13 Wellenoptik

 \(n_{Rot} < n_{Blau}\)

Blau wird stärker gebrochen, Rot wird schwächer gebrochen.

Bem.: n_Luft = 1 ; n_Wasser = 1,33 ; n_Glas = 1,5

Unter Streuung von Licht versteht man die Änderung der Ausbreitungsrichtung, wenn sich Licht an kleinen Partikeln vorbeibewegt.

z.B. Ärosole, Staub, Wassertropfen, ...

blaues Licht wird stark gestreut

rotes Licht wird schwach gestreut

Bei der Interferenz müssen Wellen über einen längeren Zeitraum in einer fixen Phasenbeziehung zueinander stehen (=kohärente Wellen)

Bei Licht müssen dazu die Wellen insbesondere aus dem gleichen Engergiepaket  stammen.

Bem.: ... k.tes Maximums

1) direktes Sonnenlicht ist nicht gestreut.

2) damit das restliche Licht zu uns kommen kann, muss es stark gestreut werden -> es ist blau

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"

Rot, Grün und Blau

Es gibt einen Phasensprung von \(\varphi = 180°\hat={\lambda \over2}\).

Die Brechung des Lichtes hängt ab von der Wellenlänge (entspricht der Frequenz bzw. Farbe).

\(c=\lambda \cdot f\)

Die Sonnenbrille ist vertikal polarisiert und lässt das direkt einfallende Licht durch, jedoch das von der Straße reflektierte Licht, das horizontal polarisiert ist, wird nicht durchgelassen.

Dh eine polarisierte Sonnenbrille wirkt reflektionsmindernt.

\(\bigtriangleup s_{opt} = {^\lambda/_2} ; 3·{^\lambda/_2};5·{^\lambda/_2};... \)

allg.:

\(\bigtriangleup s_{opt} = (2k-1)·{^\lambda/_2}\)

\(\bigtriangleup s_{opt} = 0;{\lambda} ; 2·{\lambda};3·{\lambda};... \)

allg.:

\(\bigtriangleup s_{opt} = k·{\lambda}\)

• 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.

Die Sonnenstrahlen müssen am Abend einen längeren Weg durch die Atmosphäre zurücklegen als tagsüber => der Streuweg ist um einiges länger. Somit strahlt der Blauanteil ab und das rote Licht bleibt sichtbar. => Abendrot

Definition: Änderung der Ausbreitungsrichtung, wenn sich eine Welle an einem Objekt geeigneter Größe (~ 1-10λ) vorbei bewegt.

Bemerkung: Aufgrund der Beugung breitet sich die Welle in den geometrischen Schattenraum aus.

Geladene Teilchen der Sonne treffen auf die Atmosphäre, werden abgebremst und geben Energie in Form von Strahlung ab. Diese Strahlung nennt man Polarlicht. 

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)

Kohärent bedeutet, dass die Wellensysteme über einen längeren Zeitraum in einer festen Phasenbeziehung zueinander stehen.

⇒ nur dann kann eine Überlagerung (=Interferenz) beobachtet werden.

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.

Der Randbereich wird weiß wahrgenommen, weil über die langen Streuungswege alle Farben zurück gestreut werden. ( alle Farben = weiß )

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.