Interferenz- Doppelspalt

Eine hoch relevante und immer wiederkehrende Anwendung der Zweiquellen-Interferenz ist die Interferenz von Licht hinter einem Doppelspalt.

Versuchsbedingungen

Zunächst einmal müssen wir uns überlegen, wie wir die Kohärenzbedingung für Interferenz erfüllen können.

Lichtquelle

Am besten geeignet ist sicher ein Laser. Denn Laserlicht hat die Eigenschaft, dass

• es monochromatisch (Licht gleicher Frequenz)
• und kohärent ist.

Hintergrund: Beim Laser wie auch bei einer "normalen" Lampe wird das Licht zwar durch Emission aus Atomen erzeugt. Dennoch laufen die Prozesse etwas anders ab. So erfolgt in einer normalen Glühlampe die Anregung der Atome ungeordnet. Entsprechend weisen die unabhängig voneinander emittierten Lichtwellen einer Glühlampe keine festen Phasenbeziehungen zueinander auf (inkohärentes Licht). Beim Laser hingegen ist die Phasengleichheit der Wellen gewährleistet (kohärentes Licht).

Erzeugung von 2 Quellen - Beugung am Doppelspalt

Aus einer einzigen Lichtquelle lassen sich durch Beugung am Doppelspalt zwei Quellen erzeugen. Die vom Laser ausgehenden Wellen lösen am Doppelspalt zwei Elementarwellen mit konstanter Phasenbeziehung aus (Huygenssches Prinzip). Auf diese beiden Wellen lassen sich alle vorherigen Überlegungen zur Zweiquellen-Interferenz übertragen.

Damit sind unsere wesentlichen Voraussetzungen für eine saubere Interferenz erfüllt.

Versuchsaufbau & Beobachtung

Interferenz- Doppelspaltexperiment

Das Laserlicht fällt senkrecht auf den Doppelspalt. Auf einem Schirm hinter dem Doppelspalt beobachtet man eine Abfolge von hellen und dunklen Bereichen (Interferenzmaxima & Interferenzminima). Es ergibt sich ein festes Interferenzmuster.

Gangunterschied $\Delta s$

Bei den Abmessungen im Versuch gilt die Formel $\Delta s=g\cdot \sin \alpha$. Gleichzeitig erkennt man am Aufbau die Beziehung

$\frac{x}{a}=\tan \alpha$,

$a$: Abstand Doppelspalt-Schirm.

Für hinreichend kleine Winkel $\alpha$ kann man die Näherung

$\sin \alpha\approx \tan \alpha$

benutzen. Daraus folgt dann

$\Delta s=g\cdot \frac{x}{a}$.

Wellenlängenbestimmung

Mit Hilfe dieses Experiments lässt sich die Wellenlänge des Lichts bestimmen, indem man die Maxima n. Ordnung misst bzw. den entsprechenden $x$-Wert ermittelt. Für Maxima n. Ordnung gilt $\Delta s=n\cdot \lambda$. Kombiniert mit dem gerade erhaltenen Ergebnis folgt

$n\cdot \lambda=g\cdot \frac{x_n}{a}$,

$x_n$: Abstand Maximum 0. Ordnung- Maximum n. Ordnung