destruktive_interferenz_00
Veranschaulichung des Zustandekommens von destruktiver (rote Wellen)
und konstruktiver (blaue Wellen) Interferenz durch Streuung eines Primär-
strahls (schwarz) an zwei Streuungszentren, deren Abstand λ/2 beträgt.
© eMik.

Streuung und Auslöschung (destruktive Interferenz)

Wie bereits erwähnt, ändert sich durch die Streuung die Ausbreitungsrichtung der gestreuten Strahlung (= anderer Fortpflanzungs-/Wellenvektor, k), und bei der inelastischen Streuung zusätzlich deren Energie (Frequenz, f) und z.T. auch die Polarisationsrichtung, e (zur Polarisation weiter unten mehr). Der Streuungsprozess lässt sich mathematisch also fassen als

Streuung_allgemein.

Ip beschreibt die Intensität der einfallenden Primärstrahlung, Is die gestreute Intensität, die aus der Überlagerung von Primärstrahlung und der beim Streuungsvorgang freigesetzten Sekundärstrahlung resultiert. Dabei ist aber nur die Überlagerung (Interferenz) mit dem in der Fortpflanzungsrichtung der Primärstrahlung freigesetzten Anteil der Sekundärstrahlung von Bedeutung, denn in einem größeren Winkel gestreute Strahlung überlagert sich derart, dass sie sich letztendlich gegenseitig aufhebt. Dieser Vorgang wird destruktive Interferenz genannt.

Zur Veranschaulichung betrachten wir Sekundärstrahlung aus zwei Streuzentren, die auf der Verlängerung des Primärstrahls im Abstand λ/2 liegen. In jedem Streuzentrum wird der ankommende Strahl der Intensität in viele Teilstrahlen mit geänderten Wellenvektoren und unterschiedlichen Intensitäten aufgespalten. Wir nehmen vereinfachend an, dass die Streuung elastisch ist, d.h. Frequenz, ω, und Amplitude, a, verändern sich nicht. Durch den Abstand zwischen den Streuungszentren kommt es allerdings zu Phasenverschiebungen . Betrachten wir nun zwei Wellen, f1(t) und f2(t), die sich mathematisch beschreiben lassen als

Formel, Beschreibung Welle f1 und Formel, Beschreibung Welle f2, mit φ1 und φ2 als jeweiliger Phase der Welle.

Ihre Überlagerung ergibt sich aus

Formel, Beschreibung Welle f2.

Während also die Frequenz bei der Überlagerung beibehalten wird, verändert sich die Amplitude in Abhängigkeit von der Differenz der Phasen der beiden Sekundärwellen, deren Mittel die Phase der neuen Welle ergibt. Betrachten wir die Extremfälle. Im Falle von Wellen gleicher Phase (φ1 = φ2) beträgt der Cosinus 1 und entsprechend die Amplitude 2a, sie verdoppelt sich also. Diese Vergrößerung der Amplitude wird positive Interferenz genannt. Das andere Extremum, die gegenseitige Auslöschung, tritt ein, wenn die Differenz zwischen den Phasen 1/2 und damit der Cosinus 0 beträgt. Die Grafik veranschaulicht, dass in einem großen Winkel zur Ausbreitungsrichtung des Primärstrahls gestreute Sekundärstrahlen sich gegenseitig auslöschen, während sie sich in der Fortpflanzungsrichtung verstärken.

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