420 - Messung der Lichtgeschwindigkeit

Während bei den historischen Experimenten zur Messung der Lichtgeschwindigkeit stets versucht wurde, die Lichtausbreitung längs einer möglichst langen Wegstrecke zu verfolgen, kann man jetzt auf Grund der Verfügbarkeit schneller Lichtquellen ein anderes Meßprinzip wählen: Ein periodisch intensitätsmodulierter Lichtstrahl wird zur Phasenmessung benutzt. Wegen der für die Phasen-geschwindigkeit von Wellen geltenden Beziehung

Geschwindigkeit = Wellenlänge x Frequenz

kann man aus der (bekannten) Modulationsfrequenz und der meßbaren Modulationswellenlänge die Lichtgeschwindigkeit berechnen.

Eine Lumineszensdiode wird hochfrequent (ca. 50 MHz) ein- und ausgeschaltet. Der Lichtstrahl läuft entlang einer ca. 1,5 m langen Wegstrecke und wird auf eine Photodiode zurück gespiegelt. Das Signal der Photodiode und das Steuersignal der Lumineszensdiode werden gleichzeitig auf ein 2-Kanal-Oszilloskop gegeben. Auf Grund der Laufzeit des Lichtstrahls vom Sender zum Empfänger tritt eine Phasenverschiebung des periodisch modulierten Lichtsignals gegenüber dem Steuersignal auf. Diese kann geeignet (z.B. mittels Lissajous-Figuren) in Wegeinheiten geeicht werden.

Man kann in den Lichtweg unterschiedliche transparente Materialien (Kunststoff, Glas, Wasser) bringen und für sie die Phasengeschwindigkeit des Lichts messen.

Versuchsaufbau: