Phasensprung beim Interferom. < Physik < Naturwiss. < Vorhilfe
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(Frage) beantwortet  | | Datum: | 18:12 Mi 30.05.2007 | | Autor: | oli_k |
Hallo,
habe eine Frage zum Michelson-Interferometer, da ich in zwei Tagen Klausur drüber schreibe... Wenn beide Strahlen den gleichen Weg zurücklegen, findet man in der Mitte ein Minimum, da einer der beiden Strahlen beim Übergang in ein dichteres Medium einen Phasensprung macht. Habe lange darüber nachgedacht, denke es liegt am halbdurchlässigen Spiegel, dessen Aufbau ich mir überhaupt nicht vorstellen kann. Auch bei der Stunde mit Brechung/Reflexion war ich leider nicht da.
Also:
1.) Wann gibt es überhaupt einen Phasensprung? Wenn ich das richtig verstanden habe, gibt es doch einen Phasensprung, wenn man Licht durch eine Linse schickt, oder? Licht in Linse rein, dünn->dicht 180° Sprung, Licht aus Linse raus, dicht->dünn, keine Veränderung. Korrekt?
2.) Warum gibt es bei einer einfachen Reflexion einen Phasensprung? Muss ich das einfach so hinnehmen und ist es IMMER so?
3.) Beim Michelson-Interferometer haben doch beide mindestens einen Phasensprung an den jeweiligen Eckspigeln. Kann mir bitte einer die genauen weiteren Phasensprünge erläutern?
Vielen Dank
Oli
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Hallo!
Phasensprünge treten NUR bei den reflektierten Strahlen auf, bei durchlaufenden Strahlen aber NICHT.
Das heißt für Michleson: An beiden Eckspiegeln tritt zwar ein Sprung auf, aber weils an beiden ist, hebt sich der Effekt weg.
betrachte den Innenspiegel:
Das ist ein Stück Glas, das an einer Oberfläche halb verspiegelt ist.
Ein strahl trifft auf die verspiegelte Oberfläche, wird zur Seite reflektiert (Sprung!), wird am Eckspiegel reflektiert (Sprung!), kommt zurück, und läuft durch den Innenspiegel grade durch.
Der andere Strahl geht grade durch den Innenspiegel, wird am Eckspiegel reflektiert (Sprung!), kommt zurück und tritt HINTEN in den Innenspiegel ein, wird IM GLAS von hinten an der Spiegelschicht reflektiert, tritt aus, und geht dann Richtung Detektor.
Der Effekt ist vergleichbar mit einem Seil, das du einseitig an einer Wand festgebunden hast. Wenn du das Seil spannst und ihm einen Schlag gibst, wandert eine Welle gegen die Wand. Kommt sie an der Wand an, kann das eingespannte Teil des Seiles natürlich nicht der Wellenbewegung folgen, demnach treten dort sehr starke rücktreibende Kräfte auf, weshalb das Seil vor der Wand stark in die andere Richtung geschleudert wird. Es kommt auf dem Seil eine Welle zurück, die aber die umgekehrte Phase hat. Das entspricht einer Reflektion an einem sehr harten Medium
Stellst du dir dagegen eine Peitsche vor, kannst du dir evtl vorstellen, daß das jetzt lose Ende sehr viel stärker als die eigentliche Amplitude ausschwingt, bevor es zurück in die Ausgangslage geht. Hier wandert eine "gleich gerichtete" Welle zurück.
Wenn du dir vorstellst, daß da statt der Wand bzw Luft nun ein dickes Tau hängt oder ein dünner Faden ist, wirst du zu dem Schluß gelangen, daß sich in dem Tau/Faden die ankommende Welle so wie sie ist (in gleicher Phase) weiterbewegt.
Naja, ich habe mal eine Simulation zu Elektromagnetischen Wellen geschrieben, da habe ich mich auch mit dem Phasensprung beschäftigt. Mal schaun, da kann ich evtl ein paar Animationen zu ins Netz stellen.
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 19:39 Mi 30.05.2007 | | Autor: | oli_k |
Hi!
Danke, endlich weiss ich, wie so ein Ding aufgebaut ist ;)
Aber warum gibt es denn IM GLAS keinen Phasensprung? Es findet doch nichtsdestotrotz eine Reflexion an einem harten Medium statt, auch wenn diese in etwas dichterer Umgebung erfolgt...
Und noch meine zweite Frage:
Gibt es Phasensprünge wirklich NUR bei Reflexionen? Hab da irgendwas von Durchlaufen dicht->dünn bzw. dünn->dicht mitbekommen, wo es einmal einen Phasensprung gab und einmal nicht...
