Das Lichtbeugung ist der Name für die Verzerrung eines Lichtstrahls, wenn er auf ein kleines Objekt oder eine kleine Öffnung in einem Bildschirm trifft. Es war der Italiener Francesco Maria Grimaldi, der diesem Phänomen den Namen Beugung gab und es 1665 als erster untersuchte.
Wenn das Objekt oder der Schlitz, der den Lichtstrahl abfängt, in der Größenordnung von Zehntel Millimetern oder weniger liegt, ist der geworfene Schatten nicht genau. Vielmehr diffundiert es um den geometrischen Schatten. Dies liegt daran, dass der Lichtstrahl abgelenkt wird und sich an den Rändern des Hindernisses ausbreitet..
Die obige Abbildung zeigt ein ganz bestimmtes Muster abwechselnder heller und dunkler Bereiche. Erzeugt durch Licht von einem Laserpointer (Wellenlänge 650 nm), der durch einen quadratischen Schlitz von 0,1 mm x 0,1 mm läuft und auf eine Leinwand projiziert wird.
Dieses Musterbildungsphänomen wird auch bei Schallwellen und Wellen auf der Wasseroberfläche sowie bei Radiowellen und Röntgenstrahlen beobachtet. Deshalb wissen wir, dass es sich um ein überaus wellenartiges Phänomen handelt..
Artikelverzeichnis
In einem monochromatischen Lichtstrahl (der eine einzelne Wellenlänge enthält) wie Laserlicht bildet die Beugung des auf das Hindernis einfallenden Lichtstrahls ein Muster aus hellen und dunklen Bändern, wenn er auf einen Bildschirm projiziert wird.
Diese Anordnung von hellen und dunklen Bereichen wird genannt Beugungsmuster.
Die Beugung wird auf klassische Weise erklärt Fresnel-Huygens-Prinzip.
Es kommt von der Überlagerung der sphärischen Wellen, die vom Rand des Hindernisses und von den anderen Punkten der Wellenfront, die an die Kanten angrenzt, ausgehen, so dass eine Interferenz zwischen den Wellen dieses Satzes von Sekundärquellen auftritt.
Wenn zwei oder mehr Wellen an derselben Stelle im Raum zusammenfallen, treten Interferenzen zwischen ihnen auf. Es kann dann vorkommen, dass ihre jeweiligen Amplituden addiert oder subtrahiert werden, wonach jede ihren eigenen Weg geht..
Es hängt alles davon ab, ob die Wellen in Phase zusammenfallen. Wenn ja, addieren sich die Amplituden, während an den Stellen, an denen die Wellen phasenverschoben oder gegenphasig sind, die Amplitude abnimmt oder sich aufhebt..
Deshalb hat das Beugungsmuster helle und dunkle Bereiche..
Im Gegensatz zum Phänomen der Lichtinterferenz, bei dem die Anzahl der Wellenquellen zwei oder drei beträgt, ist bei der Beugung die Anzahl der Sekundärquellen der sphärischen Wellen sehr groß und neigt dazu, ein Kontinuum von Quellen zu bilden..
Welleninterferenzen bei der Beugung machen sich stärker bemerkbar, wenn die Quelle eine einzige Wellenlänge hat und alle Photonen, aus denen der Lichtstrahl besteht, in Phase sind, wie dies bei Licht von einem Laser der Fall ist..
Das Speckle-Interferometrie ist eine der praktischen Anwendungen des Phänomens der Lichtbeugung.
Wenn eine Oberfläche mit Laserlicht beleuchtet wird, sind die Wellenfronten des von der Oberfläche reflektierten Lichts in Phase, werden jedoch nach dem Weg zu der Platte oder dem Bildschirm, auf dem das Bild aufgezeichnet wird, außer Phase..
Dort wird ein gesprenkeltes Beugungsmuster erzeugt (Tupfen auf Englisch), die Informationen über die Oberfläche gibt, von der die reflektierten Photonen stammen.
Auf diese Weise können Fehler oder Brüche in einem Teil erkannt werden, die mit bloßem Auge kaum sichtbar wären..
Die Kenntnis der Beugungsmuster in fotografischen oder digitalen Bildern astronomischer Objekte: Sterne oder Asteroiden dient dazu, die Auflösung astronomischer Bilder zu verbessern.
Die Technik besteht darin, eine große Anzahl von Bildern desselben Objekts zu sammeln, die einzeln von geringer Auflösung oder Helligkeit sind..
Wenn sie dann rechnerisch verarbeitet und das Rauschen aus der Beugung extrahiert werden, führen sie zu einem Bild mit höherer Auflösung.
Auf diese Weise können Details angezeigt werden, die zuvor in den Originalen maskiert wurden, und zwar genau aufgrund der Lichtbeugung..
Beugung ist ein Phänomen, das fast alle von uns sicherlich beobachten, aber wir identifizieren seinen Ursprung nicht immer richtig. Hier sind einige Beispiele:
Der Regenbogen wird hauptsächlich durch die Überlagerung der gebrochenen und reflektierten Wellen in den feinen Wassertropfen verursacht.
Sie bilden einen sehr großen Satz sekundärer Lichtquellen, deren Wellen sich gegenseitig stören und das farbenfrohe Regenbogenmuster bilden, das wir nach dem Regen so sehr bewundern..
Licht, das von einer CD oder DVD reflektiert wird, bildet auch auffällige bunte Muster. Sie haben ihren Ursprung im Phänomen der Beugung des Lichts, das von den Sub-Millimeter-Rillen reflektiert wird, aus denen die Spuren bestehen.
Das Hologramm, das häufig auf Kreditkarten und Markenprodukten erscheint, bildet ein dreidimensionales Bild.
Dies liegt an der Überlagerung der Wellen, die von den unzähligen gedruckten Reflexionspunkten ausgehen. Diese Punkte sind nicht zufällig verteilt, sondern wurden durch das Beugungsmuster des ursprünglichen Objekts gebildet, das mit Laserlicht beleuchtet und später auf einer Fotoplatte eingraviert wurde..
Manchmal sieht man Lichthöfe oder Ringe um die Sonne oder den Mond.
Sie entstehen durch die Tatsache, dass das von diesen Himmelskörpern kommende Licht reflektiert oder in einer unzähligen Menge von Partikeln oder Kristallen reflektiert wird, die in der oberen Atmosphäre gebildet werden..
Sie wirken wiederum als Sekundärquellen und ihre Überlagerung führt zu dem Beugungsmuster, das den himmlischen Lichthof bildet..
Das Schillern einiger Oberflächen wie Seifenblasen oder der durchscheinenden Flügel einiger Insekten wird durch Lichtbeugung erklärt. Auf diesen Oberflächen variieren die beobachteten Töne und Farben des Lichts je nach Beobachtungswinkel..
Die in den dünnen halbtransparenten Schichten reflektierten Photonen bilden einen großen Satz von Lichtquellen, die konstruktiv oder destruktiv interferieren.
Somit bilden sie die Muster, die den verschiedenen Wellenlängen oder Farben entsprechen, aus denen das Licht der ursprünglichen Quelle besteht..
Somit werden nur die Wellenlängen beobachtet, die von bestimmten Trajektorien kommen: diejenigen, die von den reflektierten Punkten zum Auge des Betrachters gehen und die einen ganzzahligen Unterschied in den Wellenlängen aufweisen..
Wellenlängen, die diese Anforderung nicht erfüllen, werden storniert und können nicht eingehalten werden.
Bisher hat noch niemand einen Kommentar zu diesem Artikel abgegeben.