EXP:Michelson Interferometer - Versionsgeschichte

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11>Kstuetz am 2. Februar 2023 um 15:58 Uhr

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	[[Kategorie:Optik]]		[[Kategorie:Optik]]

	~~[[Datei:EXP_Optik_Michelson-Interferometer.png\|mini]]~~


	<div class="row">		<div class="row">
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	__INHALTSVERZEICHNIS__		__INHALTSVERZEICHNIS__

	=Mögliche Einstiege in dieses Experiment=		</div>
			<div class="large-5 columns>
			[[Datei:EXP_Optik_Michelson-Interferometer.png\|mini]]
			</div>
			</div>

			= Mögliche Einstiege in dieses Experiment =
	* Für SuS ist es intuitiv, dass an einem Punkt auf dem Schirm die Helligkeit steigt, je mehr Lichtquellen diesen beleuchten. Dies kann mit (Handy-) Taschenlampen geprüft werden. Mit diesem Experiment kann dies jedoch widerlegt werden. Es kann also dies als Grundfrage gestellt werden: Warum sind auf dem Schirm plötzlich dunkle Ringe zu sehen, wenn mehr als ein Lichtstrahl darauf trifft?		* Für SuS ist es intuitiv, dass an einem Punkt auf dem Schirm die Helligkeit steigt, je mehr Lichtquellen diesen beleuchten. Dies kann mit (Handy-) Taschenlampen geprüft werden. Mit diesem Experiment kann dies jedoch widerlegt werden. Es kann also dies als Grundfrage gestellt werden: Warum sind auf dem Schirm plötzlich dunkle Ringe zu sehen, wenn mehr als ein Lichtstrahl darauf trifft?
	* Zudem kann je nach dem Kenntnisstand der SuS ein Einstieg über die Detektion von Gravitationswellen verwendet werden, für welche im Jahre 2017 ein Nobelpreis verliehen wurde. Hierbei spielt auch das Michelson-Interferometer eine sehr entscheidende Rolle.		* Zudem kann je nach dem Kenntnisstand der SuS ein Einstieg über die Detektion von Gravitationswellen verwendet werden, für welche im Jahre 2017 ein Nobelpreis verliehen wurde. Hierbei spielt auch das Michelson-Interferometer eine sehr entscheidende Rolle.
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	<div class="row">		<div class="row">
	<div class="large-8 columns">		<div class="large-10 columns">

	Die optischen Komponenten sollten wie in der nebenstehenden Abbildung auf dem Breadboard montiert werden. Es ist darauf zu achten, dass die beiden Spiegel einen möglichst ähnlichen Abstand zum Strahlteiler haben sollten. Die Spiegel sollten so ausgerichtet werden, dass die beiden Strahlen dieselbe Fläche auf dem Schirm beleuchten. Durch Justage der Spiegel sowie der Stage sollte der Aufbau nun so angepasst werden, dass die Ringe des Interferenzmusters zu sehen sind.		Die optischen Komponenten sollten wie in der nebenstehenden Abbildung auf dem Breadboard montiert werden. Es ist darauf zu achten, dass die beiden Spiegel einen möglichst ähnlichen Abstand zum Strahlteiler haben sollten. Die Spiegel sollten so ausgerichtet werden, dass die beiden Strahlen dieselbe Fläche auf dem Schirm beleuchten. Durch Justage der Spiegel sowie der Stage sollte der Aufbau nun so angepasst werden, dass die Ringe des Interferenzmusters zu sehen sind.

