Experimentalphysik III (Atomphysik)

62 Kapitel 3. Licht als elektromagnetische Welle, Wechselwirkung mit Materie
Die resultierende Welle, die wiederum linear polarisiert ist, erhält man durch Vektoraddition
von E + und E − . Hierzu drehen wir die schneller laufende Welle E + auf ihrer
Schraubenlinie um die Strecke zurück, die sie aufgrund ihrer größeren Ausbreitungsgeschwindigkeit
gewonnen hat. Die resultierende Welle ist nun aber um den Winkel α
gegenüber der Polarisationsebene beim Eintritt der Welle in die optische aktive Substanz
gedreht.
Ey =tanα =tan(∆n
Ez ω
l) α =∆nωl
Rotationsdispersion ,
c c
wobei ∆n proportional zur Konzentration der Lösungen ist.
Die Optische Aktivität kann man auch künstlich erzeugen, wenn man eine normale Substanz
durchstrahlt und parallel dazu ein � B–Feld einschaltet: Faraday–Effekt. Das � B–Feld
bewirkt auf die senkrecht dazu schwingende Dipole eine Larmorpräzession (Zerlegung in
zwei rotierende Elektronen → ein ruhender Beobachter sieht die Frequenzen verschoben,
d.h. aus einer Resonanzstelle wurden zwei!).
Damit ist
∆n = dn dn
∆ω =
dω dω ωL wobei ωL die Larmorfrequenz ist.
Mit dω 2πc
dλ = − λ2 folgt ∆n = −λ2 dn
2πc dλ ω λ2 dn eB 2πc
L , also gilt α = − 2πc dλ 2m cλ l oder
α = − e
2mc λdnlB
= V · l · B .
dλ
V ist dabei die Verdetsche Konstante (= − e λ dn
m 2c dλ )
Damit läßt sich für Substanzen, die den normalen Zeeman–Effekt zeigen, mit Hilfe des
Faradayeffekts e
m bestimmem.
• Der elektro–optische Effekt (Kerr-Effekt 1875)
Für Interessierte nachzulesen in Feynman Band I, S. 451.
3.6.3 Lichtstreuung, Streuung von Röntgenstrahlen
• Lichtstreuung
Röntgenbeugung und Lichtbrechung (gebrochener Strahl = 0. Beugungsordung) sind
Interferenzphänomene. Ihr Zustandekommen setzt einen hohen Ordnungsgrad der
Sekundärquellen (Atome) voraus. Zur Berechnung der Intensitäten (z.B. Fresnelsche Gleichungen)
muß man die Amplituden addieren und quadrieren: kohärente Überlagerung des
Sekundärlichtes (+ kohärente Addition des Primärlichtes in der 0. Ordnung!).
Ist die Ordnung der Sekundärquellen durch eingelagerte und statistisch (also willkürlich)
verteilte Fremdatome gestört, so löschen sich bei diesen Sekundärquellen bei der Amplitudenüberlagerung
die Interferenzterme heraus (Phasendifferenz nicht konstant, zeitliches
Mittel gleich Null) und die Gesamtintensität ist die Summe der Einzelintensitäten:
Inkohärente Überlagerung der Sekundärstrahlung (aber kohärent, d.h. phasenstarr in Bezug
auf das Primärlicht: Erzwungene Schwingung). Diese Erscheinung nennt man Streuung.
Fassen wir also nochmals zusammen: