Optische Eigenschaften von Glas, wie Licht und Glas Interact - GLASS UMWANDELNlcd LIGHT
Optische Eigenschaften von Glas: Wie Licht und Glas Interact
Dies ist der zweite Artikel in einer dreiteiligen Serie, die die thermischen Bewertungen. optische und mechanische Eigenschaften von Glas. Wir werden gemeinsame Glaseigenschaften festlegen und deren Anwendung und Bedeutung bei der Bauteilgestaltung erklären.
Die optischen Eigenschaften eines Materials bestimmen, wie sie mit Licht in Wechselwirkung treten wird. Heute verwenden die meisten Ingenieure fortschrittliche Software-Tools, um die Eigenschaften eines Materials und deren Auswirkungen auf die optische Leistung zu simulieren. Dennoch Vertrautheit mit einigen grundlegenden optischen Eigenschaften werden Ingenieure helfen, das richtige Material für ihre Anwendung auszuwählen. In diesem Artikel, wir Brechungsindex, Transmission, Absorption und Wellenlängenabhängigkeit und diskutieren, wie diese Eigenschaften Auswirkungen Produktdesign überprüfen.
Brechungsindex
Sie sind vermutlich mit dem Konzept der „Reisen mit der Geschwindigkeit des Lichts“ vertraut, aber wussten Sie, dass die Lichtgeschwindigkeit ändern? Licht die Geschwindigkeit reduziert wird, wenn es durch ein Medium bewegt sich durch die Wechselwirkung von Photonen mit Elektronen. Typischerweise höhere Elektronendichten in einem Material führen zu geringeren Geschwindigkeiten. Aus diesem Grunde Licht schnell führe in Glas, schneller in Wasser, und am schnellsten in einem Vakuum. Der Brechungsindex (n) eines Materials wird als das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit in einem Vakuum, um das Licht in dem Material definiert ist.
Wenn ein Lichtstrahl mit einer Glasoberfläche trifft, wird ein Teil des Strahls reflektiert wird und ein Teil übertragen wird. Der Brechungsindex des Glases bestimmt nicht nur, wie viel Licht reflektiert und übertragen wird, sondern auch in dem Glas seinen gebrochenen Winkel. Der Winkel der Übertragung kann unter Verwendung von Snell-Gesetz berechnet werden:
Größerer Brechungsindizes in Glas in größeren Unterschieden zwischen dem Einfallswinkel und Übertragung von Licht zur Folge hat. Die Reflexion von Licht an der Oberfläche auftritt, auf Grund einer momentanen Änderung im Brechungsindex zwischen Glas und dem umgebenden Medium. Für den normalen Einfall (& Theta; i = 0 °) reflektierte Lichtmenge wird festgestellt, indem
Anwendung:
Wenn eine Linse, die Licht überträgt, der Gestaltung, ist es notwendig, das Material des Brechungsindex zu berücksichtigen. Selbst eine kleine Änderung des Brechungsindex kann die Candela Verteilung des durchgelassenen Lichtes beeinflussen. Dies kann im folgenden Beispiel zu sehen ist, wo Licht durch zwei identisch geformte plankonvexe Linsen mit unterschiedlichen Brechungsindizes.
Absorption
Wenn Licht durch ein Glas bewegt, wird die Intensität des Lichts, typischerweise reduziert. Diese Absorption geschieht, wenn die Energie eines Photons die Energie des Lichts entspricht benötigte ein Elektron innerhalb des Glases zu seinem höheren Energiezustand zu erregen, und das Photon wird durch das Glas absorbiert wird.
Dieser Wert hängt von der Zusammensetzung und Dicke des Glases sowie die Wellenlänge des einfallenden Lichts.
Anwendung:
Seltene Erden Glasfilter werden häufig verwendet, um die Absorption und die Durchlässigkeit von Spektrophotometern zu kalibrieren. Diese Gläser absorbieren Licht bei sehr spezifischen Wellenlängen, die die Kalibrierung von gut charakterisierten Absorptionspeaks über den ultravioletten, sichtbaren und Infrarot-Spektren zu ermöglichen.
In einigen Anwendungen ist es vorteilhaft, Lichtleistung zu gleichen Teilen über alle Wellenlängen zu reduzieren. Neutraldichtefilter, beispielsweise absorbieren alle Wellenlängen nahezu gleich und werden häufig in der Fotografie verwendet, um die Intensität des Lichts zu reduzieren, ohne die Farbe zu beeinflussen. Sie sind auch zu dämpfen, Laser und andere Lichtquellen, bei denen die Leistung nicht eingestellt werden oder reduziert verwendet.
