Passive Mechanismen in der Solarenergie - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 224

Abb. 4.73 Photographie
der Interferenz (Beugung)
eines Ölfilms auf Wasser
( n s = n Öl > n 2 = n Wasser )

Beträgt die optische Dicke einer niedrigbrechenden Schicht ein Viertel der Lichtwellen-
länge (λ / 4) oder ein ungeradzahliges Vielfaches von λ / 4, so ist die Phasendifferenz zwi-
schen den beiden reflektierten Teilwellen nach Hin- und Rücklauf durch die Schicht π
bzw. ein ungeradzahliges Vielfaches von π. Die Gesamtreflexion ergibt sich aus der Summe
der beiden reflektierten Wellen. Bei einer optischen Schichtdicke d von λ / 4 sind die Teil-
wellen so verschoben, dass die Vorzeichen der Amplituden entgegengesetzt sind. In ihrer
Summe heben sie sich demzufolge teilweise gegeneinander auf (bei n 1 < n S < n 2 ). Im Falle
der Schwächung liegt eine sogenannte destruktive Interferenz vor. Die λ / 4-Dicke einer
Einzelschicht stellt dabei die Basis für das Design der meisten Interferenzschichtsysteme
dar, deren detaillierte Berechnung und Erzeugung in (Willey 2002 ) beschrieben ist.
Der gegenteilige Effekt wird bei Nutzung einer hochbrechenden Schicht erzielt, wie
man ihn bei auf Wasser schwimmenden Ölfilmen sehen kann. Die Brechungsindizes für
Luft, Öl und Wasser sind n Luft = 1, n Öl = 1.5 und n Wasser = 1.33. Da Öl dichter ist als Luft,
wird das Licht beim Eindringen ins Öl gebrochen und in seine Spektralfarben zerlegt. An
der Wasseroberfläche unter dem Öl wird es dann reflektiert, durchdringt das Öl erneut
und wird wieder gebrochen. An der Grenze zur Luft wird es erneut reflektiert, ins Öl
zurückgeschickt. Ist der Gangunterschied λ/2, so löschen sich bei dieser Brechzahlkom-
bination ( n Öl > n Wasser ) die Wellen aus. Beträgt der Gangunterschied ein Viertel der Licht-
wellenlänge (λ/4) oder ein ungeradzahliges Vielfaches von λ/4 so verstärken sich die
Amplituden und es lässt sich ein Farbfilm erkennen (vergl. Abb. 4.73 ). Auch bei Seifen-
blasen treten bunte Farbeneffekte auf, die auf Interferenz zurückzuführen sind. Wenn die
Seifenfilmdicke kleiner als 5 µm ist, interferiert das auf der Innenseite reflektierte Licht mit
dem der Außenseite.
Für eine vollständige Entspiegelung der Substratoberfläche ( ρ → 0) muss nicht nur die
zuvor beschriebene Phasenbedingung erfüllt sein, sondern auch die Amplitudenbedin-
gung, das heißt die Amplituden beider Teilwellen müssen gleich groß sein (Amplituden-
bedingung: R 1 = R 2 ). Diese Anforderung ist nur erfüllbar, wenn für den Brechungsindex
der Schicht entsprechend der Fresnel-Formeln folgende Bedingung erfüllt ist:

= √

n S n 1 · n 2 .

(4.205)