Das Standardbeugungsobjekt im Physikunterricht ist ein
Spalt,
der parallele Interferenzstreifen erzeugt.
Wenn man statt des Spaltes eine Öffnung nimmt, die viel
häufiger vorkommt - nämlich eine (kreisförmige) Lochblende - können die
Interferenzstreifen nicht parallel sein.
Wie sieht nun das Beugungsmuster aus? Schauen Sie
einmal nachts durch ein Fernrohr auf einen (Doppel-) Stern!
Eine Lochblende, aber auch die kreisförmige
Öffnung eines Fernrohrs, erzeugt ein
"Beugungsscheibchen". Wenn die Intensität linear
dargestellt wird, erscheint nur das zentrale
Maximum (das ist der nicht besonders
interessante Normalfall).
Hier (und im
Folgenden) ist die Intensität logarithmisch
dargestellt.
Nun sind Beugungsringe zu sehen. Diese Ringe
können aber auch in der Realität beobachtet werden, z.B. bei der
Belichtung eines Films oder in einem
Interferometer.
Was
passiert, wenn man die Wellenlänge variiert?
Je größer die Wellenlänge (im Vergleich zum
Durchmesser der Lochblende), desto größer das
Beugungsscheibchen und der Abstand der
Beugungsringe.
Übergang von der
Strahlenoptik zur Wellenoptik!
Ein weiteres
Standardbeugungsobjekt ist der
Doppelspalt. Wie
sieht die Beugung an zwei Lochblenden aus?
Das hängt von der Wellenlänge, dem Durchmesser
der Blenden und ihrem Abstand ab.
Welcher dieser drei Parameter wird in den
folgenden Animationen verändert (und in welche
Richtung)?
Anmerkungen:
Beugung: Abweichen der Strahlen vom
geometrischen Strahlengang (Wellenoptik statt Strahlenoptik).
Interferenz: Zusammenwirken mehrerer Wellen
(oder Strahlen :-) durch Superposition der Amplituden.
Huygenssches Prinzip: Jeder Punkt einer
Wellenfront kann als Zentrum einer Elementarwelle betrachtet
werden.
Methode: Eine endliche Öffnung hat unendlich
viele Punkte, es interferieren also unendlich viele
Elementarwellen. Zur Berechnung der resultierenden Amplitude
(und Intensität) muss also integriert (statt summiert)
werden. Leider entstehen dabei Integrale (->
Kirchhoff), die
sich "nicht ganz einfach" auswerten lassen, bzw. viel Rechenzeit
kosten. Obige Darstellungen wurden für die Fernzone ("Fraunhoferbeugung") berechnet (-> Besselfunktionen).
