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Reflexion und Transmission

Arbeitsgruppe 4.51

Allgemeines zur diffusen Reflexionsmessung

Im Unterschied zur regulären, spekularen Reflexion, verteilt sich bei der diffusen Reflexion das eingestrahlte Licht über alle Raumrichtungen. Ist die Strahldichte L der reflektierten Strahlung unabhängig von der Richtung, spricht man von einem lambertschen Reflektor.

In der Reflektometrie werden sowohl die spektrale als auch die räumliche Verteilung der von festen Materialien diffus reflektierten Strahlung gemessen und durch Angabe von Kennzahlen charakterisiert. In der Praxis werden Reflexionsmessungen an diffus reflektierenden Materialien relativ zu einem Normal durchgeführt. Als Primärnormal wurde hierzu der vollkommen mattweiße Körper (engl.: perfectly reflecting diffuser, PRD) eingeführt, welcher die auf ihn auftreffende Strahlung verlustfrei, vollständig diffus und mit einer lambertschen Richtungscharakteristik reflektiert. Beim PRD handelt es sich jedoch nur um ein theoretisches Konzept, welches experimentell bzw. materiell nicht realisiert werden kann. Da es kein Material mit diesen Eigenschaften gibt, erfolgt die Realisierung des Primärnormals mit physikalischen Methoden, d.h. durch die Messapparatur selbst, im Rahmen einer Absolutmessung, durch ein Primärmessverfahren.

Die Wechselwirkung optischer Strahlung mit Materialien wird durch Materialkennzahlen, im Fall der Reflexion z.B. durch Angabe des spektralen Strahldichtefaktors β(λ), quantitativ beschrieben. Die Kennzahlen sind dabei keine ausschließlich festen materialspezifischen Größen, sondern hängen von einer Vielzahl von Parametern, wie z.B. der Einstrahlungs- und Abstrahlungsrichtung, sowie den jeweiligen Öffnungswinkeln ab. Es gibt im Prinzip neun verschiedene Messgeometrien für die Reflexionsmessung. Sie bestehen aus allen möglichen Kombinationen, bei denen die einfallende und die reflektierte Strahlung jeweils halbräumlich, konisch oder gerichtet ist. Daher gehört zur Materialkennzahl immer auch eine Angabe bzgl. der verwendeten Messgeometrie, z.B. spektraler Strahldichtefaktor β(λ) in der Geometrie d:0° (diffuse Einstrahlung aus dem Halbraum : Reflexionsmessung unter 0°) oder 45°:0° (Einstrahlung unter 45°: Reflexionsmessung unter 0°), entsprechend β(λ)d:0 oder β(λ)45:0. Die halbräumlichen Messungen werden dabei mit einer integrierenden Kugel, einer sogenannten Ulbricht-Kugel, durchgeführt. Die gerichteten Geometrien werden mit einem Gonioreflektometer realisiert.

Bei allen reflektometrischen Messungen und Kalibrierungen an der PTB handelt es sich um Absolutmessungen. D.h. der Wert des spektralen Strahldichtefaktors β(λ) einer Probe wird direkt, unter Zuhilfenahme physikalischer Gesetzmäßigkeiten bestimmt. Im Unterschied hierzu kann eine Relativmessung unterschieden werden, bei der auf einen kalibrierten Standard zurückgegriffen wird. Die Vergleichbarkeit und Rückführung der Skalen des spektralen Strahldichtefaktors an der PTB wird durch internationale Vergleichsmessungen mit anderen metrologischen Staatsinstituten gewährleistet.

Die Arbeitsgruppe 4.51 "Reflexion und Transmission" ist eines von weltweit zwei standardisierenden Laboratorien der ISO (International Organization for Standardization) im Bereich der Reflexionsmessung für hemisphärisch/gerichtete Geometrien.

In hemisphärisch/gerichteten Geometrien (Kugelgeometrien) werden diffuse Reflexionsmessungen im Spektralbereich von 250 nm bis 2400 nm durchgeführt.

In gerichtet/gerichteten Geometrien (Gonioreflektometrie) beträgt der Spektralbereich für diffuse Reflexionsmessungen 250 nm bis 1850 nm.