Physik compact, Basiswissen 8, Schulbuch

106 Materialwissenschaft, Mikro- und Nanotechnik 24 A1 Beschreibe und begründe die Laufzeitunterschie- de im Reflexions- und Durchlicht beim Newtonglas. Beispiel: Ein Dia kann sich zwischen den Glasplatten des Dia-Rahmens wellen. Dabei werden Newtonringe projiziert! Eine Anwendung der Interferenz an dünnen Schich- ten findet man in der linearen Spektroskopie . Wenn die Dicke einer dünnen durchsichtigen Schichte ge- messen werden soll, dann durchstrahlt man diese Schicht mit Licht. Ähnlich wie beim Newtonglas oder bei der Vergütung von Optiken kommt es durch Inter- ferenz der an den Grenzflächen mehrfach reflektier- ten Strahlen bei gewissen Wellenlängen zur Schwä- chung des Lichtes. Die Durchlässigkeit einer Schicht für Licht hängt wesentlich von der Dicke der Schicht und von der Wellenlänge des Lichts ab. Umgekehrt lässt sich durch Messung der Durchlässigkeit von Licht in Abhängigkeit von der Wellenlänge die Dicke einer Schicht bestimmen (photospektrometrische Dickenbestimmung). Weiters ist es möglich aus dem Spektrum des durch die Probe transmitttierten Lich- tes auf Gestalt und Größe von auf der Oberfläche auf- gedampften Teilchen zu schließen. In der nichtlinearen Spektroskopie benützt man den Effekt der Frequenzverdoppelung . Diese Er- scheinung tritt auf, wenn mit einer elektromagne- tischen Welle so hohe Feldstärken verbunden sind, dass diese von etwa gleicher Größenordnung wie die elektrischen Feldstärken im Inneren eines Atoms sind. Mit Hilfe eines stark fokussierten Laserlichts kann man solche Bedingungen herstellen. In einem derartig starken Feld werden Elektronen des vom Laser getrof- fenen Stoffes zum Mitschwingen angeregt. Die Amp- litude der Bewegung ist dabei so groß, dass keine rein harmonische Schwingung entsteht, sondern auch Oberschwingungen mit der doppelten Frequenz des anregenden Lichtes vorkommen. Da Schwingungen beschleunigte Bewegungen sind, senden die schwin- genden Elektronen selbst wiederum elektromagneti- sche Wellen aus. Wegen der angeregten Oberschwin- gung entstehen so Lichtwellen mit der doppelten Frequenz des eingestrahlten Laserlichts. Wieder ist die Form von Nanoobjekten ausschlaggebend für die Intensität des frequenzverdoppelten Lichtes. Bei- spielsweise lässt sich durch Messung des Anteils des frequenzverdoppelten Lichtes im reflektierten Licht feststellen, wie sehr Nanoteilchen, die sich auf einer Oberfläche befinden, von der Kugelgestalt abweichen (Elliptizität). Beugungsmethoden Bei Beugunguntersuchungen werden Strahlen (zB Elektronen oder Heliumatome) mit bekannter Wellen- länge an den Gitteratomen der Oberfläche eines Sub- strates reflektiert. Wenn der Gitterabstand zwischen den Atomen von der Größenordnung der Wellenlän- ge der Strahlung ist, kommt es unter den reflektierten Strahlen zur Interferenz. Aus der Winkelverteilung der konstruktiv interferierenden Strahlen lässt sich auf den Aufbau des Kristallgitters rückschließen. So kön- nen etwa die Abstände zwischen den Gitterebenen sowie ihre räumliche Orientierung ermittelt werden. 24.2.3 Abb. 106.1 links: An einer Seifenhaut (Seifenblase) interferieren mehrfach reflektierte Lichtstrahlen im Reflexionslicht. Interferen- zen treten auch im Durchlicht auf. Rechts: Ölfleck auf Wasser: Die dünne Ölschicht ermöglicht die Interferenzerscheinungen. Abb. 106.2 Vergütung von Optiken („Entspiegeln“ von op- tischen Gläsern): Durch die Wahl einer zusätzlichen Schicht mit kleinerer optischer Dichte als die optische Dichte der Linse interferiert das Reflexionslicht destruktiv. Die Überlagerung der (mehrfach) reflektierten Strahlen führt zur Abschwächung oder Auslöschung. Beim Übergang von Luft in das Glas der Linse tritt immer auch ein Reflexionsverlust auf. Durch das Anbringen der Vergütungsschicht werden diese Reflexionsverluste verringert. Es dringt mehr Licht tatsächlich durch die Linse, „die Optik wird dadurch lichtstärker“. Je nach der erwünschten Auslöschung einer bestimmten Farbe (Vakuumwellenlänge m ) im Reflexions- licht errechnet sich die Schichtdicke d der Vergütungsschicht zu d = m / (4 · n), n ist dabei der Brechungsindex des Materials der Vergütungsschicht. d Vergütungsschicht Entspiegelung” “ Linse Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv