Lichtbeugung in der Optik (Physik)

Im Allgemeinen versteht man unter Beugung (manchmal auch als Diffraktion bezeichnet) die Ablenkung von “Wellen” an einem Hindernis. Die Beugung von geradlinigen Ausbreitung von Wellen (Wellen können u.a. Wasser-, Schall-, Lichtwellen sein) tritt auf, wenn die Welle auf einen Gegenstand trifft oder durch einen Spalt “geht”. Die Beugung kann nach dem Huygensschen Prinzip beschrieben werden.

Die Lichtbeugung

Wie bereits in der Einleitung erwähnt, tritt die Lichtbeugung auf, wenn Licht auf ein Hindernis trifft, dies sind Einzelspalt, Doppelspalt und Mehrfachspalt (Gitter). Man sollte die beiden Begriffe Beugung und Interferenz (die beide in Zusammenhang mit Lichtstrahlen fallen und im Grunde dasselbe Phänomen erklären) nicht verwechseln, denn Interferenz bedeutet eine Überlagerung von Wellen, während Beugung immer beim Durchgang einer einzelnen Welle durch ein Hindernis auftritt.

Wie kann man sich Lichtbeugung vorstellen

Wie bekannt sein dürfte gilt, dass wenn ein Lichtstrahl (bzw. Welle) auf ein Hindernis trifft, wird der Lichtstrahl durch dieses Hindernis teilweise aufgehalten. Dies kann man sich z.B. gut an einem Baumvorstellen. Trifft ein Lichtstrahl auf einen Baum, so findet man hinter dem Baum einen Schatten, das Licht ist also teilweise “aufgehalten” worden.
Treffen die Lichtwellen auf ein Hindernis, wird einen Teil der Wellenfront durch Absorption oder Reflektion am Hindernis am Weiterlaufen gehindert, d.h die Lichtwellen verlaufen an Hindernissen bzw. nach Hindernissen nicht nur geradeaus, sondern werden auch seitlich zu den Rändern des Hindernisses abgelenkt. Wie bereits oben erwähnt, kann die Lichtbeugung an einem Einzelspalt, Doppelspalt oder Mehrfachspalt stattfinden.

  • Trifft eine Wellenfront (am besten einfarbiges Licht) auf ein einzelnes Hindernis (Einzelspalt), so ist nach dem Huygen’schen Prinzip jeder Punkt der Wellenfront ein Ausgangspunkt einer neuen Elementarwelle. Diese (neu gebildeten) Elementarwellen überlagern sich gegenseitig. Dadurch erzeugen sie ein Interferenzmuster. Die durch Interferenz der Elementarwellen entstehende Welle ist identisch mit der eingestrahlten Welle.
  • Tifft eine Wellenfront (am besten einfarbiges Licht) auf zwei nahe beieinander liegende Hindernisse (Doppelspalt), so entstehen (ebenfalls wie beim Einzelspalt)  nach dem Huygen’schen Prinzip neue Elementarwellen. Diese (neu gebildeten) Elementarwellen überlagern sich gegenseitig. Dabei erzeugen die Elementarwellen ein Interferenzmuster aus hellen und dunklen Streifen.
  • Trifft eine Wellenfront wie bei einem Einzel- oder Doppelspalt auf eine Reihe von Hindernissen mit gleichem Abstand (Mehrfachspalt oder optisches Gitter) wird das Licht ebenfalls gebeugt und es kommt zur Interferenz.

Unterschied zwischen Lichtbeugung und Lichtbrechung

Wie bereits erwähnt, findet Lichtbrechung beim Übergang eines Lichtstrahls zwischen verschiedenen Medien mit unterschiedlichen optischen Dichten statt. Wenn Licht auf eine Grenzschicht trifft, ändert sich die Ausbreitungsgeschwindigkeit (zwei verschiedene Medien) und so ändert sich auch die Ausbreitungsrichtung. Im Gegensatz dazu beruht die Lichtbeugung nicht durch Brechung an Grenzflächen zwei verschiedener Medien, sondern kommt durch Interferenz zustande. Beugung bedeutet nichts anderes, als die Ablenkung eines Lichtstrahls an einem Hindernis (z.B. Spalt oder Gitter). Nach dem Hindernis “bewegt” sich das Licht hinter dem Hindernis bzw. Spalt weiter. Bei der Lichtbrechung wird der Lichtstrahl hingegen “abgelenkt”.



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Lichtbeugung in der Optik (Physik) – Testfragen/-aufgaben

1. Was ist der allgemeine Begriff, der verwendet wird, um das Phänomen der Veränderung der Lichtwegrichtung zu bezeichnen?

Die allgemeine Bezeichnung für die Veränderung der Lichtwegrichtung ist die Beugung des Lichts.

2. Welche Welleigenschaft erlaubt es dem Licht, sich um Ecken zu bewegen und Schattenbereiche zu erreichen?

Die Eigenschaft der Wellenausbreitung ermöglicht es dem Licht, sich um Ecken zu bewegen und Schattenbereiche zu erreichen.

3. Wann tritt das Phänomen der Lichtbeugung auf?

Die Beugung des Lichts tritt auf, wenn es auf ein Obstakel oder durch eine Öffnung trifft, die ungefähr die Größe der Lichtwellenlänge hat.

4. Ermöglicht die Lichtbeugung eine einfache gerade Lichtwegverfolgung?

Nein, die Lichtbeugung ermöglicht keine einfache gerade Lichtwegverfolgung. Sie führt zu komplexeren Lichtwegverläufen.

5. Was stellt das Huygenssche Prinzip dar?

Das Huygenssche Prinzip stellt dar, dass jeder Punkt einer Wellenfront als Quelle für primäre Elementarwellen dient, die sich mit derselben Geschwindigkeit in jede Richtung ausbreiten.

6. Wodurch wird der Beugungsgrad des Lichts beeinflusst?

Der Beugungsgrad des Lichts wird durch die Wellenlänge des Lichts und die Größe der Öffnung oder des Hindernisses beeinflusst, auf das es trifft.

7. Was passiert, wenn das Licht auf eine kleine Öffnung trifft?

Wenn das Licht auf eine kleine Öffnung trifft, wird es stark gebeugt und erzeugt ein Beugungsmuster, auch als Interferenzmuster bekannt.

8. Durch welche Phänomene wird die Lichtbeugung erklärt?

Die Lichtbeugung wird durch Wellenphänomene erklärt, insbesondere durch das Huygenssche Prinzip und das Prinzip der Interferenz.

9. Welche Auswirkung hat die Lichtbeugung auf das Bild in optischen Instrumenten?

Die Lichtbeugung verursacht eine leichte Verschwommenheit oder Unschärfe an den Rändern des Bildes in optischen Instrumenten, dies wird als Beugungsunschärfe bezeichnet.

10. Was sind die praktischen Anwendungen der Lichtbeugung?

Zu den praktischen Anwendungen der Lichtbeugung gehören die Mikroskopie, die Fotografie und die optische Signalverarbeitung, einschließlich der Holographie.