Transmission / Durchlässigkeits
Jedes Licht, das durch ein Glas nicht absorbiert wird oder an seiner Oberfläche reflektiert wird durch das Glas übertragen werden. Es ist oft sehr wichtig, genau zu wissen, wie viel Licht durch ein Glas bei bestimmten Wellenlängen passieren. Oft Gläser sind hinsichtlich ihrer Durchlässigkeit oder Transmission diskutiert. Die gleiche Information wird von diesen beiden Begriffen angegeben, aber Übertragung mit einem Bereich von 0% bis 100% und die Durchlässigkeit von 0 bis 1 angegeben.
Die Durchlässigkeit wird auch oft als interne Übertragung gemeldet und wie folgt definiert:
Externe Lässigkeit sowohl den Absorptionsverlust des Materials und den Verlust an Licht aufgrund der Reflexion an den beiden Glasflächen, während die innere Durchlässigkeit nur Absorptionsverluste des Materials enthält.
Anwendung:
Wenn eine Glaseigenschaftsblatt bewerten und einen Teil der Gestaltung, ist es wichtig zu wissen, ob die Industrie-Spezifikationen Sie versuchen, sind für die externe Übertragung oder innere Durchlässigkeit zu erfüllen. Zum Beispiel haben viele der Federal Aviation Administration (FAA) Spezifikationen für Flughafen und Luftfahrtanwendungen Anforderungen, die in externer Übertragung vorgesehen sind. SAE Aerospace Standard AS 25050 erfordert spezifische externe Übersetzungsverhältnisse für die verschiedene farbige Ware. In Abhängigkeit von der Übertragungsebene sind verschiedene Typen (A-D) an die Ware zugeordnet.
Wellenlängenabhängigkeit der Werte
Es ist wichtig zu beachten, dass alle optischen Eigenschaften vorher abhängig sind Wellenlänge beschrieben. Beispielsweise wird der Brechungsindex eines Glases ansteigt, wenn die Wellenlänge des einfallenden Lichts kürzer. Die Dispersion des Brechungsindex wird oft am Beispiel des weißen Lichtaufspaltungs gezeigt, während durch ein Prisma fährt. Nach Snell-Gesetz, da nblue> NRED. Licht mit blauen Wellenlängen brechen oder ändern Richtungen mehr, während rote Wellenlängen brechen weniger als sie eingeben, reisen aber, und lassen Oberflächen unterschiedlicher Materie.
Die Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindex wird häufig unter Verwendung der empirischen Cauchy-Gleichung beschrieben,
hier A, B und C Konstanten sind, die spezifisch für die Glaszusammensetzung. Diese Beziehung funktioniert gut für die sichtbaren Wellenlängen, aber oft nicht genau Ultraviolett- oder Infrarot Verhalten beschreiben.
Die Reflexion, Absorption und Transmission eines Glases variieren auch mit der Wellenlänge. Die Farbe eines Glas wird durch die Wellenlängen bestimmt, daß das Glas absorbiert und. Zum Beispiel kann ein Glas, die grünen, gelbe und rote Wellenlängen und überträgt blaue Wellenlängen auf das Auge erscheinen blau absorbiert. Chromaticity ist etwas, was wir wissen viel über und werden ausführlicher in einem zukünftigen Blog-Artikel diskutieren.
Anwendung:
Wie erhöht Annahme LED und herkömmliche Lichtquellen ersetzt, ist es wichtig, wie die Ausgabe ihres Lichts zu betrachten unterscheidet. Die folgende Abbildung zeigt, wie sich die spektrale Leistung variiert zwischen einem blauen, grünen und roten LED im Vergleich zu einer Glühlampe (CIE Illuminant A) Quelle. Farbige LEDs haben schmale Wellenlängenbänder von emittiertem Licht, die berücksichtigt werden müssen, wenn für bestimmte Anwendungswellenlängen zu entwerfen.
Bisher in dieser Reihe haben wir thermische und optische Eigenschaften von Glas und die Auswirkungen auf Produktdesign diskutiert. Dies sind nur zwei Elemente erfolgreichen Designs. Unser letzter Artikel dieser Serie wird die mechanischen Eigenschaften von Glas erkunden. die besonders relevant, wenn die Produkte in rauen Umgebungen eingesetzt werden oder unterliegen korrosive Chemikalien.
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Über den Autor
Justine Galbraith als Glasingenieur bei Kopp Glas, Justine Leidenschaft für Glas und Licht hat dazu geführt, ihre neue Zusammensetzungen zu entwickeln, die die Grenzen der technischen Glasherstellung schieben. Justine hat einen Ph.D. in Physik von der Dalhousie University.