63
Vorlesungsexperiment Abbildung mit dünnen Sammellinsen p. 61
VorlesungsexperimentAbbildung mit dünnen Sammellinsen
p. 61
Dünne Zerstreuungs‐Linsen (Konkavlinsen)Bild: H. Höller&C. Primetshofer, Uni Wien
1. Zerstreuungslinsen erzeugen immer ein
aufrechtes, verkleinertes, virtuelles Bild des Objekts
2. Für den Abbildungsmaßstab gilt wieder: B/G=b/g
p. 62
3. Ebene Wellen → divergente sphärische Wellen
VorlesungsexperimentAbbildung mit dünnenAbbildung mit dünnen Zerstreuungslinsen
p. 63
Dünne Linsentypische Bauformen
p. 64Bild aus: http://de.wikipedia.org/wiki/Linse_%28Optik%29
Definition der Dioptrie = Brechkraft
Die Dioptrie ist die Reziproke Brennweite
Beispiel:
F=0.25 m → D= 1/0.25 = 4 dpt→ / p
Typische Dioptriezahlen der Korrekturgläser in der Augenoptik:
D= ‐10…10 dpt
f= ± 10 …∞ cm (letzteres ist Fensterglas…)
Positive Dioptrien = positive Brennweite = Sammellinse
p. 65
2.3.3. Dicke Linsen / LinsensystemeDefinitionen
Bild: H. Höller&C. Primetshofer, Uni Wien
Hauptebenen = ‚hypothetische‘ Ebenen,die bei der Konstruktion des Bildes verwendet werden
H1 : ‚bricht‘ links einlaufenden Parallelstrahl zum Brennpunkt F2
H2 : ‚bricht‘ rechts einlaufenden Parallelstrahl zum Brennpunkt F1
Numerische Bestimmung: Raytracing (s.u.)
Experimentelle Bestimmung: Besselverfahren (s. Praktikum)
p. 66
2.3.4 Matrixoptik (1)Einführung am Beispiel der freien Ausbreitung
Bild nach: D. Meschede Optik, Licht und Laser, Teubner Verlag
Idee:
Jede lineare Abbildung kann durch Matrizen formal erfasst werden
Relevante Parameter sind
Höhe über optischer Achse: r1Winkel zur optischen Achse α
Optische AchseAchse
p. 67
Matrixoptik (2)Brechung an ebener Grenzschicht
Bild: H. Höller & C. Primetshofer, Uni Wien
Keine Änderung im Ort:
Änderung im Winkel (Snellius)
Transformationsmatrix
p. 68
Matrixoptik (3)Brechung an einer sphärischen Grenzschicht
Definitionen im Diagramm
Keine Änderung im Ort:Keine Änderung im Ort:
Änderung imWinkel (Snellius)Änderung im Winkel (Snellius)
Transformationsmatrix
p. 69
Matrixoptik (4)Brechung an dünner Linse
Keine Änderung im Ort:
Änderung im Winkel :
r1 α
f
α2
TransformationsmatrixTransformationsmatrix
Gilt auch für sphärischen Spiegel mitGilt auch für sphärischen Spiegel mit
p. 70
Matrixoptik für Linsensysteme oder Spiegelsysteme
Die linearen Transformationen werden hintereinander ausgeführt
Siehe auch:
Dicke Linsen
Laserresonatoren…
3D Grafiken in Computerspielen
p. 71
3D Grafiken in Computerspielen
Zwei dünne Linsen im direkten Kontakt…
r1
f
r1 α2
Faustregel:
die Brechkraft zweier dünner Linsen im direkten Kontakt ist additiv
p. 72
Zwei dünne Linsen im Abstand d
r1
d
f
r1 α2
Eine Vergrößerung des Abstands vergrößert die Brechkraft
Unterschied: Brille und Kontaktlinse !!Unterschied: Brille und Kontaktlinse !!
p. 73
AbbildungsfehlerAbbildungsfehler
p. 74
Sphärische AberrationAus: Wikipedia
Beobachtung
R d t hl h b kü B kt l Z t l t hlRandstrahlen haben kürzeren Brennpunkt als Zentralstrahlen
Bild erscheint unscharf
Korrektur:Korrektur:
asphärische Linsenformen
Ausblenden der achsenfernen Strahlen
Verteilen der Linsenkrümmung auf beide Flächen
p. 75
Chromatische Aberration und Achromate
Der Brechungsindex ist wellenlängenabhängig
Blau wird stärker gebrochen als Rot: verschiedene BrennweitenBlau wird stärker gebrochen als Rot: verschiedene Brennweiten
Kann in ‚Achromaten‘ und Spiegelsystemen vermieden werden !!
Aus: Wikipedia
Chromatische Aberration Achromatisches Ensemble
p. 76
Astigmatismus = "Punktlosigkeit"Schon bei schmalen schrägen Strahlenbündeln
Bild nach: D. Meschede Optik, Licht und Laser, Teubner Verlag
Schräger Strahleinfall auf Linse
Versch. Winkel zum Lot auf Linse in x‐ und y‐Richtung
Die Brennweite ist von der Schnittebene abhängig
Meridionale Ebene (in Auslenkung des Strahls)
Sagittale Ebene (senkrecht zur Auslenkung des Strahls)
Brennlinien statt Brennpunkt :→ AstigmatismusAbbildung eines Kreuzgitters
Brennlinien statt Brennpunkt : → Astigmatismus
p. 77
M. Czirkovits, P. Dangl, Uni Wien
Astigmatismus im Versuch: Abbildung eines Kreuzgitters
p. 78
"Die" Koma = Schweif (griechisch κόμη = Haar). Spährische Aberration bei breiten schrägen Strahlenbündeln
Die Koma gibt es bei sphärischen Linsen und Spiegeln
G hGegenmassnahmen
Abblenden der Randstrahlen
‚Aplanate‘ (Objektive oder Spiegel mit Korrektur für die Randstrahlen)‚Aplanate (Objektive oder Spiegel mit Korrektur für die Randstrahlen)
Aus: Unibasel
Beispiel: Sternbild im FernrohrBeispiel: Sternbild im Fernrohr.
Links : fehlerfreie Abbildung
Rechts : starke Koma.p. 79Bilder Wikipedia
Bildfeldwölbung
Das Bild wird nicht in einer Ebene, sondern auf einer gewölbten Fläche erzeugt. äc e e eugt.
Die Brennweite ist von der Bildhöhe abhängigDie Brennweite ist von der Bildhöhe abhängig,
je weiter der Objektpunkt von der Achse entfernt ist , umso mehr ist der Bildpunkt zur Linse hin verschoben.
Bildfeldwölbung kann durch Linsensysteme minimiert werden
p. 80
Verzeichnungen (sind Blendeneffekte)
Abbildungsmaßstab abhängig vom Abstand des Objektpunkts von der optischen Achsej p p
Geraden werden dadurch zu Bögen
Abnehmende Vergrößerung: Tonneg g
Zunehmende Vergrößerung: Kissen
Beispiel: Fish‐Eye Objektive (Weitwinkel)
p. 81Bild aus: Wikipedia
Schärfentiefe Bild aus: Wikipedia
Große Winkeldivergenz
Enger Fokus
Gute optische Auflösung
Aber schlechte SchärfentiefeAber schlechte Schärfentiefe
Die Schärfentiefe wächst mit
Längerer Brennweite
Sinkender Blende ( di i hl h F k i )(notwendigerweise schlechtere Fokussierung …)
Bei automatischer Belichtung im FotoapparatBei automatischer Belichtung im Fotoapparat
Landschaft = kleine Blende und lange Belichtungszeit
Porträt = große Blende und kurze Belichtungszeit
p. 82
Kaustiken: Folgen der sphärischen AberrationIntensitätsüberhöhung an der Einhüllenden eines Strahlenbündels
Kata‐Kaustik
„Kaffeetassen‐Kaustik“
Reflexion des Strahlenbündels an gewölbter Fläche.
