411 - Nahfeldbeugung

Trifft Licht auf ein Hindernis, so beobachtet man in Gebieten, wo nach den Vorstellungen der geometrischen Optik Schatten herrschen sollte, typische Lichterscheinungen (je nach Art des Hindernisses sind es helle und dunkle Streifen, konzentrische Ringe u.ä.), welche unter dem Begriff Beugung zusammengefasst werden können. Diese sind mit Hilfe des Huygensschen Prinzips erklärbar, wonach alle Punkte einer Welle Ausgangspunkt neuer Elementarwellen sind. So gelangt Licht in den Schattenbereich, und durch Überlagerung (Verstärkung, Auslöschung) der Elementarwellen entstehen die bekannten Beugungsfiguren. Wird die Beugung in großem Abstand vom beugenden Objekt beobachtet (Fernfeld, Fraunhofer-Beugung), so ist die mathematische Beschreibung relativ einfach. Im Nahfeld (Fresnel-Beugung) entstehen dagegen kompliziertere Beugungsbilder, welche eine exakte Berechnung sehr aufwendig machen, sich aber z.B. über die Fresnelschen Elementarzonen zumindest qualitativ gut erklären lassen.

Der Versuchsaufbau verzichtet bewußt auf abbildende Optik, damit in einfacher Weise Beobachtungen sowohl im Nahfeld als auch im Fernfeld sowie beim Übergang zwischen beiden möglich werden. Als Versuchsobjekte stehen Spalt, Doppelspalt, Kante und dünner Draht in jeweils verschiedener Größe zur Verfügung. Zur Erfassung der Beugungsbilderdient eine CCD-Zeile.
Die Darstellung erfolgt in Echtzeit auf einem Analog-Digital-Oszilloskop. Die Bilder können gespeichert und anschließend ausgedruckt werden.

>> Ergänzung: pdf, 130 kbFresnelzonen, Fresnel- und Fraunhoferbeugung

>> Ergänzung: pdf, 132 kbCornu-Spirale zur Veranschaulichung der Beugungpdf, 132 kb

Versuchsaufbau: