Beugung und Interferenz - Walther Meißner Institut

Abschnitt 5.3 PHYSIK III 205.Augustin Jean Fresnel (1788 - 1827):Augustin Jean Fresnel wurde am 10. Mai 1788 in Broglie bei Bernay in der Normandie geboren.Der junge Fresnel tat sich mit dem Lesen und Schreiben schwer. Dagegen setzte sich die mathematischeBegabung früh durch. Im Jahre 1801 besuchte der 13jährige Fresnel die Zentralschule in Calen.Drei Jahre später wurde er Student an der École Polytechnique in Paris von 1804 bis 1806.Dominique Francois Arago, der ebenfalls am Polytechnikum studierte wurde Fresnels Weggefährte beiseinen Forschungen. Im Anschluss an das Polytechnikum besuchte Fresnel die École des Ponts etChaussées und erwarb den Ingenieursgrad. Als Weg- und Wasserbaufachmann trat er mit 20 Jahrenin den Staatsdienst und verbrachte die nächsten Jahre auf verschiedenenBaustellen in der Provinz. In seiner Freizeit befassteer sich mit Physik. Seine experimentellen und theoretischen Untersuchungenumfassten neben der Beugung die Interferenz, diePolarisation,die Doppelbrechung und die Abberation des Lichts.Seine erste Untersuchung La diffraction de la lumière (die Beugungdes Lichts)legte Fresnel am 15.10.1815 der Academiedes Sciences vor. Bei der Durchführung seiner Interferenzversuchebenutzte er verschiedene Techniken, wovon zwei besonderserwähnenswert sind. Zum einen der Spiegelversuch (zusammenmit Arago 1816) und zum anderen der Versuch mit dem Biprisma(1819). Fresnel erfand ein Glasprisma zur Erzeugung zirkularpolarisierten Lichts, sowie die aus Glasringen aufgebauten RingundGürtellinsen (Fresnel-Linsen) für Leuchttürme und Scheinwerfervon Schiffen und Fahrzeugen. Die erste Linse dieser Bauartwurde in den Cordouan-Leuchtturm eingebaut und ersetze dieHohlspiegel, welche in der salzhaltigen Meeresluft meist rascherblindeten. Fresnels Arbeiten über die Mitführung des Lichtsdurch bewegte Körper (Strömungen) haben ein neues Teilgebietder Optik geschaffen. Der Fresnelsche Mitführungskoeffizientbezeichnet den Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit, mit dem sich Licht in bewegten Körpern (Strömungen) fortpflanzt.Armand Fizeau bestätigte Fresnels Arbeiten 1851 mit Versuchen an strömendem Wasser.Fresnel erkrankte 1824 an Bluthusten und verstarb am 14. July 1827 in Ville-Àvray bei Paris.Ψ P = k 0A2iL∞∫∫0g(s) exp( ) ik0 sds . (5.3.4)2LDieses Integral sieht nach einer Fourier-Transformation aus, obwohl die Integration von 0 (und nicht von−∞) nach ∞ läuft, was allerdings für die physikalische Situation vernachlässigbar ist. Leider gibt es fürPunkte außerhalb der Symmetrieachse keine solche Lösungen.Die Fresnelschen ZonenLiegt P auf der Symmetrieachse, so können wir die Integration in (5.3.4) auch in ringförmige Scheibenunterteilen und zwar so, dass für die m-te Kreisscheibe der Abstand von dieser Kreisscheibe zum PunktP im Intervall zwischen L +(m − 1) · λ/2 und L + m · λ/2 liegt. Man bezeichnet diese Kreisscheiben alsFresnel-Zonen (siehe Abb. 5.7). Für die Radien R m = √ S m der Fresnelschen Zonen gilt bei Annahmevon ebenen Wellenfronten (die Quelle befindet sich sehr weit entfernt)(R 2 m = S m = L + m · λ ) 2− L 2 m = 1,2,3,...2= mLλ + m 2 λ 24 . (5.3.5)2003