Kosinov zieodraee a tzv integran sfra podivuhodn optick

Kosinové zářiče/odražeče a tzv. integrační sféra – podivuhodný optický prvek Jan Valenta katedra chemické fyziky a optiky, Matematicko-fyzikální fakulta UK, Praha integrační sféry

Popis světelného záření radiometrické (energetické) a fotometrické (subjektivní) veličiny radiomet. veličina jednotka popis fotometr. veličina jednotka zářivý tok W energie vyzářená za 1 s světelný tok lumen [lm] zářivost W/sr zářivý tok vyslaný do jednotkového prost. úhlu svítivost candela [cd = lm/sr] zář (radiance) W/(sr. m 2) energie vyzářená z jednot. jas plochy do jedn. prost. úhlu nit [nt = lm/(sr. m 2)] ozáření (zářivost) W/m 2 lux [lx = lm/m 2] energie dopadající na jedn. osvětlení plochu za jedn. času

Kosinový zářič/odražeč – Lambertův zákon Johann Heinrich Lambert (1728 – 1777) v knize Photometria (W. Engelmann, Leipzig 1760) Jas plochy ubývá s kosínem úhlu odklonu od kolmice, ale v daném úhlu pozorujeme větší plochu, jejíž rozloha se zvětšuje s kosinem – tedy pozorovaná intenzita emitovaného/odraženého světla nezávisí na úhlu pozorování Plocha, která to splňuje je Lambertovský nebo kosínový zářič/odražeč Odvození svítivosti Měsíc v úplňku jako téměř-Lambertovský odražeč

Hledání umělého kosinového zářiče podexpozice Matná skleněná koule na MFF UK Halogenový reflektor 150 W + skleněná matnice Praktikum: žárovka + skleněná matnice Lumidka s Fresnelovou čočkou + skleněná matnice

Jednoduché měření světelných zdrojů Měření osvětlení v jisté vzdálenosti od zdroje luxmetrem (lx = lm/m 2) + otáčení zdroje (nebo luxmetru) kolem osy procházející středem svítící plochy)

Kosinový zdroj je těžké realizovat Nejlepší je žárovka s matnicí, ale je to přibližně sin 2 a. Což takhle obrátit sféru s rozptylujícím povrchem naruby?

Řešení – tzv. integrační koule přesnější název by mohl být "sférická dutina pro rovnoměrné rozložení světla" IK od fy Sphere Optics, d = 10 cm, pokrytí Spectraflect (síran barnatý) detail stínění výstupu proti přímému osvětlení

Richard Ulbricht – vynálezce int. koule Zabýval se zabezpečovací a spojovací technikou zejména pro železnici (působil na Technice v Drážďanech) – pro fotometrická měření signálních světel vymyslel a realizoval int. sféry. St. výzkumný ústav sklářský, H. Králové, 30. léta (1849 – 1923) Testovací laboratoř, Tesla Lighting, Řež

Trocha teorie Pokud je reflektance vnitřního povrchu IK dosti velká (cca >96%) pak se rozloží vstupní světelný tok rovnoměrně po celém povrchu. Vztah mezi vstupním a výstupním světelným tokem, kde r jsou reflektance, f jsou relativní plochy různých otvorů (fill factor), tedy poměry daného otvoru k celkové vnitřní ploše IK. V tomto vztahu, je zlomek (poměr vstupního a výstupního toku) označován jako "účinnost sféry" a po vydělení výstupním f se označuje jako "násobící faktor IK" (sphere multiplier) M, který charakterizuje kolikrát vyšší je jas vnitřního povrchu IK oproti jedinému odrazu

Výroba amatérské integrační koule Plastová koule průměru 13 cm od solárního světélka (nikdy nepoužita k produkci světelného znečištění !) – solární článek s dobíjecím akumulátorem použit dříve

Výsledek – kosinový zářič založený na IK Zvoleno osově-symetrické uspořádání Vnitřní nástřik = obyčejný matný bílý sprej – evidentně není dostatečně odrazivý. Stínění bílá destička lehčeného PVC, také nastříkaná. Lumidka použitá dříve Rozložení světla příjemně překvapilo. Klíčová je poloha stínění! Dalo by se dále optimalizovat.

Další využití IK – měření účinnosti fluorescence Je třeba připojit spektrální měření a kalibrovat odezvu systému, alespoň relativně. vloží se měřený vzorek (např. sklíčko či kyveta s roztokem fluorescenčního barviva) a referenční vzorek (bez aktivní složky). Např. lze extrahovat barvivo ze "zvýrazňovačů" rozpuštěním v etanolu. vlnová délka [nm] Rhodamin 6 G je jedno z nejúčinnějších barviv

Souhrn – realizace kosinového zářiče, int. koule Realizace kosinového zářiče není tak snadná, jak by se zdálo (matnice nestačí) Řešením je integrační koule lze využít různé kulové dutiny zásadní je vysoká (difuzní) reflektivita vnitřního povrchu optimalizovat je třeba vnitřní stínící prvky … Využití IK pomocí IK jsou měřeny účinnosti luminiscence/fluorescence umožňuje měřit difuzní reflektance simulace kosinového zářiče nebo receptoru (detektoru) A další ……

Československý časopis pro fyziku – změny vzhledu i obsahu Hlavní témata č. 1 / 2019 – Historie elektronové mikroskopie, r. 68 č. 2 / 2019 – Detekce gravitačních vln (Nobelova cena) č. 3 / 2019 – Kosmonautika – 50 let od přistání lidí na Měsíci č. 4 / 2019 – Nové definice fyzikálních jednotek Dále se chystají - Periodická tabulka prvků – 150 let - Seriál o fyzikálním vzdělávání a další - Snaha o posun časopisu od vědecky odborného pro pestřejší médium pro celou fyzikální komunitu.

Photoluminescence External Quantum Yield Definition - External quantum yield (EQY) n EQY = (number of emitted photons) / (number of absorbed photons) Motivation to study PL QY in Si. NC multilayers n Information on material quality and applicability: Changes of QY after passivation - number of non-raditive centers (defects) etc. n Information on relaxation mechanisms, interaction between nanocrystals etc. : Changes of PL QY with size and density of NCs. … and more, e. g. carrier multiplication – MEG. Principle of QY measurements Fibre coupler to micro-PL set-up Integrating Sphere n Scattering surface with extremely high reflection (Spectralon or Spectraflex) n Measurement is (in principle) not sensitive to scattering, reflection properties of measured objects. n ”Transfer function” of this ”white box” must be determined (TF is alternated by inserted objects !!! ) [J. Valenta, Nanosci. Methods 3 (2014) 11]

The PL QY setup with LED excitation

PL QY calculation PL of sample with Si. NC and without NC (reference) (clear substrate or solvent) are compared in the excitation region and emission region and corrected Main sources of QY uncertainty: - calibration - absorption [J. Valenta, Nanoscience Methods 3 (2014) 11 -27]