Das Michelson-Interferometer ist das typischste Beispiel für Interferometer und vergleichsweise einfach aufzubauen und zu justieren. Im Unterricht kann ist es Beispielsweise in den Kontexten „Interferenz von Licht“ oder Relativitätstheorie (Stichwort: „Lichtäther“) thematisiert werden.
Schematischer Aufbau
Nötige Module:
- Laserdiode (USB) oder Laserdiode + Batteriekasten
- Linse
- Strahlteiler
- 2x Spiegel (90°)
- Schirm
- Grundplatte (min. 4×4)
- (Evtl. Lochblende)
Unterschiedliche Linsen:
In der Teileliste finden sich unterschiedliche Linsen. Dazu hier eine kurze Erklärung:
Acrylglas-Linse mit 15mm Brennweite:
Die Brennweite dieser Linse eignet sich gut, um ein Interferenzmuster mit gutem Kontrast und von guter Größe zu erzeugen. Die Oberflächengüte der Linse ist eher schlecht, wodurch sich Unreinheiten im Interferenzmuster ergeben.
Achromat mit 26,5mm Brennweite:
Durch die größere Brennweite ergibt sich ein etwas kleineres Interferenzmuster mit weniger Ringen. Dafür ist die Oberflächengüte der Linse besser und es ergeben sich weniger Unreinheiten im Muster.
Messen mit dem Michelson-Interferometer
Das Michelson-Interferometer lässt sich als Messgerät für sehr kleine Weglängenänderungen verwenden. Anwendungen sind Beispielsweise das Michelson-Morley-Experiment, die Detektion von Gravitationswellen und die optische Kohärenztomografie.
Auch in diesem Set ist eine Messung möglich. Dazu wird einer der Spiegel durch ein Spiegel-Piezo-Modul ersetzt. Das Piezo-Element verformt sich, wenn eine Spannung angelegt wird und bewegt so den Spiegel. Dadurch ändert sich das Interferenzverhalten auf dem Schirm – das Interferenzmuster wandert. Durch Auswerten dieser Änderung lässt sich berechnen, wie weit der Spiegel bewegt wurde.
Nötige Module:
- Laserdiode (USB) oder Laserdiode + Batteriekasten
- Linse
- Strahlteiler
- Spiegel (90°)
- Spiegel-Piezo-Modul
- Schirm
- Grundplatte (min. 4×4)
Arbeitsmaterialien:
Beispielhaftes Workbook zum Einsatz im Unterricht:
Workbook zum Michelson-Interferometer
Kurzanleitung zur Justage des Michelson Interferometers:
Kurzanleitung_Michelson-Interferometer
Zum Interferenzmuster:
Beim Michelson Interferometer können unterschiedliche Interferenzmuster entstehen.
Rechnet man mit idealen Bauteilen sollte sich theoretisch ein perfekt kreisrundes Muster ergeben. Die lichtbrechenden Eigenschaften des Strahlteilers sowie der (nicht perfekt runde) Strahl der Laserdiode sorgen dafür, dass andere Muster entstehen können. Hier folgt eine ausführliche Beschreibung.