Optik
Der Versuch vertieft die Kenntnisse einfacher Strahlenoptik um den Begriff der Hauptebenen. Ihre Position und die zugehörige Brennweite werden mit der Abbe-Methode an einem Fotoobjektiv bestimmt.
Als weitere optische Messmethode wird das Verfahren nach Bessel zur Brennweitenbestimmung dünner Linsen bzw. Linsensysteme angewendet.
Studierende der Technischen Physik wenden zusätzlich ein Autokollimationsverfahren an, um das Ergebnis des zweiten Versuchsteils kritisch beurteilen zu können.
Für Flint- bzw. Kronglas ist die Abhängigkeit des Brechungsindex' n von der Wellenlänge des verwendeten Lichts auszumessen.
Hierzu wird aus dem kontinuierlichen Spektrum einer Halogenlampe mittels eines Gittermonochromators ein schmaler Wellenlängenbereich ausgesondert, dessen Ablenkwinkel bei Minimalablenkung an einem Prisma gemessen wird. Die Kalibrierung des Monochromators wird zuvor überprüft.
Eine auf einem einfachen klassischen Modell basierende nachträgliche Auswertung der Dispersionskurven liefert die Resonanzfrequenz der durch das Licht angeregten Dipolschwingung im Medium sowie die Anzahldichte der schwingenden Teilchen.
Der Versuch vermittelt Einsichten in die Wirkungsweise von Lichtmikroskopen. Der Zusammenhang zwischen der Brennweite verschiedener Objektive und Okulare und der Gesamtvergrößerung ist theoretisch und experimentell zu bestimmen.
Das Auflösungsvermögen von Objektiven ist indirekt aus ihrem Aperturwinkel zu ermitteln.
Der Versuch vertieft die Grundlagen der Interferenz von Wellen, speziell zu Zweistrahlinterferenzen an keilförmigen dünnen Schichten.
Die auftretenden Interferenzfiguren werden benutzt, um zunächst den Krümmungsradius einer flachen sphärischen Linse und danach eine unbekannte Lichtwellenlänge zu bestimmen.
Bei präziser Versuchsdurchführung kann die verbleibende Restspaltdicke zwischen Linse und untergelegter Glasplatte angegeben werden.
Optische Beugungsphänomene werden am Beispiel der Fraunhoferschen Beugung für Transmissions- und Reflexionsgitter untersucht.
Bestimmt werden Gitterkonstante, Auflösungsvermögen sowie unbekannte Wellenlängen der verwendeten Lichtquellen.
Ein abschließendes Experiment vermittelt Vorstellungen von der Speicherdichte einer Compact-Disk (CD).
Die Drehung der Polarisationsrichtung von Licht wird in einem ersten Versuchsteil an Glucoselösungen untersucht. Die Konzentration verschiedener Glucoselösungen wird mit dem Kreispolarimeter bestimmt.
Substanzen ohne natürliche optische Aktivität werden optisch aktiv, wenn sie sich in einem Magnetfeld befinden (Faraday-Effekt). Für schweres Flintglas wird im zweiten Versuchsteil mithilfe eines Modulationsverfahrens die Verdetsche Konstante für verschiedene Lichtwellenlängen des optischen Spektrums ermittelt.
Ein harmonisch moduliertes Lichtsignal wird über Umlenkprismen nach Durchlaufen einer veränderlichen Wegstrecke wieder in ein elektrisches Signal umgewandelt.
Aus der mittels Lissajousschen Figuren ermittelten Phasendifferenz zwischen Sende- und Empfangssignal wird die Laufzeit für eine bestimmte Wegstrecke ermittelt und daraus die Lichtgeschwindigkeit errechnet.
Durchläuft Licht ein optisch dichteres Medium, dann ändert sich (bei gleichbleibendem geometrischem Weg) die optische Weglänge, was zur zusätzlicher Phasenverschiebung zwischen den beiden Signalen führt. Aus der Korrektur des geometrischen Weges kann dann die Brechzahl des durchlaufenden Stoffes ermittelt werden.
Durch das Betriebsgerät hervorgerufene systematische Messabweichungen werden genauer untersucht und weitestgehend eliminiert.
Ein Laserstrahl wird durch einen Strahlteiler getrennt und durchläuft verschiedene Strecken. Die beiden Teilstrahlen werden wieder zusammengeführt und ergeben ein Interferenzbild, das sich in Abhängigkeit von der Phasendifferenz zwischen beiden Teilstrahlen ändert.
Mit dieser Interferometeranordnung nach Michelson können empfindlich Änderungen der optischen Weglänge und damit weitere Größen gemessen werden:
- Längenänderung von Metallstäben bei Erwärmung
- Brechzahländerung von Luft als Funktion ihres Druckes
- Brechzahl und Dicke eines Glasplättchens, wenn dieses im Strahlengang verdreht wird.
Der letzte Versuchsteil wird von Studierenden der Technischen Physik und der Optronik durchgeführt. Je nach Dicke der untersuchten Glasplatte kommen dabei modifizierte Auswertetechniken zur Anwendung.
Durch Reflexion an Dielektrika lässt sich Licht polarisieren. Ein Versuchsaufbau auf einem Goniometer erlaubt die Untersuchung von Richtung, Intensität und Polarisation eines an einer Glasplatte reflektierten Lichtstrahls.
Darüber hinaus kann das durch mehrere Glasplatten im Brewsterwinkel hindurchgehende Licht untersucht und die Wirkungsweise eines Plattenpolarisators verstanden werden.