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. Wie bereits in der Einleitung erwähnt, tritt die Lichtbeugung auf, wenn Licht auf ein Hindernis trifft, dies sind Einzelspalt, Doppelspalt und Mehrfachspalt (Gitter). Nachfolgend soll nun die Lichtbeugung an einem Doppelspalt und Mehrfachspalt (Gitter) erläutert werden:
Beim Doppelspalt und Gitter liegt jeweils eine Interferenz vor. Treffen Wellenfronten auf einen Doppelspalt, so bilden sich hinter dem Doppelspalt gemäß des Huygens´schen Prinzips an beiden Spalten neue (Elementar)wellen. Diese Wellen überlagern sich dabei (Interferenz) und führt an einigen Orten zu konstruktiver Interferenz (Verstärkung), an anderen Orten zu destruktiver Interferenz (Abschwächung). Dies kann man mit Hilfe von Meßgeräten verdeutlichen, so findet sich hinter den Doppelspalt, in der Mitte ein sehr helles Maximum (Hauptmaximum), rechts und links neben dem Hauptmaximum bilden sich die schwächeren Nebenmaxima. Zwischen den einzelnen Maxima finden sich dunkle Bereiche, die Minima.
Die Lichtbeugung ist die Abweichung von Lichtwellen von einer geraden Linie, wenn sie auf ein Hindernis treffen oder durch eine Öffnung gehen. Dieses Phänomen wird durch die Huygens-Fresnelsche Princip beschrieben.
Ein Doppelspalt ist ein Objekt mit zwei eng benachbarten schmalen Öffnungen, durch die Lichtstrahlen hindurchtreten können. Das hindurchtretende Licht an den beiden Spalten wird gebeugt und führt zur Interferenz, wodurch ein charakteristisches Interferenzmuster entsteht.
Das Interferenzmuster wird durch den Abstand der Spalte und die Wellenlänge des Lichts bestimmt. Besonders sichtbar wird dies anhand der Lage und der Intensität der Interferenzmaxima und -minima.
Die Beugung am Einzelspalt führt zu einem allgemeinen Beugungsmuster mit einem hellen zentralen Maximum und mehreren weniger hellen Nebenmaxima. Bei der Beugung am Doppelspalt treten Interferenzen zwischen den von den beiden Spalten ausgehenden Wellen auf, was zu einem Interferenzmuster führt.
Die Position der Interferenzmaxima kann mit der Formel d*sin(θ) = m*λ berechnet werden, wobei d der Abstand zwischen den Spalten, θ der Beugungswinkel, m der Ordnung des Maximums und λ die Wellenlänge des Lichts ist.
Konstruktive Interferenzen treten auf, wenn zwei Wellen gleicher Phase (d.h. sie erreichen ihre Maxima und Minima gleichzeitig) aufeinander treffen und sich verstärken. Destruktive Interferenzen treten auf, wenn Wellen aufeinandertreffen, die genau entgegengesetzte Phasen haben (eine erreicht ihr Maximum, während die andere ihr Minimum erreicht), was eine Abschwächung zur Folge hat.
Die Interferenzordnung (m) beschreibt die Position eines Interferenzmaximums. Das zentrale Maximum hat die Ordnung m = 0, die benachbarten Maxima haben die Ordnungen m = ±1, danach folgen m = ±2, und so weiter.
Je größer die Wellenlänge des Lichts ist, desto stärker wird es gebeugt. Dies führt zu einer größeren Verteilung der Interferenzmaxima.
Das Experiment von Thomas Young zeigt die Beugung und Interferenz von Licht am Doppelspalt und demonstriert damit den Wellencharakter des Lichts.
Wenn die Anzahl der Spalte erhöht wird, entsteht ein mehrfachbeugungsbild mit schmaleren, aber helleren Interferenzmaxima.