13 Wellenoptik
Polarisation, Farbenlehre, Interferenz an dünnen Schichten, Beugung am Gitter, Streuung von Licht
Polarisation, Farbenlehre, Interferenz an dünnen Schichten, Beugung am Gitter, Streuung von Licht
Um die Lichtreflexion einer Glasoberfläche stark herabsetzen können, wird die Oberfläche mit einer dünnen Schicht aus transparentem Material mit geeignetem Brechungsindex überzogen. Die an den Schichtgrenzen reflektierten Wellen (r1,r2,..) können sich praktisch aufheben. Damit wird die Reflexion vermindert und die Transmission vergrößert, weil alles was nicht reflektiert wird durch die Linse durch geht. Dadurch werden unerwünschte sekundäre Doppelreflexionen unterdrückt.
Die Farben von Perlmutt entstehen durch Interferenzen an dünnen Schichten. Es handelt sich dabei um hauchdünne Schichten aus Kalk und Eiweiß-Chitin.
Das einfallende weiße Licht trifft auf die dünnen Eiweiß-Chitin-Schichtem im Perlmutt. Je nach Schichtdicke werden bestimmte Wellenlängen durch destruktive Interferenz ausgelöscht bzw. durch konstruktive interferenz verstärkt. Dadurch werden nur bestimmte Farben zurückreflektiert. (auf dem Bild sind die Strahlen zum Beispiel jeweils blau bzw. rot)
Inkohärent bedeutet, dass die Wellensysteme über einen längeren Zeitraum in keiner festen Phasenbeziehung zueinander stehen.
Das liegt daran, dass natürliche Lichtquellen niemals Licht mit Einzelwellen der immer gleichen Wellenlänge aussenden, sondern zufällige und immer andere Wellenlängen. Hinzu kommt, dass die Einzelwellen einer Lichtwelle niemals in Parallelität abstrahlen, sondern in unterschiedliche und zufällige Richtungen ausgesandt werden.
Die Kohärẹnzlänge ist der größte Lichtwegunterschied den zwei Lichtstrahlen aus derselben Quelle haben dürfen, damit bei ihrer Überlagerung noch ein Interferenzmuster beobachtet werden kann.
Sie kann bei Lasern mehrere Meter bis km betragen, dagegen bei einer Kerze nur einige μm betragen.
Die Oberfläche der Rose reflektiert nur das Licht bestimmter Spektralfarben, wobei der Blau-&Grünanteil absorbiert wird. Deshalb ist die Rose selber auch eigentlich farblos und die vom Menschen wahrgenommene Farbe ist nur das von der Rose reflektierte Licht.
Worauf muss bei der Skizze, an den Stellen 1), 2) und 3) im Regentropfen, zur Erklärung des Regenbogens geachtet werden
1) Blau wird stärker als Rot gebrochen und die Brechung erfolgt zum Lot.
2) Eingagnswinkel=Ausgagnswinkel
3) Blau wird wieder stärker gebrochen als Rot und die Brechung erfolgt vom Lot
Nenne Erscheinungen in der Optik, für die der Wellencharakter des Lichtes benötigt wird?
Interferenzerscheinungen: Überlagerung von Wellen (Auslöschung oder Verstärkung der Amplitude)
Beugung: Änderung der Ausbreitungsrichtung, wenn sich eine Welle an einem Objekt geeigneter Größe vorbei bewegt
Polarisation: Schwingungsrichtung von Licht (normales Licht = unpolarisiertes Licht, linearpolarisiertes Licht = nur eine Schwingungsrichtung, zirkularpolarisiertes Licht = dreht auf einer Kreisbahn)
Was passiert mit dem Lichtstrahl, wenn er auf eine dünne Schicht (z.B. Seifenblasenhaut) fällt?
Der einfallende Lichtstrahl wird teilweise zum Lot gebrochen und teilweise am opt. dichteren Medium reflektiert.
Für die Reflexion gilt:
- Einfallswinkel = Ausfallswinkel
1.) Wird das Sonnenlicht an der Oberfläche des Wassers reflektiert so sehen wir weißes Licht.
2.) Je tiefer das Sonnenlicht in das Wasser eindringt, umso stärker wird es absorbiert d.h. oberflächennahes Wasser wird wärmer. In der Tiefe sieht man das Licht nicht mehr.
3.) Nur das stark gestreute blaue Licht kann wieder austreten. Das lässt das Wasser blau erscheinen.
