Techniklexikon

Interferenz

Erscheinung, die beim Zusammenwirken einer oder mehrerer Wellen, Funkwellen, Lichtwellen oder Wellen in Flüssigkeiten, auftritt. Haben zwei Weilen gleiche Wellenlänge und gleiche Phasenlage (Phase) addieren sich ihre Amplituden (Verstärkung). Ist ihre Phasenlage um 180 Grad verschieden, kommt es zur Auslöschung der Wellen. Ist die Phasenlage größer oder kleiner, ergibt sich eine neue »überlagerte« Welle. Das I. phänomen wird vor allem in der Optik, . der Funk- und der Labortechnik vielfältig genutzt. In der Fotografietechnik: Gesamtheit aller Überlagerungserscheinungen, die beim Zusammentreffen von Lichtwellen mit fester Phasenbeziehung an bestimmten Raumpunkten entstehen. Beim Aufeinandertreffen von je zwei Wellenbergen oder -tälern sich konzentrisch ausbreitender Lichtwellen addiert sich deren Wirkung, während die Vereinigung eines Wellenberges mit einem Wellental zur Auslöschung führt (die Wirkungen heben sich gegenseitig auf). Erscheinungen wie Beugung und • Lichtbrechung sind ausschließlich auf die Interferenz von Elementarwellen zurückzuführen. Die räumlich feststehende und daher direkt beobachtbare Interferenz kohärenten, d. h. gleichschwingenden Lichtes macht sich u. a. die Holographie zunutze. Alltägliche Interferenzerscheinungen sind die durch unsachgemäßes Rahmen von Diapositiven entstehenden Newton’-schen Ringe. Schwingungen und WellenOptik, Erscheinungen, die bei der ungestörten Überlagerung von zwei oder mehr Wellensystemen zu einem resultierenden Wellenfeld durch Addition der (vektoriellen oder skalaren) Feldgrössen entstehen. Interferenzen treten prinzipiell bei allen Wellen auf, etwa bei Wasserwellen, Schallwellen, elektromagnetischen Wellen und De-Broglie-Wellen, und hängen von dem Gangunterschied der Wellenzüge, d.h. der Differenz der optischen Weglängen, die die Wellenzüge vom Ursprung bis zu einem bestimmten Punkt im Raum zurückgelegt haben, ab (siehe Abb. 1). Ist der Gangunterschied d ein ganzzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge, so ist die Phasendifferenz null; es kommt zu einer Verstärkung der Intensität und somit zu konstruktiver Interferenz. Ist der Gangunterschied hingegen ein ungeradzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge, so ist die Phasendifferenz p; es kommt zu einer Auslöschung der Wellen, also destruktiver Interferenz. Über den Gangunterschied werden auch die sogenannten Ordnungen der Interferenzerscheinungen (Beugung) benannt: ist der Gangunterschied null, spricht man vom Maximum nullter Ordnung, ist d = 2 l / 2 = l, so erhält man das Maximum erster Ordnung usw.
Schwebungen entstehen durch Interferenz zweier Wellen mit leicht unterschiedlichen Frequenzen w₁ und w₂, wobei die Amplitude der resultierenden Welle der Frequenz (w₁ + w₂) / 2 mit der halben Differenzfrequenz (w₁ - w₂) / 2 moduliert wird. Überlagern sich zwei gegenläufige Wellen derselben Frequenz, so kommt es zur Ausbildung stehender Wellen. Diese zeichnen sich durch die Existenz von Schwingungsknoten, an denen die Amplitude stets Null ist (vollständige Auslöschung), und dazwischenliegenden Schwingungsbäuchen (maximale Verstärkung) aus.

Am bedeutendsten ist die Interferenz von elektromagnetischen Wellen (z.B. Licht), deren Beobachtung jedoch dadurch erschwert wird, dass übliche Lichtquellen keine kohärenten Wellen ausstrahlen (Kohärenz): die einzelnen Atome der Lichtquelle schwingen unabhängig voneinander und senden nur relativ kurze Wellenzüge aus, weshalb zwischen den einzelnen Lichtwellen keine feste Phasenbeziehung (Kohärenz) besteht, die für Interferenzerscheinungen jedoch notwendig wäre. Zwei eingeschaltete Zimmerlampen erzeugen also keine Interferenzmuster. Diese können nur entstehen, wenn die Wellen einer Quelle mit sich selbst überlagert werden (siehe Abb. 2), z.B. beim Fresnelschen Spiegelversuch. Ferner muss, da auch eine einzelne Lichtquelle in der Praxis immer ausgedehnt ist, die Kohärenzbedingung erfüllt sein: der Gangunterschied zweier Wellenzüge, die von verschiedenen Punkten der Quelle ausgesandt werden und die über den selben Lichtweg zum Ort der Interferenz gelangen, muss klein gegenüber der Wellenlänge sein. Ausserdem darf das zur Interferenz gelangende Licht nur einen bestimmten Wellenlängenbereich umfassen (monochromatisches Licht).

Interferenz 1: Überlagerung von Wellen unterschiedlicher Gangunterschiede d.

Interferenz 2: Entstehung von Intereferenz mit einer Lichtquelle.