Das Licht, das von der Sonne oder einer Glühlampe ausgesendet wird, ist nicht kohärent. Es strahlt in verschiedene Richtungen und weist unterschiedliche Wellenlängen aus. Dabei wird das gesamte Spektrum des sichtbaren Lichtes abgedeckt. Ganz anders verhält es sich beim kohärenten Licht, das nur in einer Wellenlänge (Lichtfarbe) in einer besonders “synchronisierten” Weise strahlt. Im Folgenden soll es dazu eine kurze Erklärung geben.
Was ist kohärentes Licht?
Kohärentes Licht ist elektromagnetische Strahlung, die eine bestimmte Wellenlänge aufweist. Es handelt sich also immer um einfarbiges Licht, da die Wellenlänge die Farbe bestimmt. Zusätzlich sind die Wellen “synchronisiert”, d.h. sie strahlen in die gleiche Richtung, sie schwingen in der gleichen Ebene und in der gleichen Phase. Alle beschreibenden Parameter (Frequenz, Polarisation und Phase) sind in einem festen räumlichen und zeitlichen Zusammenhang, sodass sich die elektromagnetischen Wellen durch Überlagerung verstärken. Das Wort kohärent wird als Abkürzung für diesen Zusammenhang benutzt. Bezieht man sich auf nur einen der Zusammenhänge, spricht man von zeitlicher (Frequenz und Phase) bzw. räumlicher Kohärenz (Polarisation).
Wie entsteht kohärentes Licht?
Es ist nicht möglich, kohärentes Licht allein mit einer Lichtquelle zu erzeugen. Dazu bedarf es weiterer Hilfsmittel wie zum Beispiel Gitter, Prismen oder Spalte.
Zeitliche und räumliche Kohärenz sind die wichtigsten Merkmale von kohärentem Licht. Zeitliche Kohärenz bedeutet, dass sich die Phasenbeziehungen zwischen zwei Wellenzügen über einen längeren Zeitraum nicht ändern, sondern immer konstant bleiben. Auch bei einer räumlichen Kohärenz sind keinerlei Phasenverschiebungen vorhanden. Sie lässt sich am besten feststellen, wenn Sie räumlich senkrecht zur Welle schauen. Dieser Zustand bleibt so lange bestehen, bis es zu einer Änderung kommt, bei der es der Einwirkung äußerer Einflüsse bedarf.
Wie entsteht kohärentes Licht? Die wichtigste Voraussetzung ist, dass Spalte, Prismen, Gitter oder Spiegel vorhanden sind, auf die das Licht von einer bestimmten Lichtquelle treffen kann. Dieser Vorgang lässt sich sowohl mit dem Licht der Sonne als auch mit dem Licht einer Glühlampe realisieren. Trifft das Licht auf das Hindernis, wird es zuerst aufgeteilt und anschließend wieder zur Überlagerung gebracht.
Wozu wird kohärentes Licht benötigt?
Laser strahlen kohärentes Licht aus. Das ist sehr wichtig, denn anders würden sie nicht funktionieren. Dieses Licht ist besonders effektiv und kann sehr fein fokussiert werden. Die Gleichmäßigkeit und die hohe Energiedichte kann für verschiedene Zwecke genutzt werden. Neben der Laseroptik gibt es noch zahlreiche andere Einsatzmöglichkeiten des kohärenten Lichtes. Dazu gehört die Spektroskopie und die Interferometrie. Praktische Anwendungsmöglichkeiten finden sich in der Signalverarbeitung und in der Quantenkryptografie, aber auch in der Materialbearbeitung. Des Weiteren sind kohärente Lichtquellen bei der Erstellung von Hologrammen unentbehrlich.
Warum entsteht kohärentes Licht am Doppelspalt?
Der Doppelspalt ist ein hervorragendes Werkzeug zur Erzeugung von kohärentem Licht. Gelangt das Licht einer natürlichen oder künstlichen Lichtquelle durch einen Doppelspalt, teilt es sich sofort. Anschließend überlagern sich die beiden Teile, was eine Beugung an jedem Spalt zur Folge hat. Nun kann sich das Licht halbkreisförmig weiter ausbreiten. Es überlagert sich überall dort, wo entweder zwei Wellenberge oder zwei Wellentäler aufeinander treffen. Die Konsequenz davon ist, dass es zu einer Verstärkung kommt. Im Gegensatz dazu gibt es Stellen, an denen ein Wellenberg auf ein Wellental trifft, was eine Auslöschung zur Folge hat.
Warum ist ein Laser kohärent?
Bei einem Laser wird das Licht durch den LASER-Effekt verstärkt. LASER steht für “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”. Der Effekt beschreibt, dass ein angeregtes Elektron ein Photon aussendet, wenn es durch ein anderes, vorbeifliegendes Photon stimuliert wird. Dabei wird die Wellenlänge, Richtung und Polarisation vom ursprünglichen Photon übernommen. Entsprechend sind alle Voraussetzungen für Kohärenz gegeben.
Im Laser wird diese Situation absichtlich herbeigeführt, indem Licht zwischen zwei Spiegeln hin und her reflektiert wird, dass immer mehr stimulierte Photonen emittiert werden.
Fazit zur Kohärenz von Licht
Kohärenz von Licht ist ein Faktor, der in der Laseroptik und in vielen anderen Bereichen eine herausragende Bedeutung besitzt. Wäre das Laserlicht nicht kohärent, wäre seine Wirkung nicht so intensiv und es könnte nicht seine vorgesehene Aufgabe erfüllen. Kohärentes Licht muss immer künstlich erzeugt werden, denn es kommt in der Natur nicht vor. Das Sonnenlicht und das Licht einer Glühlampe sind nicht kohärent, sondern inkohärent. Das bedeutet, dass es ein breites Spektrum an elektromagnetischen Wellen abdeckt. Im Gegensatz dazu besteht kohärentes Licht nur aus einer ganz bestimmten Wellenlänge. Es kann zum Beispiel mit einem Doppelspalt, einem Gitter oder einem Spiegel erzeugt werden.
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