mathematisch oft: Kardioide oder Nephroide
Dia‐Kaustik
W l K tik“„Wasserglas‐Kaustik“
Brechung eines Strahlenbündels an gewölbter Grenzfläche
Ortsabhängige Brechung der Lichtstrahlen g g g
Helligkeitsüberhöhung der Einhüllendenaller Strahlen.
p. 83Bilder aus: Wikipedia
2.4. Reflektion von Licht
p. 84
2.4. 1. Reflektionsgesetz Herleitung über Huygens…
Da die Laufzeiten der Wellen gleich sind, müssen auch die Winkel der Einhüllenden gleich seing
Einfallswinkel = Ausfallswinkel
p. 85Bild nach:Tipler „Physik“, Spektrum Verlag
Spekulare Reflexion:Das Spiegelgesetz abgeleitet über das Prinzip von Fermat
F D Li h ähl d W l L f i !Fermat: Das Licht wählt den Weg extremaler Laufzeit !
Von P aus ist der scheibare Herkunftsort des Strahls von A in A‘(verbunden über Lot auf Spiegel)(verbunden über Lot auf Spiegel)
Der kürzeste Weg zwischen zwei Punkten ist eine Gerade
Der Weg A P B ist somit der kürzeste WegDer Weg A‐P‐B ist somit der kürzeste Weg
→ Einfallswinkel = Ausfallswinkel
p. 86Bild nach:Tipler „Physik“, Spektrum Verlag
2.4.2. Abbildung mit dem HohlspiegelBild nach:Tipler „Physik“, Spektrum Verlag
Einsetzen:
Ausserdem in parax. Näherung
Alle Linsengesetze übertragbar mit:
Spiegelgleichung :
Alle Linsengesetze übertragbar mit:
p. 87
Abbildung mit dem sphärischen Hohlspiegel(Konkavspiegel, positive Krümmung)
Gegenstand weiter als Brennpunkt: g>f
Verkleinertes, reelles umgekehrtes Bild, g
Foto: M. Czirkovits & P. Dangl, Uni Wien
Gegenstand näher als Brennpunkt : g<f
Aufrechtes, vergrößertes, virtuelles Bild
Beispiel: Rasierspiegel
p. 88
Brennstrahlen und Parallelstrahlen am sphärischen Hohlspiegel
Foto: M. Czirkovits & P. Dangl, Uni Wien
p. 89
Abbildung mit dem sphärischen Wölbspiegel (Konvexspiegel, negative Krümmung)
Das Bild ist:
Virtuell (nicht auf einem Schirm zu fangen)Virtuell (nicht auf einem Schirm zu fangen)
Aufrecht
Verkleinert
Anwendung:
Unübersichtliche Straßeneinfahrten
Überwachungsspiegel in Geschäften
Rückspiegel von AutosRückspiegel von Autos
Warnung auf US-Autospiegeln:"OBJECTS ARE CLOSER THAN THEY APPEAR"
p. 90
Wölbspiegel im Wellenbild
p. 91Bild nach:Tipler „Physik“, Spektrum Verlag
Abbildungsfehler reflektiver Optiken
Chromatische Aberration: NEIN !
Sphärische Aberration: Ja, Kompensation durch Parabolspiegel !
Bildfeldwölbung: ja aber durch Parabolspiegeln kompensierbar
Astigmatismus: Ja, Kompensation durch planparallele Platten !
