Ulbricht-Kugel

Laboraufbau mit Ulbricht-Kugel, Lichtempfindlichkeits-Messung einer CCD-Kamera (Video-Bewertung nicht abgebildet)

Kunstwerk in Anlehnung an eine Ulbricht-Kugel vor der TU Dresden

Die Ulbricht-Kugel ist ein Bauelement der technischen Optik. Sie dient zum Erzeugen diffuser Strahlung aus gerichteter Strahlung oder zur Integration der Strahlung stark divergenter Quellen.

Ulbricht-Kugeln werden meist für den Einsatz im Bereich des sichtbaren Lichtes, aber auch für Infrarot und Ultraviolett gebaut.

Benannt ist die Ulbricht-Kugel nach dem Ingenieur Richard Ulbricht (1849–1923).

Aufbau

Es handelt sich um eine innen diffus reflektierende Hohlkugel, in deren Oberfläche sich (oftmals) im rechten Winkel zu einer Lichteintrittsöffnung eine Austrittsöffnung befindet. Vor der Lichteintrittsöffnung befindet sich die Licht- beziehungsweise Strahlungsquelle. Die Innenbeschichtung besteht aus möglichst gut diffus reflektierenden Materialien. Oft wird Bariumsulfat (BaSO₄) verwendet. Die besten Reflexionseigenschaften über einen weiten Wellenlängenbereich werden jedoch mit optischem PTFE erreicht. Bei Infrarotstrahlung größer 700 nm kommt auch Gold als Beschichtung der sandgestrahlten Innenoberfläche zum Einsatz.

Die Durchmesser möglicher Öffnungen sind deutlich kleiner als der Innendurchmesser der Kugel, so dass nur solches Licht in die Austrittsebene gelangt, das zuvor vielfach an der inneren Oberfläche reflektiert worden ist. Die Fläche aller Öffnungen sollte hierbei 5 % der Gesamtfläche der Kugel nicht überschreiten.

Verwendung

Die in der Ulbricht-Kugel gestreute Strahlung ist nahezu ideal diffus, sie erfüllt das Lambertsche Gesetz (auch Lambert-Verteilung genannt) weitaus besser, als dies durch opakes Material (Milchglas) oder eine plane diffus reflektierende Platte möglich ist.

Eingesetzt wird die Ulbricht-Kugel zumeist in der optischen Messtechnik. Sie ermöglicht einerseits, die Leistung oder den Gesamt-Lichtstrom verschiedener Lichtquellen zu vermessen, ohne dass durch deren Richtcharakteristik die Messungen verfälscht werden. Auch Laser- und Infrarot-Strahlungsquellen können vermessen werden.
Andererseits bietet die erzeugte diffuse Strahlung die Möglichkeit, ein fotometrisches Normal beziehungsweise eine Referenz-Strahlungsquelle zu schaffen, um die Eigenschaften verschiedener optischer Detektoren miteinander zu vergleichen.