	</div>		</div>
	<div class="large-4 columns">		<div class="large-2 columns">
	[[Datei:EXP_Optik_Michelson-Interferometer.png\|600px\|thumb\|right\|\|Dieses Bild zeigt den Grundaufbau eines Michelson-Interferometers.]]		[[Datei:EXP_Optik_Michelson-Interferometer.png\|600px\|thumb\|right\|\|Dieses Bild zeigt den Grundaufbau eines Michelson-Interferometers.]]
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	<div class="large-8 columns">		<div class="large-10 columns">
	Für diese Erweiterung wird die mechanische Stage, wie in der nebenstehenden Abbildung gezeigt, durch eine Stage mit Piezo-Motor (inkl. passendem Treiber) ersetzt, wodurch die Spiegelabstände deutlich kleinschrittiger verändert werden können. Es kann zudem optional ein Frequenzgenerator an den Treiber des Piezo-Motors angeschlossen werden, um die Abstände kontinuierlich abzufahren. Es ist darauf zu achten, dass durch den Umbau des Experiments, der Aufbau erneut justiert werden muss.		Für diese Erweiterung wird die mechanische Stage, wie in der nebenstehenden Abbildung gezeigt, durch eine Stage mit Piezo-Motor (inkl. passendem Treiber) ersetzt, wodurch die Spiegelabstände deutlich kleinschrittiger verändert werden können. Es kann zudem optional ein Frequenzgenerator an den Treiber des Piezo-Motors angeschlossen werden, um die Abstände kontinuierlich abzufahren. Es ist darauf zu achten, dass durch den Umbau des Experiments, der Aufbau erneut justiert werden muss.
	</div>		</div>
	<div class="large-4 columns">		<div class="large-2 columns">
	[[Datei:EXP Optik Michelson-InterferometerErweiterungPiezo.png\|600px\|thumb\|right\|\|Dieses Bild zeigt die Erweiterung des Grundaufbaus eines Michelson-Interferometers durch die Verwendung einer Stage mit Piezo-Motor.]]		[[Datei:EXP Optik Michelson-InterferometerErweiterungPiezo.png\|600px\|thumb\|right\|\|Dieses Bild zeigt die Erweiterung des Grundaufbaus eines Michelson-Interferometers durch die Verwendung einer Stage mit Piezo-Motor.]]
	</div>		</div>
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	<div class="large-8 columns">		<div class="large-10 columns">
	In dieser Erweiterung wird der optische Schirm des Grundaufbaus durch eine Photodiode ersetzt (siehe nebenstehende Abbildung). Es ist dabei wichtig, dass diese genau den Mittelpunkt der Ringe des Interferenzmusters detektiert. Der Ausgang der Photodiode wird nun über ein Kabel/eine Kabelkombination mit dem aktiven Lautsprecher verbunden. Optional kann der Spiegel, welcher nicht auf der Stage montiert ist, durch einen Spiegel ersetzt werden, der an einer Stimmgabel montiert ist. Außerdem kann optional ein zweiter Strahlteiler zwischen dem ersten Strahlteiler und der Photodiode platziert werden. Dadurch kann man zusätzlich das Interferenzmuster auf einem Schirm beobachtbar machen. Statt dem Schirm kann hier ebenso die Erweiterung (Oszilloskop) verwendet werden.		In dieser Erweiterung wird der optische Schirm des Grundaufbaus durch eine Photodiode ersetzt (siehe nebenstehende Abbildung). Es ist dabei wichtig, dass diese genau den Mittelpunkt der Ringe des Interferenzmusters detektiert. Der Ausgang der Photodiode wird nun über ein Kabel/eine Kabelkombination mit dem aktiven Lautsprecher verbunden. Optional kann der Spiegel, welcher nicht auf der Stage montiert ist, durch einen Spiegel ersetzt werden, der an einer Stimmgabel montiert ist. Außerdem kann optional ein zweiter Strahlteiler zwischen dem ersten Strahlteiler und der Photodiode platziert werden. Dadurch kann man zusätzlich das Interferenzmuster auf einem Schirm beobachtbar machen. Statt dem Schirm kann hier ebenso die Erweiterung (Oszilloskop) verwendet werden.
	</div>		</div>
	<div class="large-4 columns">		<div class="large-2 columns">
