Experimentalphysik III (Atomphysik)

3.4. Spektroskopische Ergebnisse 49
Bestrahlt man ein Gitter mit einem Bündel weißem Licht, so entsteht beispielsweise
das Maximum erster Ordnung für rotes Licht unter einem größerem Winkel als für
blaues Licht.
Ein Prisma macht nur ein Spektrum, ein Gitter
macht viele Spektren sich überlappender Ordnungen!
Man definiert den nutzbarer Wellenlängenbereich
∆λ als den Bereich, in dem zu jeder Richtung
(sin α) nur eine Wellenlänge gehört. Dies ist
gerade der Bereich, bei dem die letzte Linie“ der
”
Ordnung m gerade in das letzte Minimum vor der
Abb. 3.22: Überlapp zweier Spektren. ” erster Linie“ der Ordnung m +1fällt!
Dann gilt:
(c) Interferometer
Abb. 3.23: Strahlengang im Interferometer.
m(λ +∆λ) =(m +1)λ − λ
N
∆λ = λ
m
mit λ
N
≪ (m +1)λ
Das Auflösungsvermögen und damit die Meßgenauigkeit
läßt sich wesentlich erhöhen, wenn
das Ausgangsstrahlenbündel in viele Teilbündel
zerlegt wird, die einen von Bündel zu
Bündel zunehmenden festen Gangunterschied
aufweisen, bevor sie wieder vereinigt werden.
Eines der bekanntesten Vielstrahlinterferrometer ist das Fabry–Perot–Interferrometer.
Es besteht aus zwei hochreflektierenden Spiegeln, von denen der Eine halbdurchlässig
ist. Die beiden Spiegel stehen variabel im Abstand d zueinander und bilden also einen
offenen optischen Resonator aus.
Die auf das Interferrometer unter dem Winkel ϑ treffende Strahlung wird durch die
Vielfachreflexion zwischen den Spiegeln in viele Teilbündel aufgespalten. Der von
Bündel zu Bündel fortschreidende Gangunterschied δ der durchgehenden Strahlung
beträgt
δ =2nd cos ϑ,
wobei n der Brechungsindex des Mediums zwischen den Spiegeln ist. Mit einer
Linse werden die austretenden parallelen Strahlenbündel in der Brennebene vereinigt.
Es entstehen sehr scharfe Interferenzmaxima, die man aufgrund der Symmetrie der
Anordnung als helle konzentrische Kreise auf dunklem Untergrung betrachtet (Kurven
gleicher Neigung). Die Interferenzen sind um so schmäler, ja häufiger das Bündel
zwischen den Spiegeln reflektiert wird und miteinander interferrierende Teilbündel
erzeugt werden. Die Auflösung mit diesem Vielstrahlinterferometer ist sehr hoch. Die
Ordnung der Interferrenzen beträgt etwa m ≈ 10 4 − 10 5 , wohingegen der nutzbare
Wellenlängenbereich ∆λ ≈ 10 −4 λ sehr klein ist, was eine Vorzerlegung des Lichts
notwendig macht.
Mit diesem Gerät können also feine Linsenspektren und Linienbreiten vermessen werden.