Optikdefinitionen

Absorption

log 10 (Io / Ie) Beispiel: 20 % Durchlässigkeit ist log 10 (100 / 20) = 0,7 Absorption.

Absorption

Intensität absorbierter Strahl / Intensität einfallender Strahl = Komplement der Durchlässigkeit (Io - Ie) / Io

Volumenmodul (K)

Dies bezieht sich auf Änderungen des Gesamtvolumens des Materials.

Volumendehnung

Änderungen des Volumens / Originalvolumen (dV/Vo)

Volumen Spannung

Druck-/Flächenänderung (dP/A)

Fasen

Fasen sind normalerweise erforderlich, um das Werkstück sowohl beim Polieren als auch bei der Verwendung vor Absplitterungen zu schützen. Fasen haben normalerweise einen Winkel von 45 Grad und werden entlang der flachen Seite der Fase gemessen. Schutzfasen werden normalerweise als „Bruchkante“ bezeichnet und sind normalerweise 0,25 mm breit. Sie gelten als unkritisch und werden oft durch den Poliervorgang entfernt. Sofern nicht anders angegeben, werden normale Fasen mit 0,5 mm hergestellt.

Kosmetische Oberfläche

Die kosmetische Oberfläche ist oft eine subjektive Angelegenheit und wird trotz neuerer, ausgefeilterer Klassifizierungsmethoden immer noch häufig mit der traditionellen Scratch & Dig-Methode angegeben, bei der versucht wird, die Oberfläche anhand der maximalen Länge kleiner Kratzer zu klassifizieren, die nach dem Polieren zurückbleiben. Nach dieser Klassifizierung würde ein S/D-Wert von 80/60 als ziemlich schlecht und für einfache spektroskopische Fenster angemessen angesehen werden, während ein S/D-Wert von 20/10 ein ziemlich anspruchsvoller Standard ist, der für Laseranwendungen mit geringer Streuung geeignet ist. Die Bewertung von S/D tendiert zwangsläufig zu einem konservativen Wert; 60/40 ist ein normales Routineergebnis.

Design von Druckfenstern

Die Berechnung der Mindestdicke eines Fensters, um einem Druckgradienten standzuhalten, sollte mit Vorsicht angegangen werden. Die veröffentlichten Werte für scheinbare Elastizitätsgrenze, Biegefestigkeit oder Bruchmodul können verwendet werden, es sollte jedoch beachtet werden, dass sich diese drei Begriffe auf unterschiedliche Testmethoden beziehen. Darüber hinaus sollten die veröffentlichten Daten nicht als absolut betrachtet werden, da die Proben, aus denen die Originaldaten gewonnen wurden, möglicherweise nicht für alle Kristallproben repräsentativ sind. Daher sollte auf die minimal berechnete Dicke immer ein konservativer Sicherheitsfaktor angewendet werden.
Bei einem runden Fenster wird die minimale Konstruktionsdicke, bei der plastische Verformungen vermieden werden, wie folgt angegeben:
tmin = K x [(p x D2) / S ]½
Bei einem nicht eingespannten Fenster K = 1,06
Bei einem eingespannten Fenster K = 0,866
D ist der nicht unterstützte Durchmesser
S ist die scheinbare Elastizitätsgrenze
p ist die Druckdifferenz
Berechnen Sie die Dicke der Fenster in unserer Excel-Tabelle.

Elastizitätskoeffizienten

Elastizitätskoeffizienten, auch bekannt als elastische Steifigkeitskonstanten, sind die Proportionalitätskonstanten zwischen den Komponenten Spannung und Dehnung. Sie sind daher mit den Elastizitätsmodulen verknüpft.
Diese Koeffizienten werden mit dem Begriff Chk bezeichnet, wobei h und k ganze Zahlen zwischen 1 und 6 sind.
Für kubische Kristalle lauten die Koeffizienten C11, C12, C44
Für tetragonale Kristalle lauten fünf, C11, C12, C13, C33, C44
Für hexagonale Kristalle lauten sechs, C11, C12, C13, C14, C33, C44
Die drei Moduli beziehen sich wie folgt auf diese Koeffizienten:
Elastizitätsmodul = E = (C11 + 2C12) (C11 - C12) * / (C11 + C12)
Kompressionsmodul = K = (C11 + 2C12) / 3
Schermodul = G = C44
* Dies gilt für den Sonderfall eines parallel geschnittenen Stabs zu den Rändern der Einheitszelle. Im allgemeinen Fall ist es...
1 / E = (C11 + C12) + (C11 - C12 - 2C44) / (C11 + 2C12) * (C11 + C12)
D = (nx2.ny2 + nx2 .nz2 + ny2.nz2)
Wobei nx, ny und nz die Kosinus der Winkel zwischen der Richtung der Längsverlängerung des Stabs und den Rändern der kubischen Zelle sind.

