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Tutorial MenueTheorie der SpektroskopieLerneinheit 3 von 4

Dispersion

Ausbreitung der Welle im Medium

Licht breitet sich in einem Medium mit einer anderen Geschwindigkeit aus als im Vakuum. Mithilfe des einfachen Oszillatormodells kann man dieses Verhalten verstehen. Eine einfallende, ebene, primäre Welle trifft auf ein Dielektrikum, das durch eine Anordnung von Atomen oder Molekülen im Vakuum (Oszillatoren) beschrieben wird. Die durch die Wechselwirkung mit den Oszillatoren entstehenden, sich periodisch ändernden Dipolmomente sind für die Sekundärstrahlung der Oszillatoren verantwortlich. Diese Sekundärstrahlung, deren Abstrahlung quantenmechanisch isotrop ist, wird klassisch durch Kugelwellen mit den Oszillatoren als jeweilige Zentren beschrieben. Dabei sind die Sekundärwellen untereinander phasengleich, jedoch mit der Primärwelle außer Phase.

In einem dichten Medium, dessen Oszillatoren in regelmäßigen Abständen angeordnet sind, interferieren die von den Oszillatoren ausgestrahlten Sekundärwellen nur in der Ausbreitungsrichtung der einfallenden Welle konstruktiv, wodurch sich ebenfalls nur in diese Richtung eine ebene Welle aus der Überlagerung von Primär- und Sekundärstrahlung fortpflanzt. Das Licht, das von den Oszillatoren in alle anderen Richtungen ausgestrahlt wird, interferiert destruktiv. Wenn in einem Medium elektromagnetische Strahlung auch in anderen Richtungen als der Ausbreitungsrichtung der Welle beobachtet werden kann, spricht man allgemein von Streuung.

In einem Kristall, der ja als ein dichtes Medium mit einer regelmäßigen Anordnung der Oszillatoren aufgefasst werden kann, entsteht Lichtstreuung z.B. durch Gitterschwingung (Raman-Streuung, Brillouin-Streuung) oder Kristallverunreinigungen (Tyndall-Streuung). In Flüssigkeiten und Gasen sind die einzelnen Oszillatoren (Moleküle) unregelmäßig angeordnet, wodurch eine einfallende Lichtwelle gestreut wird (Rayleigh-Streuung). Das einfache Oszillatormodell versagt bei großen Streuzentren (Emulsionströpfchen, Staub), bei denen der Durchmesser des Streuzentrums ungefähr gleich der Wellenlänge ist (Lorenz-Mie-Streuung) oder sogar größer als diese.

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