Was ist ein Globar?

ine Globar-Lichtquelle ist ein thermischer Infrarotstrahler, der breitbandige Strahlung erzeugt, indem ein Stab aus Siliziumkarbid (SiC) auf hohe Temperaturen erhitzt wird. Sie wird häufig in der Infrarotspektroskopie (IR), insbesondere in der Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FTIR), als stabile und hochintensive Quelle für Strahlung im mittleren Infrarotbereich eingesetzt. Weitere thermische Strahler wie der Nernst-Glower werden ebenfalls für ähnliche Zwecke verwendet.

Globar-Quellen werden bevorzugt in Anwendungen eingesetzt, die eine kontinuierliche, breitbandige IR-Emission im Bereich von etwa 2 µm bis 25 µm (5000 bis 400 cm⁻¹) erfordern und somit den Spektralbereich abdecken, in dem viele molekulare Schwingungen auftreten.

Funktionsprinzip

Eine Globar arbeitet nach dem Prinzip der elektrischen Widerstandsheizung. Wenn Strom durch das SiC-Element fließt, erhitzt es sich typischerweise auf Temperaturen zwischen 1000 und 1650 °C (abhängig von Leistung und Kühlung). Infolgedessen emittiert die Globar thermische Strahlung gemäß dem Planckschen Strahlungsgesetz — das Spektrum ähnelt dem eines Schwarzen Körpers, wobei Intensität und Wellenlänge temperaturabhängig sind.

Im Gegensatz zu Glühfäden (z. B. Wolfram), die ein gasgefülltes Kolben benötigen und aufgrund der Gehäusematerialien keine Strahlung über 3 µm abgeben können, kann Siliziumkarbid bei hohen Temperaturen in Luft betrieben werden. Das macht es zu einer kosteneffizienten IR-Lichtquelle.

Spektrale Eigenschaften

Das Emissionsspektrum einer Globar ist kontinuierlich und ähnelt dem eines Schwarzen Körpers, mit einem Maximum im mittleren Infrarotbereich. Die Intensität nimmt zu den kurzwelligen (Nah-IR) und langwelligen (Fern-IR) Enden deutlich ab.

Filter oder Monochromatoren können in Kombination mit Globar-Quellen verwendet werden, um bestimmte Wellenlängenbereiche auszuwählen.

Anwendungen

Globar-Lichtquellen werden häufig verwendet in:

• FTIR-Spektroskopie zur chemischen und materialwissenschaftlichen Analyse
• Gas- und Dampferkennung mittels Absorption im mittleren IR
• Kalibrierung optischer Systeme im Infrarotbereich
• Infrarotmikroskopie und -bildgebung in der Biologie oder Materialforschung

Sie sind typischerweise in Tischgeräten oder tragbaren Messsystemen integriert, die eine stabile IR-Quelle für hochauflösende Spektralanalysen benötigen.

Vorteile und Einschränkungen

Vorteile:

• Breites Spektrum im mittleren Infrarotbereich
• Lange Lebensdauer und stabile Emission
• Relativ kostengünstig und einfach zu betreiben

Einschränkungen:

• Geringe Leuchtdichte im Vergleich zu Lasern oder Synchrotronquellen
• Langsame Modulation aufgrund thermischer Trägheit
• Hoher Energieverbrauch und Wärmeentwicklung

Für Anwendungen, die hohe Kohärenz oder schnelle Modulation erfordern, sind alternative Quellen wie Quantenkaskadenlaser (QCLs) oder Synchrotronstrahlung besser geeignet.

Vergleich mit Wolfram-Glühlampen

Wolfram-Glühlampen emittieren hauptsächlich im nahen Infrarot und sichtbaren Bereich. Obwohl Wolfram hohe Temperaturen erreichen kann, benötigen solche Lampen einen versiegelten Kolben mit Schutzgas (z. B. Halogengas), um Verdampfung zu verhindern und die Lebensdauer zu erhöhen. Der Kolben besteht jedoch meist aus Glas oder Quarzglas, das für Wellenlängen über etwa 3 µm undurchlässig ist. Daher emittieren Wolfram-Halogenlampen keine Strahlung im mittleren Infrarotbereich.