Techniklexikon

Huygenssches Prinzip

ein Prinzip zur qualitativen Konstruktion der Wellenfronten bei Wellenausbreitung in homogenen Medien. Es geht auf den holländischen Physiker Christiaan Huygens zurück.

Zur Konstruktion der neuen Wellenfront werden alle Punkte der ursprünglichen Wellenfront als Quellen sphärischer Elementarwellen mit derselben Frequenz und Ausbreitungsgeschwindigkeit wie die Primärwelle betrachtet. Die Form der Wellenfront zu einem späteren Zeitpunkt wird dann durch die einhüllende Fläche aller Elementarwellen gegeben (Abb. 1).

Fresnel erweiterte dieses Prinzip zum Huygens-Fresnelschen Prinzip (oder Fresnel-Huygens Prinzip), indem er die Interferenz der Elementarwellen (Interferenz von Wellen) mit verschiedenen Gangunterschieden einbezog.

Mit Hilfe des Huygensschen Prinzips ist es z.B. möglich, die Beugung von Wellen qualitativ zu beschreiben (Abb. 2): in der Nähe von Hindernissen fällt ein Teil der Elementarwellen aus. Darum können andere in den geometrischen Schatten eindringen, ohne durch destruktive Interferenz ausgelöscht zu werden.

Huygens erklärte mit seinem Prinzip auch die Reflexion und Brechung an Oberflächen (Reflexion von Wellen und Brechung von Wellen) und auch die Doppelbrechung in Kristallen.

Bei dieser intuitiven Formulierung des Huygensschen Prinzips bleiben jedoch Amplitude, Phase und Richtungsabhängigkeit der Elementarwellen offen (offensichtlich dürfen sie sich z.B. nicht in rückwärtiger Richtung ausbreiten). Diese Zusammenhänge wurden erst von Gustav Kirchhoff hergeleitet und geklärt.

Huygenssches Prinzip 1: Die Wellenfront zu einem späteren Zeitpunkt ist die Einhüllende der von der ursprünglichen Wellenfront ausgehenden Elementarwellen.

Huygenssches Prinzip 2: Am Rand von Hindernissen dringen die Elementarwellen in den geometrischen Schattenraum hinter dem Hindernis ein (Beugung).