Lenkt man Licht, das von einer Lichtquelle kommt, auf einen schmalen Doppelspalt, dann kann man in einem gut abgedunkelten Raum auf einem Schirm hinter dem Doppelspalt eine Reihe von hellen und dunklen Streifen beobachten (Bild 1). Diese Interferenzstreifen sind Ausdruck dafür, dass sich das von den beiden Spalten ausgehende Licht überlagert (interferiert).
Unter der Interferenz von Licht versteht man die Erscheinung, dass sich das von einer Lichtquelle ausgehende Licht überlagert und damit Bereiche der Verstärkung und Abschwächung oder Auslöschung auftreten.
Voraussetzungen für das Auftreten von Interferenz
In unserer Umgebung können wir die Erscheinung der Verstärkung und Auslöschung von Licht in der Regel nicht beobachten. Das hängt damit zusammen, dass die einzelnen Lichtwellenzüge nur relativ kurz sind und darüber hinaus eine unterschiedliche Lage im Raum haben. Das gilt für das Licht aller natürlicher Lichtquellen.
Interferenz lässt sich nur beobachten, wenn sich Wellen gleicher Frequenz und mit einer bestimmten Lage der Schwingungsebene und einer festen Verschiebung der Schwingungszustände zueinander überlagern. Solche Wellen nennt man kohärent. Kohärente Wellen erhält man z.B., wenn man das Licht einer Lichtquelle durch einen Doppelspalt teilt und sich die von den beiden Spalten ausgehenden Teile überlagern.
Interferenz durch Beugung
Trifft Licht auf einen schmalen Spalt, so tritt an jedem Spalt Beugung auf. Das Licht breitet sich, ausgehend von dem Spalt, halbkreisförmig weiter aus (Bild 2). Das von beiden Spalten ausgehende Licht überlagert sich. An Stellen, an denen zwei Wellenberge oder zwei Wellentäler zusammentreffen, kommt es zu einer Verstärkung. An Stellen, wo ein Wellenberg und ein Wellental zusammentrifft, tritt Auslöschung auf.
Bringt man hinter dem Spalt einen Schirm an, so kann
man auf dem Schirm helle Streifen (Verstärkung) und dunkle Streifen
(Abschwächung bzw. Auslöschung) beobachten. Man spricht von
Interferenzstreifen
oder einem Interferenzmuster.
Da die Überlagerung deshalb zustande kommt, weil das Licht an den
Spalten gebeugt wird, spricht man in diesem Fall von Interferenz
durch Beugung.
Die Lage der Interferenzstreifen hängt von der Wellenlänge des
verwendeten Lichtes ab. Bei Verwendung von weißem Licht entstehen
farbige Streifen mit den sechs Spektralfarben.
Interferenz durch Brechung und Reflexion
Versuche mit einem Doppelspalt, die auf den englischen Mediziner und Physiker THOMAS YOUNG (1773-1829) zurückgehen, waren die historisch ersten Experimente zur Untersuchung der Interferenz bei Licht. Weitere Experimentieranordnungen zur Interferenz von Licht entwickelten der französische Physiker AUGUSTIN JEAN FRESNEL (1788-1826) sowie der deutsche Naturforscher JOSEPH VON FRAUNHOFER (1787-1826) mit der Erfindung des optischen Gitters.
Allen Experimentieranordnungen ist gemeinsam, dass
Licht einer Lichtquelle geteilt wird und diese Teile zur Überlagerung
gebracht werden. Bei dem von FRESNEL vorgeschlagenen Biprisma (Bild 3)
wird das von einer Lichtquelle L ausgehende Licht gebrochen. Die Teile
überlagern sich hinter dem Biprisma. Es entsteht ein Interferenzbild.
Das Licht scheint infolge der Brechung von zwei Lichtquellen herzukommen.
Interferenz lässt sich auch durch Reflexion hervorrufen.