Wie funktioniert ein dielektrischer Spiegel?
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Dielektrische Spiegel
Ein dielektrischer Spiegel, auch Bragg-Spiegel genannt, ist ein Spiegeltyp, der aus mehreren dünnen Schichten dielektrischen Materials besteht, die normalerweise auf einem Substrat aufgebracht sind. Diese abwechselnden Schichten besitzen unterschiedliche Brechungsindizes und sind so ausgelegt, dass sie bei optischen Anwendungen einen bestimmten Wellenlängenbereich reflektieren.
Aufbau eines dielektrischen Spiegels
Dielektrische Spiegel werden mithilfe einer Vakuumabscheidungstechnik wie der physikalischen Gasphasenabscheidung hergestellt. Bei diesem Verfahren werden Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes in einer präzisen Reihenfolge übereinander geschichtet, um einen Stapel dielektrischer Beschichtungen zu erzeugen. Die Dicke jeder Schicht wird sorgfältig kontrolliert, sodass sie einer Viertelwellenlänge (oder einem ungeraden Vielfachen einer Viertelwellenlänge) des Lichts entspricht, das sie reflektieren soll.
Funktionsprinzip
Diese Spiegel arbeiten nach dem Prinzip der Interferenz . Wenn Licht der Zielwellenlänge auf den Spiegel trifft, kommt es zu konstruktiver Interferenz zwischen den Reflexionen von den verschiedenen Schichtgrenzen. Dies liegt daran, dass der optische Wegunterschied, der durch die abwechselnden Schichten mit hohem und niedrigem Brechungsindex entsteht, einem ganzzahligen Vielfachen einer halben Wellenlänge des Lichts entspricht. Infolgedessen wird Licht mit der vorgesehenen Wellenlänge fast vollständig reflektiert, was zu der hohen Reflektivität des Spiegels führt.
Licht außerhalb des vorgesehenen Wellenlängenbereichs erfährt dagegen destruktive Interferenz , wobei sich die reflektierten Wellen gegenseitig aufheben. Dies bedeutet, dass der dielektrische Spiegel für bestimmte Wellenlängen hochreflektierend sein kann, während er andere durchlässt, was ihn zu einem wesentlichen Bestandteil verschiedener optischer Geräte macht.
Anwendungen
- Lasersysteme: zum Lenken und Steuern von Laserstrahlen.
- Telekommunikation: in Glasfaser- und Laserkommunikationssystemen.
- Astronomie: zur Verbesserung von Teleskopspiegeln.
- Spektroskopie: als Bestandteil von Spektrometern und anderen Analysegeräten.
- Fotolithografie: in der Halbleiterindustrie für Präzisionsoptik.
Vorteile von dielektrischen Spiegeln
| Vorteil | Beschreibung |
|---|---|
| Hohe Reflektivität | Kann über 99 % des einfallenden Lichts bei der Designwellenlänge reflektieren. |
| Haltbarkeit | Dank der harten Beschichtungsschichten ist es beständig gegen Schäden durch Licht und Umwelteinflüsse. |
| Anpassbarkeit | Ihre spektralen Eigenschaften können durch Anpassung der Anzahl und Dicke der Schichten angepasst werden. |
| Geringe Absorption | Der Spiegel absorbiert nur minimales Licht und verringert dadurch die Gefahr thermischer Schäden. |
Einschränkungen
- Winkelempfindlichkeit: Die Leistung kann je nach Einfallswinkel des einfallenden Lichts variieren.
- Spektralbereich: Die Reflektivität ist nur innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs hoch, für den der Spiegel ausgelegt ist.
- Komplexe Fertigung: Die Herstellung erfordert eine präzise Kontrolle der Dicke und Materialgleichmäßigkeit.