MS – Michelson-Interferometer - JavaPsi

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1 GRUNDLAGEN MS 2 1 Grundlagen 1.1 Aufbau Ein Michelson-Interferometer besteht aus einem Strahlteiler und zwei Spiegeln, die wie in Abb. 1 abgebildet angeordnet sind. Ein Teil des ursprünglichen Laserlichts trans- Abbildung 1: Aufbau eines Michelson-Interferometers (Quelle: Anleitung). mittiert den Strahlteiler, wird von einem Spiegel auf den Strahlteiler zurück reflektiert, um dort zur Beobachtungsebene reflektiert zu werden. Ein anderer Teil des ursprünglichen Laserlichts wird am Strahlteiler reflektiert, gelangt anschließend von einem Spiegel zurück zum Strahlteiler und wird dort transmittiert, um ebenfalls auf dem Beobachtungsschirm zu landen. Wenn der Gangunterscheid der beiden Strahlen, die das Interferometer verlassen, kleiner als die Kohärenzlänge des verwendeten Laserlichts ist, kann man ein Interferenzmuster beobachten. 1.2 Interferenzmuster Wenn man davon ausgeht, dass der Laser paralleles Licht aussendet (d.h. ebene Wellen), sind die beiden auf dem Schirm ankommenden Strahlen nach wie vor ebene Wellen, da die Reflexion ebener Wellen an ebenen Spiegeln wieder ebene Wellen ergibt. Wie üblich interferieren diese ebenen Wellen mit einem Gangunterschied ∆s zu einem Streifenmuster. Die Bedingung für Maxima ist dabei ∆s = kλ, k ∈ Z. Divergiert hingegen das Licht der Lichtquelle, so kann man virtuelle Gegenstandspunkte konstruieren, von denen Kugelwellen ausgehen. Da ebene Spiegel Kugelwellen Version: 24. Oktober 2007 Moritz Stoll, Marcel Schmittfull, Melanie Jetter
1 GRUNDLAGEN MS 3 zu Kugelwellen reflektieren, sind die beiden interferierenden Lichtbündel nach dem Interferometer nach wie vor Kugelwellen und interferieren deshalb zu einem Ringmuster auf der Mattscheibe (vgl. Abb. 2). Auch hier gilt für Maxima die Bedingung ∆s = kλ. Abbildung 2: Interferenz der von zwei Punktquellen ausgesendeten Kugelwellen. An Schnittpunkten gleichfarbiger Linien entsteht konstruktive Interferenz (blau), an Schnittpunkten ungleichfarbiger Linien destruktive Interferenz (rot). Die Rotationssymmetrie erklärt das Zustandekommen von Ringen auf der ebenen Mattscheibe. (Quelle: http: // www. walter-fendt. de/ ph14e/ interference. htm ) Sind die Spiegel des Interferometers gegeneinander mit einem kleinen Winkel geneigt, so beobachtet man auch bei divergenter Lichtquelle ein Streifenmuster (Fizeau- Streifen). 1.3 Messung von Gangunterschieden Eine sehr kleine Änderung ∆s der Länge eines Interferometerarms hat zur Folge, dass der Strahl, der durch diesen Interferometerarm verläuft einen zusätzlichen Weg 2∆s zurücklegen muss (hin- und zurücklaufender Strahl jeweils ∆s). Das Interferenzmuster verschiebt sich deshalb um 2∆s, d.h. in einem festen Punkt in der Beobachtungsebene wird ein Gangunterschied von s zu einem Gangunterschied von s + 2∆s. Ändert man die Armlänge des Interferometers langsam, so kann man beobachten, wie die Streifen bzw. Ringe gleicher Phase ” wandern“. Die Anzahl N der Maxima, die über einen bestimmten Punkt wandern (z.B. über die Mitte der Ringe), kann zur Berechnung der Längenänderung ∆s des Interferometerarms benutzt werden, ∆s = Nλ . (1) 2 Version: 24. Oktober 2007 Moritz Stoll, Marcel Schmittfull, Melanie Jetter
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Seite 7: 2 AUSWERTUNG MS 7 mit l = 10cm als

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