	[[Datei:EXP_Optik_Michelson-InterferometerErweiterungLautsprecher.png\|600px\|thumb\|right\|\|Dieses Bild zeigt die Erweiterung des Grundaufbaus eines Michelson-Interferometers durch die Verwendung einer Photodiode und eines aktiven Lautsprechers.]]		[[Datei:EXP_Optik_Michelson-InterferometerErweiterungLautsprecher.png\|600px\|thumb\|right\|\|Dieses Bild zeigt die Erweiterung des Grundaufbaus eines Michelson-Interferometers durch die Verwendung einer Photodiode und eines aktiven Lautsprechers.]]
	</div>		</div>
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	<div class="large-8 columns">		<div class="large-10 columns">
	Wie im nebenstehenden Bild zu sehen, wird der optische Schirm bei dieser Erweiterung durch eine Photodiode ersetzt. Diese sollte so positioniert sein, dass sie den Mittelpunkt des Interferenzmusters detektiert. Anschließend wird der Ausgang der Photodiode über ein BNC-Kabel mit dem Oszilloskop verbunden. Schwingungen im System können nun dadurch sichtbar gemacht werden.		Wie im nebenstehenden Bild zu sehen, wird der optische Schirm bei dieser Erweiterung durch eine Photodiode ersetzt. Diese sollte so positioniert sein, dass sie den Mittelpunkt des Interferenzmusters detektiert. Anschließend wird der Ausgang der Photodiode über ein BNC-Kabel mit dem Oszilloskop verbunden. Schwingungen im System können nun dadurch sichtbar gemacht werden.
	</div>		</div>
	<div class="large-4 columns">		<div class="large-2 columns">
	[[Datei:EXP Optik Michelson-InterferometerErweiterungOszi.png\|600px\|thumb\|right\|\|Dieses Bild zeigt die Erweiterung des Grundaufbaus eines Michelson-Interferometers durch die Verwendung einer Photodiode, welche durch ein Oszilloskop ausgelesen wird.]]		[[Datei:EXP Optik Michelson-InterferometerErweiterungOszi.png\|600px\|thumb\|right\|\|Dieses Bild zeigt die Erweiterung des Grundaufbaus eines Michelson-Interferometers durch die Verwendung einer Photodiode, welche durch ein Oszilloskop ausgelesen wird.]]
	</div>		</div>
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	<div class="row">		<div class="row">
	<div class="large-8 columns">		<div class="large-10 columns">
	Im Aufbau eines Michelson-Interferometers ist auf dem optischen Schirm das nebenstehende Interferenzmuster zu beobachten. Dieses ist auf Gangunterschiede der beiden Strahlengänge zurückzuführen, wodurch es zu konstruktiver und destruktiver Interferenz kommt. Die Ringform resultiert daraus, dass der Lichtweg einzelner Wellen in den zwei Strahlengängen mit deren Winkel zur optischen Achse variiert. Anhand dieses Grundaufbaus kann sehr gut die Empfindlichkeit des Interferometers deutlich gemacht werden. Selbst bei einer laufenden Person in der Umgebung o.ä. sind Veränderungen im Interferenzmuster erkennbar, da die Spiegelkomponenten durch diese Stöße leicht in Bewegung versetzt werden.		Im Aufbau eines Michelson-Interferometers ist auf dem optischen Schirm das nebenstehende Interferenzmuster zu beobachten. Dieses ist auf Gangunterschiede der beiden Strahlengänge zurückzuführen, wodurch es zu konstruktiver und destruktiver Interferenz kommt. Die Ringform resultiert daraus, dass der Lichtweg einzelner Wellen in den zwei Strahlengängen mit deren Winkel zur optischen Achse variiert. Anhand dieses Grundaufbaus kann sehr gut die Empfindlichkeit des Interferometers deutlich gemacht werden. Selbst bei einer laufenden Person in der Umgebung o.ä. sind Veränderungen im Interferenzmuster erkennbar, da die Spiegelkomponenten durch diese Stöße leicht in Bewegung versetzt werden.
	</div>		</div>
	<div class="large-4 columns">		<div class="large-2 columns">
	[[Datei:EXP Optik Michelson-InterferometerInterferenzmuster.png\|600px\|thumb\|right\|\|Interferenzmuster eines Michelson-Interferometers.]]		[[Datei:EXP Optik Michelson-InterferometerInterferenzmuster.png\|600px\|thumb\|right\|\|Interferenzmuster eines Michelson-Interferometers.]]
	</div>		</div>

