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Lexikon der Physik: Interferenz

Interferenz, 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 π; 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 λ / 2 = λ, so erhält man das Maximum erster Ordnung usw.
Schwebungen entstehen durch Interferenz zweier Wellen mit leicht unterschiedlichen Frequenzen ω1 und ω2, wobei die Amplitude der resultierenden Welle der Frequenz (ω1 + ω2) / 2 mit der halben Differenzfrequenz (ω1ω2) / 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.

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Dr. Thomas Filk, Freiburg [TF3] (A) (10, 15)
Natalie Fischer, Walldorf [NF] (A) (32)
Dr. Thomas Fuhrmann, Mannheim [TF1] (A) (14)
Christian Fulda, Hannover [CF] (A) (07)
Frank Gabler, Frankfurt [FG1] (A) (22)
Dr. Harald Genz, Darmstadt [HG1] (A) (18)
Prof. Dr. Henning Genz, Karlsruhe [HG2] (A) (Essays Symmetrie und Vakuum)
Dr. Michael Gerding, Potsdam [MG2] (A) (13)
Andrea Greiner, Heidelberg [AG1] (A) (06)
Uwe Grigoleit, Weinheim [UG] (A) (13)
Gunther Hadwich, München [GH] (A) (20)
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Carsten Heinisch, Kaiserslautern [CH] (A) (03)
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Günter Milde, Dresden [GM1] (A) (12)
Helmut Milde, Dresden [HM1] (A) (09)
Marita Milde, Dresden [MM2] (A) (12)
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Dr. Thomas Otto, Genf [TO] (A) (06)
Priv.-Doz. Dr. Ulrich Parlitz, Göttingen [UP1] (A) (11)
Christof Pflumm, Karlsruhe [CP] (A) (06, 08)
Dr. Oliver Probst, Monterrey, Mexico [OP] (A) (30)
Dr. Roland Andreas Puntigam, München [RAP] (A) (14)
Dr. Gunnar Radons, Mannheim [GR1] (A) (01, 02, 32)
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Matthias Schemmel, Berlin [MS4] (A) (02)
Prof. Dr. Erhard Scholz, Wuppertal [ES] (A) (02)
Dr. Martin Schön, Konstanz [MS] (A) (14; Essay Spezielle Relativitätstheorie)
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