Worldwide China

Optische Linsen

Den Brechungsindex optischer Linsen bestimmen

| Autor / Redakteur: Ilka Sackmann* / Marc Platthaus

Abb.1: Das Mehrwellenlängen-Refraktometer Abbemat MW kann mit bis zu acht verschiedenen Wellenlängen einen Messbereich des Brechungsindex von 1,3 bis 1,72 bei einer Auflösung von 1*10 -6 abdecken.
Bildergalerie: 1 Bild
Abb.1: Das Mehrwellenlängen-Refraktometer Abbemat MW kann mit bis zu acht verschiedenen Wellenlängen einen Messbereich des Brechungsindex von 1,3 bis 1,72 bei einer Auflösung von 1*10 -6 abdecken. (Bild: Anton Paar)

Der Brechungsindex ist eine wichtige Eigenschaft, mit der die Qualität von Kontaktlinsen oder anderen optischen Linsen beurteilt werden kann. Um den Durchblick zu garantieren, sollte er aber bei verschiedenen Wellenlängen gemessen werden.

Der Brechungsindex ist eine dimensionslose optische Konstante. Er gibt das Verhältnis der Lichtgeschwindigkeit im Vakuum zur Lichtgeschwindigkeit im Medium unter Standardbedingungen an. An der Grenzfläche zweier Medien mit unterschiedlichem Brechungsindex wird das Licht gebrochen und reflektiert. Die Geschwindigkeit des Lichts ist also von der Wellenlänge des Lichts abhängig, je niedriger die Wellenlänge desto kleiner ist die Lichtgeschwindigkeit. Trifft blaues Licht mit kurzer Wellenlänge auf ein Medium, wird es stärker gebrochen als rotes Licht mit längerer Wellenlänge. Das bedeutet, dass jede Substanz – abhängig von der Wellenlänge des einfallenden Lichts – unterschiedliche Brechungsindizes besitzt. Durch diese Abhängigkeit wird weißes Licht, das an einer Linse gebrochen wird, in seine Spektralfarben zerlegt. Dieser Prismen- bzw. Regenbogeneffekt wird auch als Dispersion bezeichnet. Nimmt der Brechungsindex mit zunehmender Wellenlänge ab, spricht man von einem Medium mit normaler Dispersion, steigt der Brechungsindex mit zunehmender Wellenlänge handelt es sich um eine Substanz mit anormaler Dispersion. Die Lichtdispersion kann bei Linsenoptiken die so genannte chromatische Aberration verursachen, was Unschärfeeffekte oder Farbstreuung an den Rändern der abgebildeten Objekte zur Folge hat.

Für eine komplette Beschreibung der Dispersion eines Materials müsste man die Abhängigkeit des Brechungsindex n bei verschiedenen Wellenlängen λ, also die komplette Funktion n (λ), berücksichtigen. In der Praxis ist es jedoch für transparente Materialen zumeist ausreichend, die Dispersion im sichtbaren Bereich des Lichts durch den Unterschied der Brechungsindizes zweier Wellenlängen zu bestimmen. Die Differenz wird als mittlere Dispersion bezeichnet.

Abbe-Zahl zur Klassifizierung optisch transparenter Materialien

Zur näheren Charakterisierung der Wellenlängenabhängigkeit des Brechungsindex von transparenten Materialien nutzt man auch die Abbe-Zahl (oder auch abbesche Zahl). Die Abbe-Zahl v (auch v-Zahl), nach dem deutschen Physiker Ernst Abbe benannt, ist ein dimensionsloser Parameter, der über verschiedene Gleichungen definiert ist (s. laborpraxis.de).

Der Optiker Joseph von Fraunhofer studierte 1814 systematisch die dunklen Linien im Sonnenspektrum und bestimmte durch sorgfältige Messungen deren Wellenlänge. Abbe-Zahlen werden benutzt, um Gläser und andere optisch transparente Materialien zu klassifizieren. Linsen mit höherer Abbe-Zahl dispergieren Licht weniger. Für Glaslinsen sollte sie deshalb mindestens bei 30 liegen, um die Farbstreuung an der Grenzfläche des Glases zu vermeiden. Abbe-Zahlen variieren beispielsweise von 20 für dichtes Flintglas und ca. 30 für Polycarbonat-Kunststoffe bis zu 60 für Kronglas und 85 für Fluorkronglas. In Tabelle 1 sind einige Substanzen, die zur Herstellung optischer Linsen verwendet werden, gegenübergestellt. Die Abbe-Zahl ist vor allem für die Herstellung von Linsen und Linsensystemen wie Flüssigkristalle, Flüssiglinsen, Brillengläser und Kontaktlinsen aber auch für Linsen in Konsumgütern wie Digitalkameras und Handys, bei denen Abbildungsfehler durch chromatische Aberration minimiert werden sollen, von großer Bedeutung. Außerdem gibt es eine große Nachfrage nach günstigen Materialien bzw. Kunststoffen, die einfach gefertigt werden können und dennoch exzellente optische Eigenschaften aufweisen müssen. Um Abbildungsfehler zu minimieren, werden oftmals mehrere Linsen aus verschiedenen Glassorten mit erheblich voneinander abweichenden Abbe-Zahlen kombiniert.

Die genaue Bestimmung des Brechungsindex bei möglichst mehreren Wellenlängen ist also für die Herstellung aller optischen Linsen von zentraler Bedeutung. Mit einem Refraktometer der Firma Anton Paar werden die nötigen Voraussetzungen für die Herstellung von Linsen mit optimalem Durchblick und bester Qualität geschaffen.

* I. Sackmann:Anton Paar Germany GmbH, 73760 Ostfildern

Kommentare werden geladen....

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Der Kommentar wird durch einen Redakteur geprüft und in Kürze freigeschaltet.

  1. Avatar
    Avatar
    Bearbeitet von am
    Bearbeitet von am
    1. Avatar
      Avatar
      Bearbeitet von am
      Bearbeitet von am

Kommentare werden geladen....

Kommentar melden

Melden Sie diesen Kommentar, wenn dieser nicht den Richtlinien entspricht.

Kommentar Freigeben

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

Freigabe entfernen

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 37866680 / Labortechnik)