Die Kohärenz von Licht

(Kursstufe > Die Welleneigenschaften des Lichts)

Wieso ist der Nachweis von Interferenz von Lichtwellen mit Licht von Glühlampen nur mit relativ komplizierten Versuchsaufbauten zu realisieren und mit Laserlicht ganz einfach? Das Licht eines Lasers scheint andere Eigenschaften zu haben als das einer Glühlampe.

Das Licht eines Lasers zeichnet sich dadurch aus, dass es

• nur eine Wellenlänge (Farbe) hat ("zeitliche Kohärenz") und
• alle Wellenfronten die gleiche Ausbreitungsrichtung haben ("räumliche Kohärenz")

Das Licht von Glühlampen dagegen ist nirgens kohärent, denn es

• ist ein Gemisch von vielen Wellenlängen und
• wird in allen mögliche Richtungen ausgesendet.

Das hängt mit der unterschiedlichen Erzeugung des Lichtes zusammen.

Die Glühwendel der Lampe wird elektrisch geheizt. Durch die hohe Temperatur "Wackeln" die Atome des Metallfadens sehr stark. Dabei werden die Elektronenhüllen auf höhere Energieniveaus angehoben. Nach einer gewissen Zeit geht die Elektronenhülle wieder in die energieärmere Position zurück. Dabei schwingt die Hülle und strahlt eine elektromagnetische Welle ab, welche die Anregungsenergie abtransportiert. Das nennt man "spontane Emission".
Je nach Stärke der Anregung und Art des spontanen Rück-Übergangs schwingt die Elektronenhülle unterschiedlich, wodurch em-Wellen unterschiedlicher Frequenz ausgesendet werden.
Weil die Emission spontan, also zufällig, ist, sind die Wellen der vielen verschiedenen Atome nicht koordiniert.
Weil die Emission nur eine kurze Zeitdauer benötigt, werden kurze Wellenzüge von ca. [math]1000\,\rm nm[/math] ausgesendet.

Dadurch wird ein "Gemisch" von unterschiedlichen Wellenzügen verschiedener Frequenz erzeugt.

Laser: Light Amplifikation by Stimulated Emmission of Radiation. Entscheidend ist die nichtzufällige sondern stimulierte Zustandsänderung eines angeregten Atoms. Eine Lichtwelle löst die Aussendung einer weiteren Lichtwelle aus. Die Lichtwellenportionen "hängen sich aneinander".

Links

• VERALTET: Eine Präsentation, welche die Kohärenz von Licht präzise, knapp und anschaulich zusammenfasst. (Michael Pohlig, Physikdidaktik Uni Karlsruhe)
• Kohärenz als lokale Eigenschaft einer Welle, mit vier einfachen, schönen Bildern zur Erklärung. (Friedrich Herrmann: Altlasten der Physik (57))
• Kohärenz, zeitlich und räumlich; Definitionen und Beispiele. (Wiebke Salzmann, Wissenstexte)
• Wikipedia: [Kohärenz_(Physik)#Zeitliche_Kohärenz Zeitliche Kohärenz]