(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

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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

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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)

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Infraroter Spektralbereichnach DIN 5031 und ISO 20473

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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

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Wien‘schesVerschiebungsgesetz

Wiensches Strahlungsgesetz

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λ 2897,8μ

ϕ λ λ ∙ 1⁄

Planck‘sches Strahlungsgesetz

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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

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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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