Was mich auch verwirrt, http://www.ts-soft.info/downloads/Physik/k12-2.pdf , Seite 22, spricht von KEINEM Phasensprung bei Reflexion an Metall...
Danke!
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Nunja, wenn du dir die recht gelungenen Zeichnungen in deinem PDF mal anschaust, siehst du schonmal, daß die durchlaufende Welle nie einen Phasensprung macht, sondern nur die reflektierte. Das gilt bei allen Übergängen.
Nun, Metalle nehmen bei Reflektionen eine Sonderstellung ein. Obwohl sie vielleicht optisch "härter" sind, gibt es keinen Phasensprung. Das hat damit zu tun, daß sie außerordentlich viele freie Elektronen haben. Jedes freie Elektron kann durch Wellen zum Schwingen angeregt werden, und strahlt dann seinerseits Wellen aus - das ist in Metallen der eigentliche Ausbreitungsmechanismus von Wellen. Das führt u.a. auch dazu, daß das reflektierte Licht von Metallen NICHT polarisiert ist (-> Brewster)
Ich meine, die Lichtgeschwindigkeit in Nichtleitern wird ja duch [mm] \epsilon_r [/mm] und [mm] \mu_r [/mm] bestimmt (War nicht [mm] n=\wurzel{\epsilon_r \mu_r})?
[/mm]
Bei Metallen gibts aber kein richtiges [mm] \epsilon_r, [/mm] und somit auch keine Lichtgeschwindigkeit, die auf Basis dieser Formel berechnet werden könnte, das funktioniert eben anders, über den el. Widerstand.
Daher solltest du erstmal akzeptieren, daß es bei Metallen keinen Phasensprung gibt.
Jetzt kannst du es drehen und wenden, wie du willst: Egal, ob da jetzt ne leichte Silberschicht hinter dem Glas ist, oder nicht, entweder ists ne Reflektion an Metall, oder an nem leichteren Medium, in beiden Fällen gibts keinen Sprung...
So, jetzt ist mir der Widerspruch doch noch aufgefallen, und die Lösung gleich dazu.
So dünne Metallschichten verhalten sich nochmal anders. (Da gibt es dann sowas verrückes wie longitudinale elektromagnetische Wellen, Plasmonen genannt.)
Jedenfalls, bei so dünnen Schichten (die sind kaum dicker als die Wellenlänge von Licht), kannst du quasi davon ausgehen, daß da keine Metallschicht ist. Das heißt: der außen reflektierte Strahl springt, der innen reflektierte nicht.
Dazu muß ich auch sagen, daß in den Eckspiegeln auch jeweils kein Sprung stattfindet, denn das werden auch silberbeschichtete Spiegel sein...
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 21:49 Mi 30.05.2007 | | Autor: | oli_k |
Vorweg: Die andere Antwort hab ich verstanden, danke dafür!
Noch eine Frage zu dieser Antwort:
Jedenfalls, bei so dünnen Schichten (die sind kaum dicker als die Wellenlänge von Licht), kannst du quasi davon ausgehen, daß da keine Metallschicht ist. Das heißt: der außen reflektierte Strahl springt, der innen reflektierte nicht.
Hast du dich ja jetzt vertan oder (wohl wahrscheinlicher) hab ich da nen Denkfehler?
Der Strahl trifft doch von innen quasi nur auf Glas und wird an diesem zu 50% mit Phasensprung reflektiert, beim zweiten Mal läuft er einfach durch. Der andere Strahl läuft doch beim ersten Mal einfach durch, trifft beim zweiten Mal auf eben jene Metallschicht, an der es ja nach deinen Ausführungen keinen Phasensprung gibt.
Wer von uns beiden vertut sich da gerade?
Vielen Dank für deine Mühen :)
Oli
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Oh, da habe ich wohl für Verwirrung gestiftet.
Also: Da ist eine sehr dünne Metallschicht, die 50% des Lichtes duchläßt, und 50% reflektiert.
Weil die so dünn ist, sollst du so tun, als wenn da kein Metall ist. Gehe einfach davon aus, daß diese Seite des Glases 50% durchlässig ist, und daß die andere Seite absolut passiv ist, also keine Reflektion macht!
So, jetzt kommen 100% Licht von der Lampe. Diese treffen auf die reflektierende Schicht.
50% werden dann um 90° zur Seite reflektiert (mit Sprung!). Wenn das Licht zurück kommt, wird wieder die Hälfte reflektiert, also zurück zur Lampe geworfen, und die andere Hälfte geht gradeaus durch. Fazit: 25% des ursprünglichen Strahls gehen in den Detektor.