Nur Fokusverlängerung in Einfallsebene
p. 92
Senkrecht dazu f=r/2
Stabilitätskriterium für einen 2‐Spiegel‐LaserresonatorBild: D. Meschede Optik, Licht und Laser, Teubner Verlag
Äquivalent :
2‐Spiegelresonator ↔ Linsenkette
Roundtrip‐Matrix : freie Propagation – Spiegel – freie Propagation – Spiegel
Definiere Resonatorparameter
p. 93
2‐Spiegel‐Resonator in Matrixoptik …
Suche Eigenvektoren
Eigenwert:
W l i t l füWurzel ist reel für
Wurzel ist rein imaginär für
Stabilitätsbedingung |λ|=1 , wenn Wurzel imaginär (dann reproduziert sich der Lichtstrahl)
p. 94
Matrixoptik für SpiegelsystemeDer Laserresonator
p. 95
2.5. Optische Instrumentep
p. 96
2.5.1 Das Auge
Linse: 19 ‐ 33 Dioptrien
Stäbchen: 125 000 000
fZapfen: 7 000 000
Netzhaut‐Schaltzellen: 2 000 000
Sehnerv Durchmesser: 3 ‐ 7 mmSehnerv Durchmesser: 3 7 mm
Nervenfasern im Sehnerv 1 000 000
Sehwinkel eines Zapfens: 0.4''
Retina 1° (17 mrad): 0.29 mm
Mindestanzahl für Stäbchen : 5 Photonen
Absolute Reizschwelle 2 6 x 10 ‐17WsAbsolute Reizschwelle 2 ‐ 6 x 10 17 Ws
Augeninnendruck: 12 mmHg ‐ 21 mmHg
Täglich produzierte Tränenmenge: 1 gTäglich produzierte Tränenmenge: 1 g
Brechkraft der Cornea: 43 Dioptrien
Brechungsindex Cornea 1.34
p. 97Bild aus: Wikipedia
g
Kurzsichtigkeit (Myopie)Bilder : H. Höller & C. Primetshofer, Uni Wien
Brennpunkt des entspannten Auges liegt vor (!) der Netzhaut
Der Augapfel ist zu lang
Die Brechung ist zu stark
Die Brennweite zu kurz.
Nur nahe Gegenstände (divergierende Strahlen) werden scharf
Kann kompensiert werden durch konkave Linsen (defokussierend)
Kurzsichtige können ihre Brille nicht als Brennglas verwenden !
Das Auge von Kurzsichtigen erscheint hinter der Brille verkleinert
p. 98Kurzsichtigkeit: vor der Korrektur Brille: Zerstreuungslinse
Weitsichtigkeit (Hyperopie) Bilder : H. Höller & C. Primetshofer, Uni Wien
Brennpunkt des Auges liegt hinter (!) der Netzhaut
Der Augapfel ist zu kurz
Die Brechung ist zu schwach
Die Brennweite zu lang.
Kann kompensiert werden durch konvexe Linsen (fokussierend)
Weitsichtige können mit Ihrer Brille im Sonnenlicht Feuer machen.
Das Auge von Weitsichtigen erscheint hinter der Brille vergrößert
p. 99Weitsichtigkeit: vor der Korrektur Brille: Sammellinse
Augenkrankheiten…
Akkomodationsstörungen
Nah‐Sehen erfordert Anpassung der Brechkraft der Linse (Augenmuskeln)Nah Sehen erfordert Anpassung der Brechkraft der Linse (Augenmuskeln)
Linsen‐Elastizität lässt im Alter nach (Presbyopie), Beginnt ab 40 Jahre
Grauer Star (Katarakt)
Trübung der Linse (beginnt bei 99% aller Menschen >65 Jahre!!)
illi O i ( li ) jäh li h i d S !!1 Millionen Operationen (Kunstlinsen) jährlich in den USA !!
ü ( l k )Grüner Star (Glaukom)
Erhöhung des Augeninnendrucks (4% aller Menschen > 40 Jahre)
Bei 80% der Fälle reichen MedikamenteBei 80% der Fälle reichen Medikamente (z.B. Abfluss von Kammerwasser erleichtern, Wasserproduktion senken)
2.5.2 Die Lupe
G t d i d Näh d A N h kt ( 25 )Gegenstand in der Nähe des Augen‐Nahpunkts (s0 = 25 cm)
Bildgröße auf Netzhaut ~ Winkel є = G/s0
Sammellinse dicht vor Auge so dass G in Brennweite der LinseSammellinse dicht vor Auge, so dass G in Brennweite der Linse
G‐Strahlen werden Parallelstrahlen und damit bei entspanntem Auge fokussiert.
Bildgröße auf Netzhaut є = G/f
Winkelvergrößerung durch f << s0: v=s0/f
Gegenstand noch näher an Linse:
aufrechtes noch größeres, virtuelles Bild,
Auge muss akkommodieren
ε
p. 101Bild : H. Höller & C. Primetshofer, Uni Wien
Abbildungsmaßstab und Vergrößerung
Abbildungsmaßstab = Bildgröße:Objektgröße
V= B/G=|b/g| = Bildweite:Objektweite
I hli ßli h i Ei h f d bbild d IIst ausschließlich eine Eigenschaft des abbildenden Instruments
VergrößerungVergrößerung
vL = Sehwinkel mit Instrument : Sehwinkel des Auges im Abstand des Nahpunkts ohne Instruments
Definition des Nahpunkts: s0=25 cm (Durchschnitt)
Für verschiedene Personen kann die Vergrößerung verschieden sein !
p. 102
2.5.3. Das Mikroskop1. Abbildung mit kurzbrennweitigem
Linsensystem (Objektiv)Linsensystem (Objektiv)
2. Reelles vergrößertes Zwischenbild
vobj = B/G = t/fobj ~ typ. 2‐100 x
3. Betrachtung des Zwischenbildes über Lupe (Okular)
vokk = s0/fokk ~ 5…10
4. Gesamtvergrößerung = Produkt der Teilvergrößerungen
v v v ts / f fvges = vobj vokk = ts0 / fobjfokk
5 Stärkere Vergrößerungen sind nicht
p. 103
5. Stärkere Vergrößerungen sind nicht sinnvoll (Beugungslimit)
Bild : H. Höller & C. Primetshofer, Uni Wien
Mikroskop‐Objektive
Achromat:
kompensiert chromatische Aberration (primär = nur 2 Farben)
Apochromat:
kompensiert chromatische Aberration (sekundär ≥ 3 Farben )
A lAplanat
Eliminiert Koma + Bildfeldwölbung2 x Achromat/Apochromat kombiniert mit Irisblende / p
Spezialkonstruktionen
für Fluoreszenzanwendungen,
UV Mikroskopie
…
p. 104
Optische Mikroskopie: Schärfentiefe
Objektiv kurzer Brennweite hat kleine Schärfentiefe
Eine Blende in der Bildebene wählt dann nur eine Ebene imEine Blende in der Bildebene wählt dann nur eine Ebene im gegenstandsraum für die Detektion aus.
Sehr gute Rauschunterdrückung in der Fluoreszenzmikroskopie
p. 105Bild: H. Höller & C. Primetshofer, Uni Wien
Konfokales Mikroskophttp://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Konfokal_microskop_prinzip.svg
Scanner verschiebt entweder Probe oder Linsensystem
Schärfentiefe und kleine Lochblende: nur Punktabbildung
Bild wird gerastert und auf Einzelphotonen Detektor (PMT, APD) abgebildet
Konfokal: Beleuchtungs‐ und Detektorlochblende in gleicher Brennweite
p. 106
Erstellung von 3D Bildern möglich !
SNOM = Scanning Near‐field Optical Microscope
Das optische Nahfeld erlaubt eine Ortsauflösung um 80 nm mit sichtbarem Licht!
Beleuchtungs SNOM (Quelle mit 50 80 nm Durchmesser)Beleuchtungs‐SNOM (Quelle mit 50‐80 nm Durchmesser)
Sammel‐SNOM (Enge Faser als Lichtsammler, wenig effizient…)
Nachteil : „Tunneln“ durch Lichtleiter und kleines SignalNachteil : „Tunneln durch Lichtleiter und kleines Signal
p. 107Bild : H. Höller& C. Primetshofer, Uni Wien
2.5.4. Teleskope
Refraktive Teleskope
1. Großes Objektiv
2. Winkelvergrößerung
3. Größere Lichtsammelfläche (Energie ~ Fläche)
4 Reduzierung des Beugungslimits (größere Apertur)4. Reduzierung des Beugungslimits (größere Apertur)
p. 108Bild aus : Teleskop. In: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 17. Juni 2007, 15:21 UTC. URL: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Teleskop&oldid=33273751 (Abgerufen: 22. Juni 2007, 18:35 UTC)
Galielei‐Fernrohr
Vorteile
Aufrecht und seitenrichtiges Bild !!