Am Abend befinden sich mehr Teilchen (=Ärosole) in der Luft als am Morgen (über Nacht kommt es zum Abkühlen und somit zum Ausfall der Ärosole, weniger Schmutz), deswegen werden größere Teile des weißen Lichts gestreut.
Der rote Teil des Lichts hat die größte Wellenlänge und wird seltener gestreut als z.B. "Blaues Licht"
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Lernkarten
- von der Schichtdicke d: Je nach Schichtdicke wird eine Farbe ausgelöscht bzw. verstärkt
- von dem Eintrittswinkel des Lichtstrahls: Durch leicht variierende Eintrittswinkel werden andere Farben ausgelöscht bzw. verstärkt
Wenn man das reflektierte Licht in einer Brille betrachtet und das reflektierte Licht blau - rot (grün wird somit komplett ausgelöscht) erscheint, dann ist sie einfach entspiegelt. Erscheint das reflektierte Licht grün (blau und rot wird somit komplett ausgelöscht), dann ist das Brillenglas zweifach entspiegelt.
Das einfallende Licht wird durch Brechung, Reflexion und Streuung in alle Richtungen gestreut. Falls das einfallende Licht weiß ist, erscheint der Schaum weiß.
Erklärung zum Bild:
Erst wenn viele Blasen dicht an dicht gedrängt sind sehen sie weiß aus, allerdings nur wenn auch das Umgebungslicht weiß ist. Trifft ein Lichtstrahl dann auf die Seifenblasen, wird ein Teil des Lichts sofort reflektiert (links oben). Ein anderer Teil des Lichts, wird abgelenkt (rechts oben) und trifft dadurch auf benachbarte Seifenblasen, wird wieder reflektiert, trifft auf andere Blasen, usw..
Gilt auch für:
- Schnee
- Wolken
- Nebel
Um die Lichtreflexion einer Glasoberfläche stark herabsetzen können, wird die Oberfläche mit einer dünnen Schicht aus transparentem Material mit geeignetem Brechungsindex überzogen. Die an den Schichtgrenzen reflektierten Wellen (r1,r2,..) können sich praktisch aufheben. Damit wird die Reflexion vermindert und die Transmission vergrößert, weil alles was nicht reflektiert wird durch die Linse durch geht. Dadurch werden unerwünschte sekundäre Doppelreflexionen unterdrückt.
Die Farben von Perlmutt entstehen durch Interferenzen an dünnen Schichten. Es handelt sich dabei um hauchdünne Schichten aus Kalk und Eiweiß-Chitin.
Das einfallende weiße Licht trifft auf die dünnen Eiweiß-Chitin-Schichtem im Perlmutt. Je nach Schichtdicke werden bestimmte Wellenlängen durch destruktive Interferenz ausgelöscht bzw. durch konstruktive interferenz verstärkt. Dadurch werden nur bestimmte Farben zurückreflektiert. (auf dem Bild sind die Strahlen zum Beispiel jeweils blau bzw. rot)
Inkohärent bedeutet, dass die Wellensysteme über einen längeren Zeitraum in keiner festen Phasenbeziehung zueinander stehen.
Das liegt daran, dass natürliche Lichtquellen niemals Licht mit Einzelwellen der immer gleichen Wellenlänge aussenden, sondern zufällige und immer andere Wellenlängen. Hinzu kommt, dass die Einzelwellen einer Lichtwelle niemals in Parallelität abstrahlen, sondern in unterschiedliche und zufällige Richtungen ausgesandt werden.
Die Kohärẹnzlänge ist der größte Lichtwegunterschied den zwei Lichtstrahlen aus derselben Quelle haben dürfen, damit bei ihrer Überlagerung noch ein Interferenzmuster beobachtet werden kann.
Sie kann bei Lasern mehrere Meter bis km betragen, dagegen bei einer Kerze nur einige μm betragen.
Die Oberfläche der Rose reflektiert nur das Licht bestimmter Spektralfarben, wobei der Blau-&Grünanteil absorbiert wird. Deshalb ist die Rose selber auch eigentlich farblos und die vom Menschen wahrgenommene Farbe ist nur das von der Rose reflektierte Licht.
1) Blau wird stärker als Rot gebrochen und die Brechung erfolgt zum Lot.
2) Eingagnswinkel=Ausgagnswinkel
3) Blau wird wieder stärker gebrochen als Rot und die Brechung erfolgt vom Lot