Die anderen 50% des Lichtes, das von der Lampe kommt, gehen duch die reflektierende Schicht durch, werden von dem Eckspiegel reflektiert, und fallen von hinten in das Glas in der Mitte ein. Dabei passiert erstmal nix, erst, wenn das Licht die reflektierende Seite erreicht: Dann geht die Hälfte durch, die andere Hälfte wird reflektiert (und zwar ohne Sprung!) und geht Richtung Detektor. Bezogen auf den ursprünglichen Strahl bedeutet das, daß wieder 25% im Detektor landen, und 25% zurück zur Lampe kommen.
Betrachtet man nun den gesamten Apparat, stellt man fest, daß 50% des Lichtes zur Lampe zurückkommen, und 50% im Detektor landen. (und da gibts dann noch die Interferenz...)
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 20:12 Mi 30.05.2007 | | Autor: | oli_k |
Noch eine Frage, wär nett, wenn du die einzeln zur anderen beantworten würdest:
Woran erkenn ich bei Reflexion eigentlich, ob die Strahlen an der Oberfläche reflektiert werden (mit Phasensprung), an der Innenseite des Stoffes (z.B. Spiegel) (ohne Phasensprung, aber mit Weglängenänderung), durchgehen (ohne Phasensprung) oder an der Innenseite und dann wieder an der Oberfläche reflektiert werden und auch durchgehen (ohne Phasensprung)?
Das sind vier Möglichkeiten und ich weiss nie, welche gerade in Kraft tritt. War leider nicht da und würde das gerne verstehen...
Danke
Oli
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Das ist eine sehr gute Frage: Die Antwort: Eigentlich treten immer alle Fälle auf. Das merkst du ja schon an einer Fensterscheibe: Da siehst du sowohl eine reflektion von Innen, als auch eine Transmission von außen. Ists draußen dunkel, siehst du nur die Reflektion. Und wenn du dir diese mal genau anschaust, wirst du sehen, daß das immer ein Doppelbild ist: Eins von der Vorder, und eins von der Rückseite der Scheibe.
Nun, es kommt auf die Härte des Übergangs an: Unterscheiden sich die Brechungsindizes nicht so sehr, geht der größte Teil der Welle einfach durch, ohne Reflektion. Ist der Unterschied sehr groß, gibts eher sofort eine Reflektion.
Man kann Glas nun entspiegeln, indem man z.B. etwas mit mittlerem Brechungsindex aufträgt. Dann gibst zwei weiche Übergänge, und somit kaum Reflektion. Andererseits kann man z.B. durch Bedampfen mit Metallen erreichten, daß die Reflektion dominiert.
Genau sowas macht man auch mit dem mittleren Glas im Interferometer: Nur die metallbedampfte Seite hat einen Einfluß auf die optischen Eigenschaften, die andere Seite hat keinen nennenswerten Effekt.
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 11:06 Do 31.05.2007 | | Autor: | oli_k |
Hi,
danke für deine Antwort.
Nochmal anhand eines Beispiels:
Schau dir mal das Jamin-Interferometer ( http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Jamin_interferometer_de.svg ) an.
Wo genau gibt es hier jetzt Phasensprünge? Gibt es NUR bei Reflexion Phasensprünge, bei ÜBERGÄNGEN NIE Phasensprünge?.
Dann wäre es ja so:
Der untere der beiden Strahlen wird am Anfang direkt am Glas gebrochen -> Phasensprung am Glas
Der obere der beiden Strahlen geht erst in das Glas rein und reflektiert erst an der Silberbeschichtung -> Metall -> kein Phasensprung
Beim rechten Spiegel dann umgekehrt.
Letztlich macht es also nicht aus, da die beiden Sprünge sich ausgleichen.
Ist das denn von der Überlegung her so richtig, wann es diese Phasensprünge gibt? Insbesonders die fettgedruckte Frage ist mir wichtig.
Danke
Oli
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(Antwort) fertig  | | Datum: | 11:22 Do 31.05.2007 | | Autor: | leduart |
Hallo
> Hi,
> danke für deine Antwort.
> Nochmal anhand eines Beispiels:
> Schau dir mal das Jamin-Interferometer (
> http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Jamin_interferometer_de.svg
> ) an.
>
> Wo genau gibt es hier jetzt Phasensprünge? Gibt es NUR bei
> Reflexion Phasensprünge, bei ÜBERGÄNGEN NIE
> Phasensprünge?.
>Das ist richtig!