Kein reeller Fokus zwischen den Linsen
Kompakter AufbauKompakter Aufbau
Kein Zwischenbild
Anwendungen:
Kollimation von Hochleistungslasern
Oft als kurzes Opernglas…
p. 109Bild aus : Teleskop. In: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 17. Juni 2007, 15:21 UTC. URL: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Teleskop&oldid=33273751
Kepler Fernrohr
Abbildung: Punktgespiegeltes Bild (Kopf und Seite)
Vorteile
Z i h bild it F d k i f h A i i L k li i d Obj ktZwischenbild mit Fadenkreuz: einfacheres Anvisieren Lokalisierung der Objekte
Größeres Sehfeld als Galilei‐Teleskop
Anwendungen
Fernglas
p. 110
Astronomische Teleskope
ZielfernrohreBild aus : Teleskop. In: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 17. Juni 2007, 15:21 UTC. URL: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Teleskop&oldid=33273751
Spiegelteleskope
Newton:
Hauptspiegel: Parabol
Hilfsspiegel: plan
Einfacher Aufbau
Cassegrain
H t P b l i lHaupt‐Parabolspiegel
Hilfsspiegel: hyperbolisch
Verlängert eff. Brennweiteg
Schmidt‐Cassegrain
Mit integrierter Korrekturplatte
gegen spährische Aberration
p. 111Bild aus : Teleskop. In: Wikipedia, Die freie Enzyklopädie. Bearbeitungsstand: 17. Juni 2007, 15:21 UTC. URL: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Teleskop&oldid=33273751
Typische Reichweiten von Teleskopen
Die Sichtbarkeit bestimmt durch Auflösung des Teleskops und Leuchtkraft
Die chinesische Mauer kann vom Mond aus nicht gesehen werden !‐… weder mit bloßem Auge noch mit einem 2m Teleskop
Sie ist zwar sehr lang (6250 km) aber auch viel zu schmal (6 ‐ 10 m)
10 m Mauer in 380.000 km Entfernung (Mond) = Winkel von 2.6 nrad !!!
Im sichtbaren Licht (500 nm) hat ein 10 m Teleskop noch ein Beugungslimit von
247 cm247 cm
p. 112Bild : H. Höller & C. Primetshofer, Uni Wien
Besondere Teleskope
Hubble: Spiegelteleskop im Weltraum für UV‐VIS‐IR
Ritchey‐Chrétien‐Cassegrain‐Teleskop (Cassegrain mit Korrekturlinse)
H i l 2 4Hauptspiegel: 2.4 m
f = 57.6 m !
Umkreist Erde in 590 Kilometer Höhe
In 95 Minuten einmal herum
Chandra: X‐ray Teleskop
In 64.5 Stunden einmal herum (außerhalb des Strahlungsgürtels)
Abbildende Röntgen Spektrometer an BordAbbildende Röntgen‐Spektrometer an Bord
p. 113
2.5.6. Die Kamera Spiegelreflexkamera
1. Objektiv2. Schwingspiegel3. Verschluss4. Film/Sensor5. Mattscheibe6. Kondensorlinse7. Pentaprisma8. Okular
p. 114Bilder: http://de.wikipedia.org/wiki/Spiegelreflexkamera
Die Kamera
Blendenzahl = Brennweite / Objektivdurchmesser = f/d/ j /
Ist ein Maß fürIst ein Maß für
den Öffnungswinkel des Objektivs
die Lichtstärke
das Gesichtsfeld
Kleine Blendenzahl
Viel Licht
Teuer wg. Korrektur der großen Linsen
Großes Gesichtsfeld
p. 115
Messsysteme der Fotografie
Belichtungsmesser
Heute: kalibrierte FotodiodenHeute: kalibrierte Fotodioden
Entfernungsmesser:
Alt (auch gut)
Schnittbildindikator (SBI)
Mikroprismenring (= viele SBI‘s)Mikroprismenring (= viele SBI s)
