Optische Interferenz

Optische Interferenz ist die Umverteilung der Lichtintensität, die entsteht, wenn kohärente Wellen sich überlagern und helle und dunkle Streifen erzeugen, die durch ihre relative Phase bestimmt werden.

Definition

Das Phänomen, bei dem die Intensität überlagerter kohärenter Lichtwellen mit der Position entsprechend ihrer Phasendifferenz variiert, was Maxima ergibt, wo sich die Wellen verstärken, und Minima, wo sie sich aufheben.

Scope

Dieses Thema behandelt die Überlagerung von zwei oder mehr kohärenten Lichtwellen und die daraus resultierenden Interferenzmuster. Es umfasst Youngs Doppelspaltexperiment, Anordnungen zur Wellenfrontteilung und Amplitudenteilung, die Abhängigkeit der Streifenposition und des Streifenabstands von Wegunterschied und Wellenlänge, Mehrstrahlinterferenz und ihre scharfen Streifen sowie die Beziehung zwischen Streifensichtbarkeit und Kohärenz. Es behandelt die Bedingungen für konstruktive und destruktive Interferenz und die Energieerhaltung durch Umverteilung statt Verlust.

Core questions

• Welche Phasenbedingungen erzeugen helle und dunkle Interferenzstreifen?
• Wie hängt der Streifenabstand von Geometrie und Wellenlänge ab?
• Wie wird Interferenz durch Wellenfrontteilung im Vergleich zur Amplitudenteilung erzeugt?
• Wie schärft die Mehrstrahlinterferenz die Streifen?

Key concepts

• Phasendifferenz
• optischer Wegunterschied
• konstruktive und destruktive Interferenz
• Streifenabstand
• Streifensichtbarkeit
• Wellenfrontteilung
• Amplitudenteilung
• Fabry-Perot-Interferenz

Key theories

Zweistrahlinterferenz

Zwei kohärente Wellen kombinieren sich zu einer Intensität, die vom Kosinus ihrer Phasendifferenz abhängt und gleichmäßig beabstandete Streifen erzeugt; Youngs Doppelspalt ist das archetypische Beispiel, das den Streifenabstand mit Wellenlänge und Geometrie verknüpft.

Mehrstrahlinterferenz

Wenn viele Strahlen mit progressiv abnehmender Amplitude interferieren, wie zwischen zwei hochreflektierenden Oberflächen, zeigt die Transmission sehr schmale, scharfe Spitzen, die im Fabry-Perot-Interferometer genutzt werden.

Clinical relevance

Interferenz ist das Arbeitsprinzip der optischen Kohärenztomographie, die Querschnittsbilder der Netzhaut und anderer Gewebe erzeugt, indem sie die Interferenz von Licht misst, das aus verschiedenen Tiefen reflektiert wird.

History

Young demonstrierte um 1801 die Interferenz von Licht mit seinem Doppelspaltexperiment und lieferte damit starke Beweise für die Wellentheorie gegenüber Newtons korpuskularer Ansicht. Fresnel erweiterte die Analyse, und am Ende des neunzehnten Jahrhunderts entwickelten Fabry und Perot das nach ihnen benannte Mehrstrahlinterferometer, das eine hochauflösende Spektroskopie ermöglichte.

Key figures

• Thomas Young
• Augustin-Jean Fresnel
• Charles Fabry
• Alfred Perot

Seminal works

• hecht2017
• bornwolf1999

Frequently asked questions

Zerstört Interferenz Lichtenergie, wo die Streifen dunkel sind?

Nein; Energie bleibt erhalten und wird lediglich umverteilt, sodass das den dunklen Streifen entzogene Licht als zusätzliche Helligkeit in den hellen Streifen wiedererscheint.

Warum müssen die Quellen für stabile Streifen kohärent sein?

Stabile Streifen erfordern eine konstante Phasenbeziehung zwischen den interferierenden Wellen; wenn die relative Phase schnell schwankt, wie bei unabhängigen Quellen, verschiebt sich das Interferenzmuster zu schnell, um beobachtet zu werden, und mittelt sich aus.