von Herold Rudolf
Diese beiden Phänomene weisen auf den Wellencharakter des Lichts hin. Interferenz ist mit der Überlagerung von Wellen verbunden, während Beugung immer bei der Begrenzung einer einzelnen Wellenfront durch ein Hindernis auftritt.
Licht ist
nur dann interferenzfähig, wenn es kohärent ist; eine elektromagnetische
Strahlung (z.B. Laserlicht) ist kohärent, wenn die Wellen gleicher Frequenz
eine zeitlich konstante Phasendifferenz haben. Unter der Interferenz von Licht
versteht man die Erscheinung, dass sich das von einer Lichtquelle ausgehende
Lichtwellen überlagert und damit Bereiche der Verstärkung und Abschwächung oder
Auslöschung auftreten:
Verstärkung: Wellenberg deckt sich mit Wellenberg, bzw. Wellental mit
Wellental
(auch: konstruktive Interferenz)
Auslöschung:
Wellenberg deckt sich mit Wellental
(auch: destruktive Interferenz)
Unter der Beugung von Licht versteht man die Richtungsänderung von Licht beim
Passieren von Kanten oder Hindernissen:
Lassen wir Wellen auf ein Hindernis fallen, welches einen Teil der Wellenfront
durch Absorption oder Reflexion am Weiterlaufen hindert, den Rest aber durchlässt,
so erscheint am Rande des durchgelassenen Strahls die sogenannte Beugung: die
Wellen laufen nicht nur geradeaus, sondern werden seitlich zu den Rändern des
Hindernis abgelenkt. Der Beugungswinkel wird größer wenn die Wellenlänge wächst.
Bei konstanter Wellenlänge wird der Beugungswinkel umso größer, je kleiner der
Spalt wird. Beugung tritt erst dann auf, wenn der Spalt gleich groß oder kleiner
als die Wellenlänge des Lichts ist.
Bei der
folgenden Darstellung wird das Licht bei der kleinen Öffnung gebeugt, d.h. die
Lichtwellen ändern die Richtung; dahinter überlagern sich die Wellen, wobei
sie sich verstärken oder auslöschen dadurch ergibt sich das Schirmbild:
Schickt man eine kohärente
Welle auf einen Doppelspalt, dessen Spaltabstand in der Größenordnung
der verwendeten Wellenlänge liegt, so entsteht auf einem Schirm dahinter ein Interferenzmuster.
(Intensitätsverteilung; Bild rechts)
Die beiden Spalte wirken dabei als Zentren von
Wellenfronten (wie bei Wasserwellen, siehe kleines Bild unten), die interferieren
und das Interferenzmuster erzeugen. Dunkle Stellen entsprechen destruktiver,
helle Stellen konstruktiver Interferenz. Aus den
Abständen der Anordnung und der, der Interferenzstreifen, kann man die Wellenlänge
des verwendeten Lichts berechnen
Der Winkel, bei dem das erste Minimum
auftritt, ist gegeben durch:
sin aMin = ± nl/D (n = 1),
(wobei D die Spaltbreite angibt)
Beugungsbilder: links das Beugungsbild
von einem Einzelspalt der Breite D >> l/2. Die Intensitätsminima treten für x = ±p, 2p, 3p ... auf, entsprechend der Bedingung
sin aMin = nl/D, mit n
= ±1,2,3...; rechts das Bild von zwei gleichen Spalten;
zum Beugungsbild (einhüllende Kurve) kommt ein Interferenzmuster der
Strahlen von den beiden Spalten (kosinusförmige Änderung der Amplitude entsprechend
dem Abstand d zwischen den beiden Spalten).