1 Überblick über die Sensorik

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6 Optische Sensoren (Photosensoren)
6.1 Wirkung optischer Strahlung auf Festkörper
Bei der physikalischen Beschreibung der optischen Strahlung und der Materie innerhalb
der Quantentheorie gibt es einige Analogien: In beiden Fällen können den betrachteten
Größen sowohl Teilchen- wie Welleneigenschaften zugeordnet werden (Welle-Teilchen-Dualismus).
Die experimentell beobachteten Eigenschaften sind in einigen Fällen
typische Welleneigenschaften (z.B. Beugung und Interferenz, bei Lichtstrahlen
auch die elektrische Polarisation), andere hingegen Teilcheneigenschaften (z.B. die
Anregung eines Teilchens von einem niedrigen auf ein höher liegendes Energieniveau
mit einer durch den Abstand der Energieniveaus vorgegebenen "quantisierten" Anregungsenergie).
Lichtwellen sind zeit- und ortsabhängige elektromagnetische Wellen hoher Frequenz,
die sich als Lösung der Maxwellschen Gleichungen – auch in Abwesenheit von
Materie – ergeben (Band 1, Abschnitt 6.4, Band 11, Abschnitt 3). Für die x-Komponente
des elektrischen Feldes E einer ebenen Lichtwelle in der Ausbreitungsrichtung
z erhält man
Die erste Exponentialfunktion beschreibt eine harmonische Schwingung mit einer Wellenlänge
λ di , welche im betrachteten Werkstoff (Dielektrikum) die Größe hat:
wobei λ vak die Wellenlänge im Vakuum darstellt. Letztere hängt mit der Lichtgeschwindigkeit
c vak im Vakuum und der dazugehörigen Frequenz ν (daraus ergibt
sich die Kreisfrequenz ω durch ω = 2πν) zusammen über
In (2) ist n ist der Brechungsindex oder die Brechzahl, diese Größe ergibt sich zusammen
mit der Dämpfungskonstanten κ aus der Gleichung (Band 1, Abschnitt
6.4):