Techniklexikon

Hanbury-Brown-Twiss-Experiment

Methode der Interferometrie auf der Grundlage von Intensitätskorrelationen in Lichtfeldern, die zuerst von R. Hanbury-Brown und R.Q. Twiss eingeführt wurde, um die Grösse von astronomischen Objekten zu messen. Die Messanordnung ist schematisch in Abb. 1 dargestellt. Das einfallende Licht wird mit zwei sphärischen Spiegeln auf jeweils einen Photodetektor fokussiert. Das Signal des einen Detektors wird zeitlich verzögert und nach einer variablen Verzögerungszeit mit dem unverzögerten Signal des zweiten Detektors multipliziert. Man kann zeigen, dass die Korrelation dieser gemessenen Signale, also die am Ausgang des Multiplizierers anliegende Spannung, direkt mit dem Kohärenzgrad der gemessenen elektrischen Felder E₁ und E₂ zusammenhängt; dieser wiederum hängt von dem Abstand a der beiden Detektoren ab und weist seine erste Nullstelle auf, wenn gilt:

Dabei ist l die Lichtwellenlänge und a der volle Öffnungswinkel des Sterns von der Erde aus betrachtet. Durch Verschieben der Detektoren und Messung dieser ersten Nullstelle des Multiplizierer-Signals kann also bei bestimmtem a der Öffnungswinkel a des Sterns bestimmt werden. Bei bekanntem Abstand des Sterns von der Erde kennt man auch dessen Durchmesser. Abb. 2 zeigt eine solche Messung von Hanbury-Brown und Twiss für das Licht von Sirius A.

In der experimentellen Quantenoptik wurde das Hanbury-Brown-Twiss-Experiment auch angewendet, um die Photonenstatistik in klassischen und nicht-klassischen Lichtfeldern zu untersuchen (Bunching).

Hanbury-Brown-Twiss-Experiment 1: Interferometer nach Hanbury-Brown und Twiss.

Hanbury-Brown-Twiss-Experiment 2: Ergebnisse einer Messung von Hanbury-Brown und Twiss von Sirius A. Auf der Abszisse ist der Detektorabstand in m, auf der Ordinate die normierte Korrelationsfunktion aufgetragen. Es ergibt sich ein Öffnungswinkel von 0,0069 Bogensekunden.