Aktiver Autofokus
Ultraschall/Infrarot‐Triangulation
Passiver Autofokus
Minimiere Breite aller Strukturen
Maximiere Intensitätsgradienten im Bild
p. 116http://www.striewisch-fotodesign.de/lehrgang/wohin.htm?2_8
2.6. Wie detektiert Li ht ?man Licht ?
p. 117
Fotoplatte / Film
Gelatine + eingebettet: Körnchen von AgCl, AgBr, oder AgI
Licht löst Fotoelektron aus Hilfsfarbstoff
Elektron + Silberion = Silberatom
Silberatome clustern ⇒ Schwärzung des Films
Wenige Lichtquanten genügen schon um einen schwarzen Fleck zu erzeugen, der später noch chemisch vergrößert werden kann.
p. 118
Äußerer photoelektrischer Effekt: Photomultiplier
ein einzelnes Photon löst ein einzelnes Elektron aus einer Metallplatte
Verstärkung in Elektronenlawine um bis zu 107
Messbarer StrompulsMessbarer Strompuls
‐1500 ‐1200 ‐800 ‐400 0 V
hνhν
Spannngspuls auf Kollektor:
BialkaliEl kt d
‐
‐1000 ‐600 ‐200 V
Kollektor: ‐10 mV/10 nsüber 50 Ohm
Elektrode
p. 119Bild: M. Arndt Uni Wien
Innerer Photoeffekt: Photodiode erzeugt Photostrom…
P‐ Dotierung : Elektronendefizit (gegenüber Silizium)
I : IsolatorI : Isolator
N‐Dotierung : Elektronenüberschuss (gegenüber Silizium)
Photon erzeugt Elektron‐Lochpaar in der Verarmungsschicht
Die lokalen Felder (PN‐Übergang) ziehen die Ladungsträger heraus
→messbarer Strompuls wenn genügend Ladungsträger freigesetzt werden→ messbarer Strompuls, wenn genügend Ladungsträger freigesetzt werden.
p. 120
CCD Kamera = Charge‐coupled device
L d t t h d h i f t l kt i h Eff ktLadungen entstehen durch inneren fotoelektrischen Effekt
CCD ist ein analoges Schieberegister, bei dem zum Auslesen der Inhalt“ einer Speicherzelle in die benachbarte Zelle verschoben wirdder „Inhalt einer Speicherzelle in die benachbarte Zelle verschoben wird.
p. 121
Channeltron und Vielkanalplatten (multi‐channel plate, MCP)
Idee:
kontinuierliche Sekundäre‐Elektronen‐Vervielfachung (SEV)
Kompakter als SEV mit DynodenKompakter als SEV mit Dynoden
Einfache Elektronik
H h Effi i ( ~1 fü El kt )Hohe Effizienz (η ~1 für Elektronen)
Sehr schnell (few ns)
Räumliche Auflösung nur ~10 mm
Sehr niedriges Rauschen ~ 0.05/s
p. 122
Alternative Fotodetektoren
Thermisch:
Sonne wärmt HautSonne wärmt Haut
Supraleitende bolometrische Detektoren
für 1‐Photonenempfindlichkeit bis 1 µm !!
Akustisch:
Lichtpuls erwärmt Gas Druckerhöhung als akustischer Klick“ messbarLichtpuls erwärmt Gas. Druckerhöhung als akustischer „Klick“ messbar
Empfindlich in Molekülspektroskopie …
Chemisch:
‚Bleichen‘ von fotosensitiven Molekülen (Fluorophoren)
Optisch
Konversion von UV ins sichtbare in Fluoreszenz/PhosphoreszenzKonversion von UV ins sichtbare in Fluoreszenz/Phosphoreszenz
p. 123