Elastizitätsmodul

Die Verformung eines Materials kann quantifiziert werden, indem sie in Form des Elastizitätsmoduls ausgedrückt wird. Bei kleinen Verformungen behält das Material sein Gedächtnis und kehrt in seine ursprüngliche Form zurück, wenn der Druck oder die Spannung, die die Verformung verursacht, entfernt wurde.
Robert Hooke, Gründungsmitglied der Royal Society, entdeckte, dass die Verformung eines Materials proportional zur aufgebrachten Last oder Kraft ist, und formulierte dies als Hookesches Gesetz.
Ein Elastizitätsmodul wird als Spannung/Dehnung definiert.

Ebenheit

Die Ebenheit wird in Bezug auf die Wellenlänge des Lichts angegeben, z. B. Lambda/2 bei 633 nm, was den Leistungsgrad darstellt, manchmal mit einem Formfehlerzusatz, z. B. Lambda/5 bei 633 nm, der die zulässige Unregelmäßigkeit des Streifenmusters definiert. Das Polieren auf 1 Streifen wird normalerweise mit Natriumlicht oder HeNe-Laser durchgeführt und entspricht einer Abweichung von etwa 0,25 Mikrometer. Die Wellenlänge sollte immer angegeben werden.
TIPP: 1 Interferenz = Lambda/2

Härteskalen

Härte ist ein wohlbekannter physikalischer Parameter, aber es wurden viele verschiedene Methoden zur Messung und Klassifizierung von Materialien auf einer Härteskala abgeleitet. Die Knoop-Skala wird am häufigsten verwendet, die anderen sind Mohs-, Vickers-, Rockwell- und Brinell-Skala.
Das experimentelle Verfahren zur Ableitung eines Wertes auf der Knoop-Skala besteht darin, eine pyramidenförmige Diamantspitze zu verwenden, die mit einer bekannten Kraft in das fragliche Material gedrückt wird. Der von der Spitze hinterlassene Eindruck wird dann gemessen und die Knoop-Zahl aus dieser Messung berechnet. Der Test wurde für die Verwendung auf einer Oberfläche entwickelt, die in der Gitterrichtung, in der der Härtewert gemessen wird, nicht kaltverfestigt wurde.
Der Wert der Knoop-Zahl variiert leicht mit der Eindringkörperlast sowie mit der Temperatur. Ein weiches Material, z. B. Kaliumbromid, hätte eine Knoop-Zahl von 4, wohingegen ein hartes Material wie Saphir eine Knoop-Zahl von 2000 hat und die Knoop-Zahl für Diamant 7000 beträgt.
Die Werte auf der Mohs-Skala werden ermittelt, indem die relative Härte von Materialien gemessen wird, indem beobachtet wird, welche Materialien andere Materialien zerkratzen können. Die Mohs-Skala, die nicht linear ist, wird durch das weichste Material Talk (Moh=1) und das härteste Material Diamant (Moh=10) begrenzt.
Die Vickers-Skala wird ermittelt, indem ein pyramidenförmiger Eindringkörper in das betreffende Material gedrückt und die Eindringkörperlast (in kg) durch die pyramidenförmige Fläche des Eindringkörpers (in mm2) geteilt wird.
Rockwell- und Brinellhärte werden nicht oft angegeben. Die Rockwell-Werte für Materialien beziehen sich auf ein bestimmtes Messgerät und die Brinellhärte ist analog zur Vickers-Skala, außer dass ein kugelförmiger Eindringkörper verwendet wird.

Linsen

Linsen weisen Abweichungen von den oben genannten Spezifikationen auf. Bei der „Ebenheit“ handelt es sich um eine Frage der Übereinstimmung des Krümmungsradius mit einem Referenzstandard, der als „Testplatte“ bezeichnet wird, während die „Parallelität“ immer noch als „Run-Out“ gemessen werden kann. aber wird häufiger als Zentrierfehler angegeben.

Metrologische Laser

HeNe-Laser = 0,6328 µm CO2-Laser = 10,6 µm

Normaler atmosphärischer Druck

Traditionell gemessen in:
(1) Pfund/Quadratzoll 14,7 psi
(2) Zoll Quecksilbersäule 29,9213 "
(3) mm Quecksilbersäule 760 mm
(4) Millibar 1013,240 mBar
Jetzt gemessen in SI-Einheiten:
(5) Pascal 101,324 kPa
(2) und (3) sind einfache Maße für eine Quecksilbersäule, die von 1 Atmosphäre: 1" = 25,4 mm 1 mm = 0,03937"
(4) und (5) sind tatsächliche Druckmaße (Kraft/Fläche) und berücksichtigen die Dichte von Quecksilber (13,595 g/cm³ bei 0 °C) und die Erdbeschleunigung (980,665 cm/sec²) bei der Umrechnung von einem Quecksilberbarometer als Referenz.
Druck bei 1 atm = 0,76 m x 13595 kgm.m-3 x 9,80665 m. S-1
= 101324 Pa (N/m2)(m-1.kgm.s-1)
101,324 kPa

Optische Achse

Alle kristallinen Materialien, mit Ausnahme derjenigen, die zur kubischen Strukturklasse gehören, sind mehr oder weniger anisotrop. Anisotrope (nicht-isotrope) Kristalle besitzen in verschiedenen Messrichtungen unterschiedliche physikalische Eigenschaften.
In anisotropen Kristallen gibt es eine einzige Richtung, die sowohl in Bezug auf die Kristallform als auch auf die Anordnung der Atome im Gitter eine Symmetrieachse darstellt. Diese Symmetrieachse wird als optische Achse bezeichnet. Wenn eine physikalische Eigenschaft des Materials, beispielsweise die Wärmeleitfähigkeit, in verschiedenen Richtungen gemessen wird, stellt sich heraus, dass sie einen für diese Richtung spezifischen Wert hat. Bei einer Messung entlang einer beliebigen Linie, die senkrecht zur optischen Achse verläuft, ändert sich der Wert der physikalischen Eigenschaft mit der Richtung der Messung und erreicht ein Maximum oder Minimum entlang der optischen Achse.
Die Doppelbrechung in einachsigen Kristallen verschwindet, wenn das Licht entlang der optischen Achse wandert, da es keine Trennung zwischen E- und O-Strahl gibt. Diese doppelbrechende Eigenschaft einachsiger Kristalle führt zu Polarisationsphänomenen, wenn die E- und O-Strahlen in senkrechten Ebenen polarisiert sind.

Parallelität

Die Parallelität eines Fensters kann in Winkeln angegeben werden, normalerweise in Bogenminuten. Manchmal wird sie in Form von Dickenabweichungen oder „Auslauf“ angegeben. Bei herkömmlichen Poliertechniken, bei denen dieser Parameter nicht besonders kontrolliert wird, kann eine Parallelität von weniger als 10 bis 20 Bogenminuten erwartet werden. Bei doppelseitigen Techniken ist die erzielte Parallelität mit normalen Methoden normalerweise nicht messbar. In einigen Fällen kann sogar ein kleiner Keilwinkel angegeben werden, um Mehrfachreflexionen zwischen den Flächen zu vermeiden.

Poisson-Zahl (µ)

Die Poisson-Zahl bezieht sich auf die prozentuale Änderung der Querschnittsabmessung und die prozentuale Änderung der Länge eines Materials unter Spannung.
µ = Querkontraktion/Ursprünglicher Durchmesser = Querdehnung Längsdehnung/Ursprüngliche Länge = Längsdehnung
Wenn ein Stab gedehnt wird, verringert sich die Querschnittsfläche mit zunehmender Länge, und dies geht normalerweise mit einer Volumenänderung einher.
µ = - R/Ro, wobei Ro = Ursprünglicher Durchmesser L/Lo Lo = Ursprüngliche Länge
Das negative Vorzeichen wird verwendet, um der Poisson-Zahl einen positiven Wert zu geben. Es kann gezeigt werden, dass die Poisson-Zahl für ein Material, das sich ohne Volumenänderung verformt, 0,5 beträgt. Bei einer Volumenverringerung ist das Verhältnis größer als 0,5 und bei einer Volumenvergrößerung kleiner als 0,5.
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Reflexionsverlust

