Gitterspektren und Reflexionsgitter

Bei der Verwendung von weißem LED-Licht mit einem optischen Gitter entstehen charakteristische Gitterspektren. Das weiße Licht, eine Überlagerung verschiedener Wellenlängen des sichtbaren Spektrums, wird in seine Farbbestandteile aufgespalten.

Explanation: Die unterschiedlichen Wellenlängen des weißen Lichts werden am Gitter unterschiedlich stark gebeugt, was zur Aufspaltung in ein Spektrum führt.

Am Ort des Maximums 0. Ordnung überlagern sich alle Wellenlängen konstruktiv, was zu einem weißen Streifen führt. Bei höheren Ordnungen werden die Farbbestandteile sichtbar, da der Beugungswinkel von der Wellenlänge abhängt.

Highlight: Die Beugung von Licht im Alltag lässt sich beispielsweise an CDs oder DVDs beobachten, die als Reflexionsgitter fungieren.

Reflexionsgitter funktionieren nach dem gleichen Prinzip wie Transmissionsgitter. Jede reflektierende Furche dient als Ursprung einer neuen Elementarwelle, die mit den anderen interferiert.

Example: Ein Reflexionsgitter mit 1000 Linien pro Millimeter erzeugt bei Beleuchtung mit rotem Laserlicht (λ = 632 nm) Beugungsmaxima 1. Ordnung bei einem Winkel von etwa 39,3°.

Die Untersuchung von Gitterspektren und die Anwendung der Gitterkonstante Berechnung aus Linien pro mm sind wichtige Methoden in der Spektroskopie und finden Anwendung in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft und Technik.

Interferenz von Elementarwellen und Doppelspalt

Die Interferenz von Elementarwellen tritt auf, wenn Wellen von zwei Erregern an einem Punkt zusammentreffen. Dabei unterscheidet man zwischen konstruktiver und destruktiver Interferenz, die zu Maxima bzw. Minima im Interferenzmuster führen.

Definition: Kohärenz bezeichnet den Zustand, wenn beide Erreger mit gleicher Phase und Frequenz schwingen.

Beim Doppelspaltexperiment dienen die Spaltöffnungen als Ausgangspunkte neuer Elementarwellen. Das Licht wird am Doppelspalt gebeugt und interferiert hinter dem Spalt, wodurch sich ein charakteristisches Interferenzmuster aus hellen und dunklen Streifen bildet.

Highlight: Die Beugung am Doppelspalt demonstriert die Welleneigenschaften des Lichts.

Die Interferenz am Doppelspalt Formel für Maxima lautet:

d · sin(α) = k · λ

Dabei ist d der Spaltabstand, α der Beugungswinkel, k die Ordnung des Maximums und λ die Wellenlänge.

Example: Bei einem Doppelspaltexperiment mit rotem Laserlicht (λ = 635 nm) und einem Spaltabstand von 0,1 mm tritt das erste Maximum bei einem Winkel von etwa 0,36° auf.

Die Doppelspalt Intensitätsverteilung zeigt, dass die Amplitude der Maxima mit zunehmender Ordnung abnimmt, während ihr Abstand zunimmt.