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”.

• Einführung in die Optik

• Wellenoptik und geometrische Optik