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Wellenlängen

Ushio Europe ist auf die Herstellung und Lieferung von Strahlern spezialisiert, die die Wellenlängenbereiche Ultraviolett (UV), sichtbares Licht und Infrarot (IR) des elektromagnetischen Spektrums abdecken. Bei dem Wort „Licht“ denken die meisten wahrscheinlich in erster Linie an den sichtbaren Bereich des Wellenspektrums, und Ushio besitzt mittlerweile in der Tat ein enormes Wissen in der Herstellung von Lichtquellen, die eben diesen Bereich abdecken. Ebenso gehören aber auch Lichtquellen für die unsichtbaren Spektralbereiche zur Kernkompetenz des Unternehmens. Von extremem Ultraviolett (EUV) über sichtbare Beleuchtung bis hin zum kurzwelligen Infrarot (SWIR) – mit Ushio haben Sie die genaue Kontrolle über exakt die Wellenlängen, die Sie für Ihre Anwendungen benötigen.

Was verstehen wir unter Wellenlänge?

Die Wellenlänge einer Lichtquelle wird definiert durch den Abstand zwischen den Scheitelpunkten zweier aufeinanderfolgender Wellen, d. h. zwischen den Wellenkämmen oder den Wellentälern. Gemessen wird dieser Abstand in Nanometern (nm), der international anerkannten Einheit für die Lichtwellenlänge. In der Physik und in mathematischen Gleichungen wird die Wellenlänge hauptsächlich durch den griechischen Buchstaben Lambda (λ) repräsentiert, wobei sie durch Division der Phasengeschwindigkeit (v) einer Welle durch deren Frequenz (f) berechnet wird: λ = v/f.

Die Wellentheorie des Lichts wurde 1678 von dem niederländischen Physiker Christiaan Huygens formuliert. Weitere wichtige Beiträge zu dieser Entdeckung leisteten später der englische Universalgelehrte und Arzt Thomas Young sowie der deutsche theoretische Physiker Max Planck. Young stieß bei anderen Wissenschaftlern seiner Zeit auf besondere Skepsis, da seine Beobachtungen der damals noch vorherrschenden Korpuskeltheorie Isaac Newtons widersprachen, der zufolge Licht als Teilchenstrom zu verstehen war.

Nach einer jahrhundertelang andauernden Debatte darüber, ob Licht in Wirklichkeit ein Teilchen oder eine Welle war, war es schließlich Albert Einstein, der nachweisen sollte, dass Licht tatsächlich als beides existiert! Aufbauend auf Plancks Quantentheorie kam Einstein zu dem Ergebnis, dass Licht aus Teilchen – den später so genannten „Photonen“ – bestehe und dass sich dieser Teilchenstrom wellenartig ausbreite. Für seine Arbeit, in der er diese neue Lichtquantenhypothese formulierte, erhielt Einstein 1921 den Nobelpreis für Physik und wurde so zu einem der Gründerväter der modernen Quantenmechanik.

Die Eigenschaften des Lichts variieren je nach Wellenlänge und Ushio hat mehr als ein halbes Jahrhundert damit verbracht, jeden einzelnen Nanometer der UV-Strahlung, des sichtbaren Lichts und der Infrarotstrahlung zu erforschen und zu definieren. Das Ergebnis dieses unermüdlichen Einsatzes ist eine derart sichere Beherrschung des Lichts, dass es zu einem perfekten Werkzeug für eine Vielzahl von Anwendungen wird.

Was ist Ultraviolettlicht (UV)?

Der UV-Bereich des elektromagnetischen Wellenspektrums wurde 1801 von dem deutschen Physiker Johann Wilhelm Ritter entdeckt. Nach der Entdeckung von infraroten „Wärmestrahlen“ durch Friedrich Wilhelm Herschel ein Jahr zuvor war Ritter überzeugt, dass es am anderen Ende des Spektrums einen „Kältestrahl“ geben müsse. Seine Suche nach einem direkten polaren Gegensatz war zwar ein wenig fehlgeleitet, dennoch entdeckte Ritter schließlich, dass sich die Schwärzung lichtempfindlicher Silbersalze beschleunigen ließ, wenn man diese dem dunklen Bereich knapp außerhalb des violetten Lichtspektrums aussetzte.

