Optik: Totalreflexion zeitlich vermessen
Fällt ein Lichtstrahl in einem zu flachen Winkel auf die Grenzschicht zu einem optisch dünneren Medium – beispielsweise von Glas zu Luft – wird er vollständig zurückgeworfen, statt den Übergang nach draußen zu bewältigen. Diesen als Totalreflexion bekannten Vorgang haben der Physiker Albert Le Floch von der Universität Rennes in Frankreich und seine Kollegen erstmals in zeitlich hoher Auflösung vermessen. Sie stellten dabei fest, dass die Verzögerung des Lichts an der Grenzschicht abhängig von seiner Polarisationsrichtung ist.
Bereits Newton vermutete, dass die Totalreflexion nicht instantan abläuft, sondern ein wenig Zeit kostet. Der ungarische Physiker Eugene Wigner nahm im Jahr 1955 eine quantitative Schätzung vor, doch für eine experimentelle Überprüfung fehlte es an den technischen Mitteln. Die bestanden in dem Versuch von Le Flochs Team aus einem Glasprisma, einem hochempfindlichen Photonendetektor, einer Kammer mit Quecksilber beziehungsweise Luft und vor allem einem Laser, der Lichtpulse von nur 150 Femtosekunden Dauer – also einer 150 Millionstel Milliardstel Sekunde – aussenden kann.
In einem ersten Referenzlauf schickten die Forscher den Laserstrahl durch das Glas auf die mit Quecksilber gefüllte Kammer, die direkt an das Prisma anschloss. Da Reflexion an Metallen ohne Verzögerung erfolgt, erhielten sie so einen Nullwert. Mit diesem verglichen sie die Laufzeiten, wenn die Kammer mit Luft gefüllt war. Es zeigte sich, dass die Totalreflexion oberhalb des Grenzwinkels von 43,48 Grad tatsächlich eine gewisse Zeit benötigte. Bei senkrecht zur Einfallsebene polarisiertem Licht dauerte sie bis zu 28 Femtosekunden, war das Licht parallel zur Einfallsebene polarisiert, betrug die Verzögerung gar bis zu 57 Femtosekunden.
Da "gewöhnliches" Licht aus einem Gemisch mit unterschiedlichen Polarisationen besteht, sollten seine Teilstrahlen folglich unterschiedlich schnell von der Grenzfläche zurückgeworfen werden. Ein experimentelles Ergebnis, mit dem so wohl kaum jemand gerechnet hatte.
Bereits Newton vermutete, dass die Totalreflexion nicht instantan abläuft, sondern ein wenig Zeit kostet. Der ungarische Physiker Eugene Wigner nahm im Jahr 1955 eine quantitative Schätzung vor, doch für eine experimentelle Überprüfung fehlte es an den technischen Mitteln. Die bestanden in dem Versuch von Le Flochs Team aus einem Glasprisma, einem hochempfindlichen Photonendetektor, einer Kammer mit Quecksilber beziehungsweise Luft und vor allem einem Laser, der Lichtpulse von nur 150 Femtosekunden Dauer – also einer 150 Millionstel Milliardstel Sekunde – aussenden kann.
In einem ersten Referenzlauf schickten die Forscher den Laserstrahl durch das Glas auf die mit Quecksilber gefüllte Kammer, die direkt an das Prisma anschloss. Da Reflexion an Metallen ohne Verzögerung erfolgt, erhielten sie so einen Nullwert. Mit diesem verglichen sie die Laufzeiten, wenn die Kammer mit Luft gefüllt war. Es zeigte sich, dass die Totalreflexion oberhalb des Grenzwinkels von 43,48 Grad tatsächlich eine gewisse Zeit benötigte. Bei senkrecht zur Einfallsebene polarisiertem Licht dauerte sie bis zu 28 Femtosekunden, war das Licht parallel zur Einfallsebene polarisiert, betrug die Verzögerung gar bis zu 57 Femtosekunden.
Da "gewöhnliches" Licht aus einem Gemisch mit unterschiedlichen Polarisationen besteht, sollten seine Teilstrahlen folglich unterschiedlich schnell von der Grenzfläche zurückgeworfen werden. Ein experimentelles Ergebnis, mit dem so wohl kaum jemand gerechnet hatte.
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