Interferenzmuster entstehen, wenn sich kohärente Lichtwellen überlagern. Die Form dieser Muster hängt von mehreren Faktoren ab, darunter die Geometrie des Strahlengangs, die Wellenlängen des Lichts und die optischen Elemente im Aufbau. Hier finden Sie Informationen zu ringförmigen und hyperbolischen Interferenzmustern sowie eine Animation, die veranschaulicht, wie sich Veränderungen bestimmter Parameter auf das Interferenzmuster auswirken.
Ringförmige Interferenzmuster
Das gezeigte ringförmige Interferenzmuster ist typisch für Interferometer mit einer geringen Winkelabweichung zwischen den interferierenden Strahlen. Es kann zur Bestimmung von Wellenlängen, zur Messung optischer Weglängenänderungen und in der hochpräzisen Messtechnik eingesetzt werden.
Entstehung
Solche Muster treten auf, wenn zwei kohärente Lichtstrahlen mit einem geringen Winkel aufeinander treffen und sich überlagern. Die entstehenden Interferenzringe sind das Ergebnis von konstruktiver und destruktiver Interferenz zwischen diesen Strahlen.
Mögliche Ursachen
- Wenn einer der Spiegel nicht exakt parallel zum zweiten Strahlengang steht, sondern z.B. leicht gekippt ist, führt dies zu einer Winkelabhängigkeit der Interferenzbedingungen, was in ringförmigen Mustern resultiert.
- Falls eine divergente oder fokussierte Lichtquelle verwendet wird, können sphärische Wellenfronten entstehen, die an zwei leicht unterschiedlichen Wegen reflektiert werden und kreisförmige Interferenzmuster erzeugen.
- Durch feine Änderungen des Abstands zwischen den Spiegeln kann sich das Muster verändern. Dies ist ein Prinzip, das bspw. in Präzisionsmessungen oder in der optischen Kohärenztomografie genutzt wird.
Eigenschaften
- Die hellen und dunklen Ringe entsprechen Bereichen konstruktiver bzw. destruktiver Interferenz.
- Der Abstand der Ringe gibt Aufschluss über die Wellenlänge des Lichts und die Weglängendifferenz im Interferometer.
- Eine Verschiebung des Musters kann durch mechanische Veränderungen im Aufbau oder durch Temperaturänderungen bspw. mit Hilfe des Piezo-Spiegel-Moduls verursacht werden.
Hyperbolische Interferenzmuster
Das gezeigte hyperbolische Interferenzmuster ist typisch für Interferometer, bei denen eine leichte Schrägstellung eines Spiegels oder eine geringe Winkeldifferenz zwischen den interferierenden Strahlen vorliegt. Solche Muster können zur Justierung von Interferometern, zur Analyse optischer Weglängenänderungen und zur präzisen Vermessung von Oberflächen oder Brechungsindexänderungen genutzt werden.
Entstehung
Hyperbolische Interferenzmuster entstehen, wenn zwei weitgehend parallele Strahlen mit einem geringen Winkelversatz interferieren. Dies kann in einem Michelson-Interferometer oder Mach-Zehnder-Interferometer auftreten, wenn die Spiegel oder der Strahlteiler nicht perfekt ausgerichtet sind.
Mögliche Ursachen
- Ist einer der Spiegel im Interferometer leicht gekippt, ändert sich der optische Weg der reflektierten Strahlen in Abhängigkeit vom Ort auf der Detektionsebene.
- Wenn die beiden Lichtwege unterschiedlich lang sind, überlagern sich die Wellen mit einer phasischen Verschiebung, die an verschiedenen Orten des Interferenzfeldes unterschiedlich stark ausgeprägt ist.
- Eine nicht perfekt kollimierte (also parallele) Lichtquelle kann dazu führen, dass unterschiedliche Wellenfrontbereiche mit leicht variierenden Winkeln aufeinandertreffen, was de Verzerrung des Interferenzmusters beeinflusst.
Eigenschaften
- Die hyperbolischen Linien sind Orte gleicher optischer Phasendifferenz.
- Änderungen im Spiegelwinkel oder der optischen Weglänge verschieben das Muster.
- In der Holographie und Wellendiagnostik hilft die Analyse solcher Muster, Oberflächenprofile oder Luftdichteschwankungen sichtbar zu machen.
Animation
Die Animation zeigt, wie sich das Interferenzmuster verändert, wenn bestimmte Parameter im Interferometer variiert werden.