Nachdem er beobachtet hatte, dass dieser unsichtbare Spektralbereich die größte Wirkung hervorrief, nannte Ritter diese neue Art des Lichts zunächst „de-oxidierende Strahlen“. Als der Spektralbereich später auch auf die angrenzenden violett-blauen Strahlen ausgedehnt wurde, sprach man auch von „chemischer Strahlung“. Beide Begriffe wurden das gesamte 19. Jahrhundert hindurch verwendet, bis sich schließlich der restriktivere und wissenschaftlichere Begriff „Ultraviolett“ durchsetzte. Das lateinische Präfix ultra- drückt aus, dass dieser Spektralbereich „jenseits“ des sichtbaren violetten Lichts liegt.

UV-Strahlung kann verwendet werden, um chemische Reaktionen auszulösen und organische Stoffe zu zersetzen, zu synthetisieren oder zu polymerisieren. Die inhärenten Eigenschaften bestimmter UV-Wellenlängen machen sie insbesondere geeignet für Anwendungen wie Härtung, Desinfektion oder Photobonding. Da UV einen „kühleren“ Bereich des elektromagnetischen Spektrums belegt, eignet es sich auch besser für die Behandlung empfindlicher Oberflächen wie beispielsweise Folien.

A close up of the USHIO Excimer Demonstrator in action

Ultraviolettes (UV-) Licht ist elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von ca. 10 bis 400 nm und kann nach der ISO-Norm 21348 in eine Reihe von Subtypen unterteilt werden. Bei Ushio wird das ultraviolette Spektrum wie folgt unterteilt:

Das moderne sichtbare Lichtspektrum nach Wellenlänge

Was ist sichtbares (VIS) Licht?

Der Bereich des elektromagnetischen Spektrums, der mit dem menschlichen Auge erfasst werden kann, wird als sichtbares Lichtspektrum oder einfach als Licht bezeichnet. Das sichtbare (VIS, von engl. „visible“) Spektrum liegt im Wellenlängenbereich von ca. 380 bis 750 nm und besteht im Allgemeinen aus sieben Farben, wie sie vom menschlichen Gehirn wahrgenommen werden. Violett hat die kürzeste Wellenlänge, während der letzte rote Bereich die längsten sichtbaren Wellenlängen abdeckt.

Theorien über die Zusammensetzung des sichtbaren Lichts existieren seit dem 13. Jahrhundert, als der englische Franziskanermönch und Philosoph Roger Bacon vermutete, dass der Regenbogen durch die Brechung des Lichts – so wie in einem Glasprisma oder in einem Kristall – zustande komme. Es war jedoch der legendäre englische Wissenschaftler Sir Isaac Newton, der zu einem Pionier der Optik wurde, als er entdeckte, dass Prismen in der Lage waren, weißes Licht zu zerlegen und wieder zusammenzusetzen.

Obwohl seine ursprüngliche Unterscheidung von sieben Farben – zumindest im englischen Sprachraum – noch immer durch die einprägsame Gedächtnisstütze ROY G BIV gelehrt wird, wurde die moderne Einteilung des Spektrums leicht angepasst, da Indigo als eine Schattierung von Blau-Violett und nicht als eigenständige Farbe identifiziert wurde.

Sichtbares Licht spielt in unserem Alltag natürlich eine wichtige Rolle, da es unser Sehen ermöglicht. Unser im Laufe der Jahrhunderte gewachsenes Verständnis des sichtbaren Spektrums bedeutet allerdings auch, dass wir heute in der Lage sind, wesentlich bessere und punktgenau auf unsere Zwecke abgestimmte Lichtquellen herzustellen.

USHIO bietet viele verschiedene Lösungen im Bereich des sichtbaren Lichts wie beispielsweise Halogen- oder wassergekühlte Xenon-Kurzbogenlampen. Die meisten dieser Lampen werden für Bildschirmprojektoren, Suchscheinwerfer, Sonnensimulation und in anderen hochtechnologischen Bereichen verwendet.

