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Beugung und Interferenz von Licht

Was ist Interferenz?

Warum tritt Interferenz auf, und warum bei Licht?

 

 

Was ist Interferenz?

  • Kommt es zur überlagerung von zweier oder mehrerer Wellen, so nennt man dies Interferenz. Doch müssen die beiden überlagernden Wellen die gleichen physikalischen Größen (Frequenz, Wellenlänge) besitzen.
  • Damit die bei der Interferenz entstehende neue Welle stabil ist, also eine zeitlich konstante Amplitude, Wellenläge, Geschwindigkeit und Frequenz hat, müssen die beiden interferierenden Wellen kohärent sein. Man unterscheidet zwischen konstruktiver und destruktiver Interferenz.
  • Die konstruktive Interferenz tritt auf, wenn die Wellenberge der einen Welle genau auf die Wellenberge der anderen Welle treffen. Dabei verstärken sich die beiden Wellen und es entsteht eine Welle mit größerer Amplitude.
  • Entstehen tut dies bei einem geraden Vielfachen der Phasendifferenz $\Delta\phi$, also $0\pi$, $2\pi$, $4\pi$ usw. Der Gangunterschied $\delta$ muss ein ganzes Vielfaches der Wellenlänge $\lambda$ betragen ($1\lambda$, $2\lambda$, 3...). Allgemein schreibt man: $k\cdot\lambda$ oder $k\cdot 2\pi$.
  • Die destruktive Interferenz tritt auf, wenn die Wellenberge der einen Welle genau auf die die Wellentäler der anderen Welle treffen. Dadurch entsteht eine Welle mit einer kleineren Amplitude.
  • Es entsteht bei einem ungeraden Vielfachen der Phasendifferenz $\Delta\phi$, also $\pi$, $3\pi$, $5\pi$ usw. Der Gangunterschied $\delta$ muss ein halbes Vielfaches der Wellenlänge $\lambda$ ($\frac{\lambda}{2}$, $3\frac{\lambda}{2}$, $5\frac{\lambda}{2}$, …).
  • Allgemein schreibt man also: $\frac{(2k-1)\lambda}{2}$ oder $k\cdot\pi$ mit ungeradem $k$.

 

 

Warum tritt Interferenz auf, und warum bei Licht?

  • Licht verhält sich auch wie eine elektromagnetische Welle, besitzt also Wellencharakter, für jede Welle gilt das Huygen’sche Prinzip. Das Huygen'sche Prinzip dient dazu, Vorgänge rund um Wellen zu erklären.
  • Dabei wird angenommen, dass eine Welle aus vielen kreisförmigen Elementarwellen besteht, die sich überlagern. So bilden die Wellenfronten vieler Elementarwellen durch überlagerung die Wellenfront einer Welle.
  • Von der Front dieser Wellen gehen wiederum Elementarwellen aus, die sich in einer neuen Wellenfront überlagern (Fortschreiten der Welle). Kommt eine Welle bspw. an einem Spalt an, so geht an diesem Spalt eine der Elementarwellen als Kreisförmige Welle weiter, während die anderen Elementarwellen zurückgeworfen werden.
  • Diese nun Kreisförmigen Elementarwellen überlagern bzw. interferieren nun miteinander, und es sind verschiedene Interferenzmuster zu erkennen.

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