> Dann wäre es ja so:
> Der untere der beiden Strahlen wird am Anfang direkt am
> Glas gebrochen -> Phasensprung am Glas
> Der obere der beiden Strahlen geht erst in das Glas rein
> und reflektiert erst an der Silberbeschichtung -> Metall ->
> kein Phasensprung
>
> Beim rechten Spiegel dann umgekehrt.
> Letztlich macht es also nicht aus, da die beiden Sprünge
> sich ausgleichen.
> Ist das denn von der Überlegung her so richtig, wann es
> diese Phasensprünge gibt? Insbesonders die fettgedruckte
> Frage ist mir wichtig.
Es ist richtig so, selbst wenn die Hinterseite nicht mit Metall bedampft wäre oder ist, weil ja beiReflexion im Glas gegenüber Luft auch kein Phasensprung wäre.
Gruss leduart
>
> Danke
> Oli
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 13:58 Do 31.05.2007 | | Autor: | oli_k |
Danke,
dann hab ich zumindestens das ja endlich verstanden.
Es ist richtig so, selbst wenn die Hinterseite nicht mit Metall bedampft wäre oder ist, weil ja beiReflexion im Glas gegenüber Luft auch kein Phasensprung wäre.
Aber dann würden doch beide Strahlen direkt am Glas reflektiert werden und somit einen Phasensprung haben. Der hintere Strahl würde doch wenn kein Metall da wäre nicht in das Glas eindringen, sondern an der Oberfläche des Glases (mit Phasensprung) reflektiert werden. Ohne Metallbeschichtung würden doch somit beide Strahlen, sei es an Vor- oder Rückseite des Glases, mit Phasensprung reflektiert werden, oder nicht? Das mit dem Metall hab ich ja verstanden, das ist auch wichtig, der Rest würde mich trotzdem noch interessieren...
Danke
Oli
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(Antwort) fertig | | Datum: | 14:25 Do 31.05.2007 | | Autor: | leduart |
Hallo
Ich bezieh mich auf dein bild aus dem url.
Ein Teil Nr1 des Strahls wird an der Vorderseite des Glases reflektiert 1.Spr. von dort zum 2.ten Spiegel wieder ein Teil Nr1b an der Vorderseite , geht gestrichelt weiter, der andere Teil Nr1a dringt unter Brechung ein und wird an der Hinterseite refl. ohne Sprung, kommt dann wieder raus und geht zur Blende.
der andere Teil desselben Strahls Nr2 dringt beim 1. Spiegel in das Glas gebrochen ein, wird an der Hinterseite refl. kommt wieder aus dem Glas raus (die dabei nochmal refl. Teil gestrichelt angedeutet) zum 2. Spiegel, dort wird er an der Vorderseite reflektiert und nimmt dann dnselben Weg zur Blende wie Nr 1. (der Teil von Nr2, der beim 2. Spiegel ins Glas reingeht, wird wieder nur angedeutet.
Soweit ich weiss, ist dieses Interferometer nicht unbedingt metallverspiegelt, wenn nicht, sind die Verluste was größer, weil ein Teil des Lichts dann einfach nach hinten verlorengeht.
jetzt klar? leg das Bild daneben!
Gruss leduart
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 15:20 Do 31.05.2007 | | Autor: | oli_k |
Ach ja, logisch, ich war gerade noch bei Michelson. Dummer Denkfehler von mir, natürlich, jetzt weiß ich was du meinst. Alles klar, sehe ich ein ;)
Aber mit weiteren Aufgaben kommt schon wieder eine Frage...
Im weiteren Verlauf der Aufgabe zum Michelson-Interferometer wird beschrieben, dass eine Glasplatte in einen der beiden Lichtstrahlen gestellt wird (in den, der an der Metalloberfläche reflektiert wird), um "völlig identische Glaswege" zu erhalten. Was soll das? Einmal durch das Glas durch gehen doch beide Strahlen und beide Strahlen werden nur an der Aussenseite reflektiert, sei es Metall oder Glas... Oder geht der Strahl 1, der direkt am Glas reflektiert wird auch noch in das Glas hinein? Ich dachte, die Reflexion findet an der Glasaußenseite statt? War leider bei Reflexion im Unterricht nicht da, aber soviel ich weiss finden die doch statt, ohne erst in Glas einzudringen? Würden die Strahlen erst in Glas eindringen, würde der Phasenbezug doch total verloren gehen und die eingedrungenen interferieren mit denen von der Aussenseite (->Interferenz an dünnen Schichten; Warum ist das Phänomen dann hier nicht beobachtbar?!) Der geringe Anteil, der im Inneren reflektiert wird, muss doch sehr klein sein.
Also was soll die Glasplatte da?
Danke
Oli
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Was ich nochmal loswerden wollte... Ihr habt mir bisher echt super bei der Vorbereitung für meine Klausur morgen geholfen, an der Stelle nochmal riesengroßes Dankeschön. Das Thema ist mein einziger Knackpunkt, den Rest hoffe ich verstanden zu haben :)
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(Antwort) fertig | | Datum: | 17:27 Do 31.05.2007 | | Autor: | leduart |
Hallo
den Michelsonversuch gibts in verschiedenen Versionen:
einfach eine dünne Glasplatte als der schräge Spiegel, dann sind ie Lichwege bei gleichem Abstand der Spiegel einfach gleich.
bei dir handelt es sich anscheinend um eine einseitig dünn mit Metall beschichtete dickere Glasplatte. dann wird der Nr1 direkt an der Oberfläche refl. geht zu seinem Spiegel und danach durch das Glas. der zweite geht auf dem Hinweg durch das Glas, auf dem Rückweg wieder (der Teil der am Glas aussen an der nicht verspiegelten Seite refektiert wird kommt nicht an derselben Stelle an we Nr.1.) durch das Glas bis zur reflektierenden metallschicht. Nr 2 geht also 2 mal durchs Glas. klaro?
Gruss leduart
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(Frage) beantwortet | | Datum: | 18:27 Do 31.05.2007 | | Autor: | oli_k |
Was heisst denn, der zweite geht bis zur Metallschicht durchs Glas? Die Metallschicht ist doch von aussen auf das Glas drauf... Nehmen wir an der Spiegel ist diagonal von linsk unten nach rechts oben und die Metallschicht ist von rechts unten drauf: Dann geht der erste Strahl (Sender ist links) links oben auf das Glas, reflektiert nach oben, kommt zurück, geht durch. Der zweite geht durch, kommt zurück, reflektiert aussen an der Metallschicht, geht nach unten.
Wo war der jetzt im Glas drin? Oder kann man so Metallschichten etwa nicht von außen anbringen? Wo ist mein Denkfehler?
Dann noch meine allerletzte Frage, versprochen:
Bei unserem Arbeitsblatt entstanden viele Ringe als Muster. Warum in der Mitte ein Minimum bei EXAKT GLEICHEM Weg liegt, haben wir ja jetzt geklärt, der zweite Strahl ist 180° gedreht, somit genaue Auslöschung. Wenn man jetzt auf dem Schirm nur schwarz sehen würde, hätte ich es verstanden... Allerdings geht der Strahl durch eine Linse und viele Hell-Dunkel-Kreise bilden sich.
Mein Problem: Die beiden Strahlen sind doch ab ihrem "Widertreffen" wieder ein Strahl, der exakt ausgelöscht ist. Ob dieser "Null"-Strahl jetzt durch eine Linse geht oder nicht, für mich bleibt er ausgelöscht... Wo kommen jetzt auf einmal wieder die Helligkeitsstreifen her?
Wenn ihr die beiden Fragen noch beantworten könnt, lasse ich euch erstmal wieder in Ruhe :)
Danke, Oli
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Hallo!
Ich glaub, da hilft erstmal ne Skizze:
[Dateianhang nicht öffentlich]
Der magentafarbene Strahl wird IM Glas reflektiert, da gibts nen Phasensprung, beim blauen nicht.
Zu der Sache mit den Ringen:
Der Lichtstrahl ist eigentlich nie 100% parallel, sondern er läuft auseinander, so als würde er von einenem einzelnen Punkt kommen.
Durch die unterschiedlichen Wege, insbesondere die unterschiedlich langen Wege durchs Glas, wird der Lichtstrahl etwas verformt. Und zwar so, daß beide Lichtstrahlen anscheinend von zwei verschiedenen, hintereinander liegenden Lichtquellen kommen.
Das heißt, man bekommt es zwar hin, daß ein "Stück" des Strahls, der anfang geteilt wurde, gleichzeitig auf dem Schirm ankommt und somit einen schwarzen Fleck erzeugt, aber beide Strahlen haben nicht mehr den gleichen Durchmesser. Und dann gibts eben ein Muster, das wie das von zwei hintereinander liegenden Lichtquellen aussieht.
Dateianhänge:
Anhang Nr. 1 (Typ: png) [nicht öffentlich]
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(Mitteilung) Reaktion unnötig  | | Datum: | 20:29 Do 31.05.2007 | | Autor: | oli_k |
Super, danke, das war's dann erstmal! Bleibt nur noch, mir viel Glück für morgen zu wünschen :P
Oli
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