Wenn Licht auf eine dielektrische Schnittstelle trifft, wird ein Teil davon reflektiert. Der Reflexionsverlust ist ein Verhältnis, das normalerweise als Prozentsatz der ursprünglichen Intensität angegeben wird. Der Verlust ist eine Funktion des Brechungsindex (n) des Materials, des Polarisationszustands und des Einfallswinkels des Lichts.
Der Reflexionsverlust von einer Oberfläche von unpolarisiertem Licht, das normalerweise auf eine Oberfläche trifft, wird wie folgt angegeben:-
Reflexionsverlust = (n - 1)2 / (n + 1)2
Bei transparenten Materialien müssen Reflexionen von der zweiten Oberfläche berücksichtigt werden. Unter Berücksichtigung der möglichen mehrfachen internen Reflexionen ergibt sich die interne Transmission einer parallelen Platte wie folgt:-
Transmissionsgrad = 2n / (n2 + 1)
Der Reflexionsverlust nimmt mit zunehmendem Einfallswinkel ab. Normaler Einfall ist die Voraussetzung für minimalen Reflexionsverlust.

Reststrahlen

Der Reststrahleneffekt tritt insbesondere im Bereich von 6 Mikron bis 300 Mikron auf. Bei vielen anorganischen Materialien, die in optischen Anwendungen verwendet werden, bleibt der Brechungsindex über den Großteil des Transmissionsbereichs konstant und der Absorptionskoeffizient ist null oder sehr klein. Wenn Reststrahlenmaterialien bei Wellenlängen beleuchtet werden, die die Atom- oder Kristallgitterstruktur anregen, werden eine Reihe ziemlich dramatischer Resonanzeffekte beobachtet. Bei Annäherung an die Reststrahlen-Maximalfrequenz ändert sich der Brechungsindex (n) rasch, der Extinktionskoeffizient (k) steigt rasch an und der Fresnel-Reflexionskoeffizient (R) kann recht hoch werden. Daher steigt bei der Reststrahlen-Maximalfrequenz des betreffenden Materials die Reflektivität dieses Materials stark an.
R = (n - 1)2 + k2 / (n + 1)2 + k2
Im Bereich von 6 bis 300 Mikrometer, wo die Reststrahlen-Effekte am stärksten ausgeprägt zu sein scheinen, gibt es nicht viele zufriedenstellende Filter. Daher wird der Reststrahlen-Effekt häufig zur Extraktion eines schmalen Spektralbereichs aus einem Spektralkontinuum verwendet.
In der Praxis sind einige Eigenschaften von Reststrahlen-Materialien recht bedeutsam. Insbesondere die Tatsache, dass die maximale Reflektivität mit sinkender Temperatur zunimmt und wenn sie als dünne Filme als Beschichtungen auf Spiegeln und Linsen verwendet werden, weisen sie Interferenzmaxima und -minima auf der kurzwelligen Seite ihrer Reflektivitätsspitzen auf.

Scher- oder Steifigkeitsmodul (G)

Dies bezieht sich auf die Tangentialkraft pro Flächeneinheit und wird wiederum als Verhältnis von Spannung zu Dehnung ausgedrückt.

Scherdehnung

Scherwinkel = dx / y

Scherspannung

Tangentialkraft / Fläche (F/A)

Spezifische Wärme

Die spezifische Wärme eines Materials wird als Verhältnis zwischen der spezifischen Wärmekapazität dieses Materials und der spezifischen Wärmekapazität von Wasser definiert.
Die spezifische Wärmekapazität eines Materials wird als die Wärmemenge definiert, die erforderlich ist, um eine Masseneinheit des Materials um ein Grad Kelvin zu erhöhen, ohne dass eine Phasenänderung auftritt.
Die spezifische Wärme ist eine Funktion der Temperatur, kann aber in den Temperaturbereichen, die normalerweise bei optischen Materialien auftreten, als effektiv konstant angesehen werden.

Dehnung

Längenänderung / Ursprüngliche Länge (dL/Lo)

Spannung

Zugkraft / Fläche (F/A)

Transmissionsgrad

Interner Transmissionsgrad pro Dickeneinheit

Transmissionsgrad

Intensität des austretenden Strahls / Intensität des einfallenden Strahls (le / lo)
Der Transmissionsgrad wird normalerweise als Prozentsatz ausgedrückt.

Wellenzahl

1 / Wellenlänge (cm) = 10000 / Wellenlänge (Mikron)

Elastizitätsmodul (E)

Dies bezieht sich auf die Zug- oder Druckkraft pro Flächeneinheit und kann als Verhältnis von Spannung zu Dehnung definiert werden, wobei die Spannung senkrecht zur Richtung der angewandten Kraft steht und die Dehnung die prozentuale Längenänderung ist.