Außerdem verfügt Ushio über eine große Auswahl an Einzel-, Multi- und Breitband-LEDs, die Licht im sichtbaren Spektrum emittieren. Die bereits außerordentlich umfangreiche epitex LED-Suite brach erst kürzlich die bisherigen Rekorde mit der Einführung von Breitband-LEDs der Spectro-Reihe mit Wellenlängen im Hyperspektralbereich von 400–1000 nm.

Mit sichtbarem Licht beschäftigt sich Ushio bereits seit den Anfängen im Jahr 1964, daher kann man sich leicht vorstellen, welches Maß an Wissen und Innovation dafür verantwortlich ist, dass das Unternehmen nach all den Jahren noch immer führend auf diesem Gebiet ist. Für Anwendungen im Zusammenhang mit Inspektion, Erkennung und Verarbeitung in den Bereichen Elektronik, Bildgebung und Biowissenschaften hat Ushio die Lösungen mit exakt der richtigen Wellenlänge.

Was ist Infrarotlicht (IR)?

Der infrarote Bereich des elektromagnetischen Spektrums wurde im Jahr 1800 von dem deutsch-britischen Astronom und gefeierten Musiker Friedrich Wilhelm Herschel entdeckt, nur ein Jahr vor der Entdeckung der UV-Strahlung. Mit Thermometern und einem Prisma versuchte er herauszufinden, ob Licht verschiedener Farben auch unterschiedliche Temperaturen aufweist.

Nachdem er einen Temperaturanstieg vom violetten zum roten Spektrum beobachtet hatte, war er neugierig genug, die Temperatur im Bereich gerade jenseits des sichtbaren Spektrums zu messen. Dieser Bereich schien von der Sonneneinstrahlung nicht betroffen, jedoch war Herschel äußerst überrascht, als er feststellte, dass dieser Bereich wärmer war als alle anderen zuvor gemessenen Temperaturen.

Herschel bezeichnete dieses neu entdeckte Licht als „kalorische Strahlung“ und stellte fest, dass sich die in diesem unsichtbaren Spektralbereich jenseits von Rot vorhandene Strahlung weitgehend wie sichtbares Licht verhielt. Das bedeutete, dass diese Strahlen genau wie sichtbares Licht auch der Beugung, Brechung, Reflexion und Absorption unterlagen. Zum ersten Mal überhaupt hatte jemand bewiesen, dass es eine Art von Licht gibt, die mit dem menschlichen Auge nicht wahrnehmbar ist. Im späten 19. Jahrhundert wurde die Bezeichnung „kalorische Strahlung“ zugunsten der „Infrarotstrahlung“ fallen gelassen. Das lateinische Präfix infra- drückt aus, dass dieser Spektralbereich „unterhalb“ des sichtbaren roten Lichts liegt.

Das Anwendungspotenzial der IR-Technologie wächst weiterhin stetig. Während es bisher vor allem durch die Entwicklung von Nachtsichtgeräten bekannt wurde, ist Infrarotlicht mittlerweile auch aus den Bereichen Sensorik und Bildgebung nicht mehr wegzudenken. Thermographie und hyperspektrale Bildgebung werden durch Produkte von Ushio ermöglicht und können in vielen Inspektions- und Diagnoseverfahren eingesetzt werden.

Die gängigste industrielle Anwendung ist seit jeher die Erwärmung, dank der Fähigkeit dieser Art von Licht, einen schnellen Übergang von kalt zu heiß und umgekehrt zu ermöglichen. Diese Vielseitigkeit ist bei anderen Wärmequellen nur selten gegeben, zudem ist der Anwender in der Lage, seine Wärmequelle präzise und berührungslos zu regeln.

Infrarotlicht (IR) ist elektromagnetische Strahlung im Wellenlängenbereich von ca. 700 nm bis 1 mm und lässt sich – ähnlich wie die UV-Strahlung – in eine Reihe von Subtypen unterteilen. Bei Ushio wird das infrarote Spektrum wie folgt unterteilt:

USHIO IRtenser L-shaped module for dual angle IR treatment

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