Hallo Interessierte der MiKrorauigkeit (oder der glatten Fläche)!
Leider bin ich zwar schon länger aus dem Thema raus, möchte aber noch etwas beitragen.
Bekannt ist doch zunächst, das jede noch so gut polierte Oberfläche Mikrorauigkeit zeigt. Dabei besteht die Abweichung von einer ideal glatten Oberfläche aus unregelmäßigen Strukturen, die je nach ihrer vertikalen und lateralen Ausdehnung und Verteilung das Ausmaß und die Art der Oberflächenrauigkeit festlegen.
Grundsätzlich kann man sagen, das es nicht trivial erscheint, ein geeignetes Maß zur Charakterisierung von Mikrorauheit (und das Problem der Quantifizierung) zu finden.
Legt man eine Nullebene fest und definiert man die mittlere quadratische Abweichung der realen Oberfläche von dieser Idealfläche als Maß für die Rauigkeit, so geht die Strukturinformation über die Oberfläche verloren.
Sinnvoll erscheint es daher, eine spektrale Darstellung zur Charakterisierung vorzunehmen. Bei optischen Oberflächen nun hängen die optischen Eigenschaften u.a. von der Rauigkeit <u>und</u> der Art der Oberflächenstrukturierung ab.
Wesentlich ist dabei, wie groß die laterale und die vertikale Ausdehnung der Rauigkeitsstrukturen im Vergleich zur verwendeten Lichtwellenlänge ist!
Das Licht wird an den Rauigkeitsstrukturen gestreut und die <u>Lichtintensität, der Bildkontrast und das Auflösungsvermögen</u> der Abbildungsoptik nehmen bei wachsender Oberflächenrauigkeit ab.
Ich hatte es bereits für die Lichtstreuung in Verbindung mit der Mikrorauigkeit optischer Oberflächen angesprochen.
Zitat Eberhard:
<blockquote id="quote"><font size="1" face="Verdana, Arial, Helvetica" id="quote">Zitat:<hr height="1" noshade id="quote">Dazu noch grundlegende Betrachtungen:
Horia hat es vortrefflich beschrieben, Skalartheorien sind sehr nützlich, wenn man TIS-Betrachtungen anstellt (Total Integrated Scattering). Mit TIS-RMS wird genau der Anteil des insgesamt an einer optischen Oberfläche reflektierten Lichts bezeichnet, der diffus an den Mikrorauigkeiten in beliebige Raumrichtungen gestreut wird und damit in Richtung des geometrischen Reflexionswinkels verloren geht. Man setzt im Rahmen der skalaren Lichtbeugungstheorie als Wellenfunktion des gestreuten Lichts das altbekannte Fresnel-Kirchhoff´sche Beugungsintegral an. Integriert man nun über die Intensitäten des in die verschiedenen Raumrichtungen gestreuten Lichts, kann man die TIS-Intensität gut abschätzen.
Die Beziehung zwischen TIS und Rauhigkeit bzw. Lichtwellenlänge liefert für reale optische Oberflächen (wobei auch polierte Metalloberflächen eingeschlossen sind!) im nahen Ultraviolett, im Sichtbaren und im nahen Infrarot gute Vorhersagen. Aus TIS-Messungen konnten außerdem für poliertes Glas Mikrorauigkeitswerte in guter Übereinstimmung mit entsprechenden interferometrischen Rauigkeitsanalysen bestimmt werden.
Will man jedoch eine präzise Aussagen über die Winkelverteilung von gestreutem Licht machen, liefern Skalartheorien naturgemäß weniger erfolgreiche Vorhersagen. Denn die Winkelverteilung des Streulichts hängt nicht allein von der Höhenfluktuation der Mikrorauigkeiten ab, sondern ebenso von der lateralen Ausdehnung der Strukturen und ihrer Steilheit.
Das erfolgt mit Vektorstreutheorien. Sie haben im Vergleich zu den skalaren Streutheorien vor allem den Vorteil, daß korrektere Aussagen über die Winkelverteilung des Streulichts möglich sind. Der Grund dafür ist, daß im Rahmen dieser Theorien Polarisationseigenschaften des einfallenden und des gestreuten Lichts ebenso berücksichtigt werden können wie die statistischen Eigenschaften von rauen Streuoberflächen.
In zwei prinzipiell verschiedene Ansätzen wird dazu die Rauigkeit bezogen auf eine ideal glatte Oberfläche störungstheoretisch wie z.B. für die Small Perturbation Method beschrieben.
Diese Vektorstreutheorien zur Lichtstreuung an rauhen Oberflächen beschreibt die optischen Eigenschaften einer Oberfläche stets als Funktionen eines 2-dimensionalen Leistungsdichtespektrums (PSD Spektrums). Eine glatte, optische Oberfläche beschreibt daher die fraktalen Parameter und die Mikrorauigkeit der Oberfläche. Denn wie aus der Praxis bekannt, kann eine Fläche mit gleichem Rauigkeitswert bei gleicher Grundfläche unterschiedliche Struktur haben.
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Das Stratton-Chu-Silver-Integral ist beispielsweise das vektorielle Gegenstück zu dem von Horia sehr gut beschriebenen skalaren Fresnel-Kirchhoffschen Integral.
Im Prinzip kann man mit diesem Integral exakte Antworten zur Lichtstreuung in alle Richtungen geben. Praktisch läßt es sich aber für die Wellenfunktion des gestreuten Lichts nur unter nähernden Annahmen lösen denn die verschiedenen Streutheorien unterscheiden sich nur in ihren verschiedenen Näherungsmethoden.
Bei der Small Perturbation Methode wird z.B. eine Störungsrechnung betrieben und die Oberflächenrauigkeit als Störung einer perfekt glatten Oberfläche betrachtet.
Da man bei Störungsrechnungen sinnvollerweise von kleinen Störungen ausgeht, wird mit dieser Streutheorie zunächst nur der Extremfall einer „sehr glatten“ Oberfläche erfaßt, also für das Verhältnis zwischen der mittleren Rauigkeit und der Wellenlänge.
<b>Man berechnet so die Streuwellenfunktion für eine perfekt glatte Oberfläche.</b>
Das auf die Streuoberfläche einfallende Licht teilt sich in einen transmittierten und einen reflektierten Intensitätsanteil (in Richtung des geometrischen Reflexionswinkels ohne diffuse Streuung).
In einem zweiten Schritt wird dann die Oberflächenrauhigkeit als Störung berücksichtigt. Störungstheoretisch heißt das, daß die perfekt glatte Oberfläche 0 ist.
Und als Ergebnis erhält man bei dieser Störungsrechnung die pro Raumwinkel gestreute Lichtleistung, die proportional zur dimensionalen Leistungsdichtespektrum (2D PSD Spektrum) der Streuoberfläche ist.
LG
Eberhard
