Benutzer:F 23/Diffusor (Optik) Entwurf

Ein Diffusor ist ein optisches Element, das dazu eingesetzt wird, Licht zu streuen. Der dabei ausgenutzte Effekt ist die diffuse Reflexion.

Aufbau und Wirkungsweise eines Diffusors

Charakteristisch für jeden Diffusor ist, dass er eine große Anzahl kleiner Streuzentren besitzt. Treffen parallel laufende Lichtstrahlen an verschiedenen Stellen eines Diffusors auf, werden sie in unterschiedliche Richtung verteilt und erzeugen so diffuses Licht.

Ein Diffusor kann wie im Falle eines weißen Blatt Papiers eine Streuung des Lichts an der Oberfläche erzeugen. Eine solche Oberfläche ist, mikroskopisch betrachtet, rau.

Häufig werden auch Diffusoren eingesetzt, die das Licht innerhalb eines Volumens streuen. Diese Diffusoren bestehen aus einem transparenten Material wie z.B. Glas, das mit einer großen Anzahl von "Störstellen" wie z.B. kleinen Lufteinschlüssen versehen ist, die als Streuzentrum dienen. Ob mit einem solchen Diffusor eine Abstrahlcharakteristik erzielt wird, die dem Lambertschen Gesetz folgt, hängt u.a. von der Dicke des Materials, der Dichte der Streuzentren und der Größe der Streuzentren ab.

Anwendungsbeispiele

Bekannt sind Diffusoren im Alltag als Milchglasscheiben bei Lampen, mit deren Hilfe ein weiches Licht erzeugt wird. Bei Türen und Fenstern werden Milchgläser als Sichtschutz verwendet.

In der Lichtmesstechnik werden qualitativ hochwertige Diffusoren eingesetzt, um einem Detektor eine erhöhte Empfindlichkeit für einen großen Raumwinkelbereich zu geben. In vielen Fällen wird versucht, eine winkelabhängige Empfindlichkeit zu erreichen, die dem Lambertschen Gesetz folgt.

Streumechanismen in einem Volumendiffusor

Für ein vereinfachtes Modell wird ein Volumendiffusor aus reinem Quarzglas (Brechungsindex n=1,46) betrachtet, wobei als Streuzentren kugelförmige Luftbläschen (n=1,0) angenommen werden. Die Streuung des Lichts wird durch Lichtbrechung und Totalreflexion erzielt. Bei einem Volumendiffusor mit einer hohen Anzahl an Streuzentren sind mehrfache Streuungen eines einfallenden Lichtstrahls üblich. Erst dadurch kann insgesamt eine Streuung erzielt werden, die einem Lambert-Strahler gleicht.

Streumechanismen in einem Volumendiffusor aus Quarzglas mit Luftbläschen als Streuzentren; a) Streuung durch Totalreflexion, b) Streuung durch Lichtbrechung

Streuung durch Totalreflexion

Durch den Brechungsindex-Unterschied von Luft und Quarzglas kann es bei einem kritischen Winkel $\theta _{\mathrm {c} }>43,2$° zu einer Totalreflexion kommen, die zu der Streuung des Lichts beiträgt.

Streuung durch Lichtbrechung

Wird das Licht an dem Luftbläschen nicht wie beschrieben total reflektiert, gibt es an beiden Übergängen von Quarzglas zu Luft und umgekehrt jeweils eine Brechung. Diese folgt dem Snelliusschen Brechungsgesetz und streut Licht je nach Auftreffen in verschiedene Richtungen.