Michelson-Interferometer
Das Michelson-Interferometer, benannt nach dem Physiker Albert Abraham Michelson, dient zur Messung von Brechungsindices und Wellenlängen. Bekanntheit erlangte dieses Messinstrument vor allem durch das Michelson-Morley-Experiment, durch welches die Konstanz der Lichtgeschwindigkeit nachgewiesen wurde.Beim Michelson-Interferometer wird das Phänomen der Interferenz ausgenutzt, welches nur bei kohärentem Licht beobachtet werden kann. Im Normalfall werden also spezielle Lichtquellen, im Regelfall Laser, für Interferenzexperimente eingesetzt.
Um nun Licht aus herkömmlichen Lichtquellen zur Interferenz zu bringen, müssen die überlagerten Wellen aus der selben Lichtquelle stammen. Im Experiment kann es dann mit einem Strahlteiler aufgespalten und schließlich mit sich selbst zur Interferenz gebracht werden.
Dabei ist allerdings zu beachten, dass die überlagerten Wellen nur einen Wegunterschied haben dürfen, der kleiner ist als die so genannte Kohärenzlänge, das ist der Wegunterschied, bei dem die Interferenzerscheinungen gerade verschwinden.
Die generelle Funktionsweise beim Aufbau eines Interferometers zur Messung optischer Größen mit Hilfe von Interferenzeffekten besteht darin, dass ein Strahlenbündel in zwei Teilbündel aufgeteilt wird. Eines dieser beiden wird daraufhin auf irgend eine Weise verändert, worauf hin die Strahlen wieder zusammengeführt und somit zur Interferenz gebracht werden.
Im konkreten Fall eines Michelson-Interferometers geschieht die Strahlaufteilung mittels eines semipermeablen Spiegels. Der von der Lichtquelle ausgehende Strahl wird am semipermeablen Spiegel teils durchgelassen, teils jedoch senkrecht reflektiert. Der durchgelassene und der reflektierte Strahl treffen nun jeweils auf einen (jetzt undurchlässigen) Spiegel und werden wieder auf die Platte zurück geworfen. Von dort aus werden sie wieder zusammen geführt, so dass ihre Gesamtintensität, nun von der Interferenz beeinflusst, etwa mittels einer Photozelle gemessen werden kann.
Die beiden Strahlbündel sind dabei noch immer kohärent, wenn ihr optischer Wegunterschied kleiner als die Kohärenzlänge der Lichtquelle ist. Sind die Abstände zwischen der semipermeablen Platte und den Spiegeln jeweils gleich, haben die am Detektor eintreffenden Strahlen einen Phasenunterschied von . Verschiebt man nun einen der beiden Spiegel um den Abstand , so entsteht zwischen den beiden Strahlenbündeln ein Wegunterschied , und die Intensität ändert sich.
Stellt man nun die Anzahl der Interferenzmaxima bei einer Verschiebestrecke fest, so lässt sich die Wellenlänge leicht berechnen, da stets gilt: