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Kohärenz - wichtige Voraussetzung für die Interferenz von Lichtwellen

Versuch von Pohl - Kohärenzlänge

Versuch von Pohl - Demonstration endlicher Kohärenzlängen

Bisher hätte sich dieser Abschnitt auch genauso gut im Kapitel "Interferenz" wiederfinden können. Den Grund, warum er trotzdem als Abschluss des Kohärenzkapitels steht, werden Sie gleich einsehen. Dazu ändern wir den Versuch von Pohl ein klein wenig ab, indem wir einfach die neuere Quecksilber-Niederdrucklampe gegen ein älteres vorhandenes Modell, eine Quecksilber-Hochdrucklampe, austauschen.

Arbeitsauftrag

Betrachten Sie das folgende Video. Stellen Sie fest, welchen Effekt der Lampentausch auf den Versuch hat.

Nach Bearbeiten des Arbeitsauftrags können Sie wie gewohnt die Musterantwort anzeigen lassen, indem Sie auf "Lösung zeigen" klicken.

Abb.1

Nachdem eine ganze Weile (dabei wurde die reale Zeitspanne von etwa 7 Minuten im Zeitraffermodus verkürzt dargestellt) die Interferenzringe wie auch zuvor sichtbar sind, beginnen diese plötzlich, von innen heraus zu verblassen, bis schließlich keinerlei Interferenzmuster mehr sichtbar ist.

Lösung zeigenLösung ausblenden

Die Verwendung der Hochdrucklampe hat zu Beginn des Versuches noch keinen Effekt. Die Interferenzringe sind wie zuvor mit der Niederdrucklampe auf dem Schirm sichtbar. Nach einer Zeit von etwa 5 Minuten beginnen diese aber zu verblassen, bis sie ganz verschwunden sind. Wohin sind sie verschwunden?

Hier können wir das zuvor vorgestellte Konzept der Kohärenzlänge gewinnbringend einsetzen, um uns diese zunächst verblüffende Beobachtung zu erklären. Üblicherweise besitzt eine Quecksilberlampe eine Kohärenzlänge in der Größenordnung der Glimmerblattdicke d , also von etwa l c = 0,1 mm . Die durch Reflexion am Glimmerblatt auftretenden Wegunterschiede sind also noch nicht so groß, dass sich zwei Wellenzüge im Überlagerungspunkt verpassen.

Tauscht man nun die Niederdruck- gegen eine Hochdrucklampe aus, so beobachtet man so lange die Interferenzringe, bis der Druck (die Temperatur) in der Hochdrucklampe eine gewisse Grenze überschreitet. Von da an wird die Wärmebewegung der Atome in der Lampe schließlich so groß, dass die einzelnen emittierenden Atome schon während ihrer Emissionszeit τ auf andere Atome prallen und somit nur für eine kürzere Zeitdauer τ ' Wellenzüge aussenden können. Diese Wellenzügen besitzen dann eine kleinere Kohärenzlänge l c ' als zuvor. Die Quecksilber-Hochdrucklampe liefert also zunehmend inkohärenteres Licht, je heißer sie wird.

Das Interferenzmuster verblasst langsam auf dem Schirm von innen her nach außen, da innen die größeren Weglängendifferenzen zwischen beiden Teilstrahlen vorliegen, und die kleiner werdenden Kohärenzlängen der Wellenzüge verantwortlich sind, dass diese sich dort zuerst gegenseitig zu verpassen beginnen.

Erkenntnis aus dem Versuch von Pohl in seiner abgewandelten Art
Der Versuch zeigt uns eindrucksvoll das Vorhandensein endlicher Kohärenzlängen sowie die Unverzichtbarkeit von Kohärenz, wenn man Interferenz von Wellen beobachten möchte.
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