐KomplexPt2+ [Xe]4f14 5d8
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Organische IR‐Leuchtstoffe
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Anwendungen
• Infrarot‐Fernbedienung• Datenübertragung in Glasfaserkabel• CD‐Spieler• Sensoren (Lichtschranken, Bewegungsmelder)• Materialbearbeitung• Medizin• Strahlungsquelle in der Analytik
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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/einlstrahler_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.fh‐muenster.de/fb1/personal/professoren/juestel/pisa.php
• Datenbank: Light Sources Information and Spectra Access (LISA); https://www.fh‐muenster.de/fb1/personal/professoren/juestel/LISA.php
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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
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