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Interferenzen an dünnen Schichten

Planparallele dünne Schicht

"In den Pfützen schwimmt Benzin, schillernd wie ein Regenbogen..."

Wer kennt sie nicht, diese Zeile aus Reinhard Meys Lied "Über den Wolken" - aber Moment! - weshalb schillert denn das Benzin auf einer Pfütze eigentlich? Benzin an sich ist doch eher farblos, wie wir von unseren Tankstopps her wissen. Auch Seifenwasser in einem Putzeimer ist grauweiß gefärbt (zumindest anfänglich), wohingegen Seifenblasen, die wir alle seit unserer Kindheit kennen, in allen Farben glänzen. Genauso ist es auch beim Zahnpastaschaum, der sich Morgen für Morgen bunt schillernd durch den Abfluss unseres Waschbeckens verabschiedet.

Der Grund, warum ein und dieselbe Substanz einmal farblos (bzw. durchsichtig) ist und ein anderes Mal bunt schillert, liegt - wie Sie bestimmt schon ahnen - in deren Schichtdicke d .

Bei Seifenblasen und Ölfilmen haben wir es mit sehr dünnen Schichten zu tun. An diesen wird ein Teil des weißen Sonnenlichtes von deren Oberseite, ein anderer Teil von deren Unterseite reflektiert. Dadurch entstehen (wenn die Schicht dünn genug ist, Stichwort Kohärenzlänge) interferenzfähige Teilwellen, deren optische Weglängendifferenz im Wesentlichen vom Gangunterschied, also durch die Dicke der Schicht (Kurven gleicher Dicke), und vom Winkel, unter dem ein Beobachter auf die Schicht blickt (Kurven gleicher Neigung), bestimmt wird.

Herrscht so z.B. unter einem bestimmten Beobachtungswinkel für eine bestimmte Wellenlänge des weißen Spektrums destruktive Interferenz, so erscheint uns als Beobachter die dünne Schicht in der Komplementärfarbe. Diese ist wie folgt definiert.

Komplementärfarbe
Überlagert man eine Farbe mit ihrer Komplementärfarbe, so erhält man weißes Licht.

Einige spezielle Farben mit ihren zugehörigen Komplementärfarben finden Sie in der folgenden Tabelle aufgelistet.

Abb.1
Einige Farben und deren Komplementärfarben
Zur Verwendung des Begriffes Lichtstrahl in der Wellen-Optik
In dieser Lerneinheit wird häufig der Begriff Lichtstrahl auftauchen oder auch von der Interferenz zweier Lichtstrahlen gesprochen, ebenso wie sich in Skizzen eingezeichnete Strahlen wiederfinden werden.Mit dieser Kennzeichnung meint man hier, wo es um die Wellenoptik geht, nicht die Vorstellung eines geometrischen Lichtstrahls (bei welchem ja auch untereinander überhaupt keine Interferenzen berücksichtigt werden, da diese erst im Wellenmodell erklärbar werden), wie er aus der geometrischen Optik her bekannt ist.Im Folgenden soll mit dem Begriff Lichtstrahl die Ausbreitungsrichtung einer Wellenfront charakterisiert werden. Anstatt also in die Skizzen stets die gesamten Wellenfronten einzuzeichnen (was schnell sehr unübersichtlich werden würde!), zeichnet man deren lokale Ausbreitungsrichtungen, also die auf diese Weise zu interpretierenden Lichtstrahlen ein. Damit jedoch nicht die Gefahr einer Fehlinterpretation entsteht, wird oft zusätzlich zur grafischen Strahlen-Darstellung im Text von interferierenden Wellenzügen gesprochen, welche genauer bezeichnet interferierende Teilabschnitte einer (Kugel-)Wellenfront sind.
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