11>Lblessing am 10. Januar 2023 um 13:16 Uhr

2023-01-10T13:16:18Z

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	[[Kategorie:~~In Bearbeitung~~]]		[[Kategorie:Optik]]

	[[Datei:EXP_Optik_Michelson-Interferometer.png\|mini]]		[[Datei:EXP_Optik_Michelson-Interferometer.png\|mini]]

11>Lblessing am 15. November 2022 um 12:06 Uhr

2022-11-15T12:06:18Z

← Nächstältere Version		Version vom 15. November 2022, 12:06 Uhr
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	[[Kategorie:In Bearbeitung]]		[[Kategorie:In Bearbeitung]]

	[[Datei:EXP_Optik_Michelson-Interferometer.png\|mini]]		[[Datei:EXP_Optik_Michelson-Interferometer.png\|mini]]

11>Lblessing am 15. November 2022 um 12:04 Uhr

2022-11-15T12:04:49Z

← Nächstältere Version		Version vom 15. November 2022, 12:04 Uhr
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			[[Kategorie:In Bearbeitung]]
	[[Datei:EXP_Optik_Michelson-Interferometer.png\|mini]]		[[Datei:EXP_Optik_Michelson-Interferometer.png\|mini]]
	~~<nowiki>[[Kategorie:In Bearbeitung]]</nowiki>~~

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11>Lblessing am 15. November 2022 um 12:04 Uhr

2022-11-15T12:04:11Z

← Nächstältere Version		Version vom 15. November 2022, 12:04 Uhr
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	===Erweiterung (Oszilloskop)===		===Erweiterung (Oszilloskop)===
	Die Änderungen des Interferenzmusters werden hierbei visuell sichtbar gemacht.
			<div class="row">
			<div class="large-8 columns">
			Die Änderungen des Interferenzmusters werden hierbei visuell sichtbar gemacht. Deren Entstehung kann im vorherigen Absatz zu der Erweiterung (Lautsprecher) nachgelesen werden. Sollte die Stage gleichmäßig durchgefahren werden, so ist auf dem Oszilloskop zudem ein sinusförmiger Verlauf der Intensität zu erkennen, wie im nebenstehenden Bild gezeigt.
			</div>
			<div class="large-4 columns">
			[[Datei:EXP Optik Michelson-InterferometerOszi.png\|600px\|thumb\|right\|\|Gemessener Intensitätsverlauf bei (näherungsweise) gleichmäßiger Bewegung der Stage.]]
			</div>
			</div>

	== Sicherheitshinweise ==		== Sicherheitshinweise ==
	In diesem Aufbau wird mit Lasern der Klasse 2 gearbeitet. Entsprechend ist darauf zu achten, dass dieser Strahl oder dessen Reflexion nicht direkt in das Auge fällt.		In diesem Aufbau wird mit Lasern der Klasse 2 gearbeitet. Entsprechend ist darauf zu achten, dass dieser Strahl oder dessen Reflexion nicht direkt in das Auge fällt.

11>Lblessing am 15. November 2022 um 11:00 Uhr

2022-11-15T11:00:33Z

← Nächstältere Version		Version vom 15. November 2022, 11:00 Uhr
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	===Erweiterung (Lautsprecher)===		===Erweiterung (Lautsprecher)===
	Durch diesen Aufbau ist es möglich Schwingung im System akustisch wahrnehmbar zu machen. Diese Schwingungen im System (insbesondere der Spiegel) äußern sich durch eine schnelle Änderung im Interferenzmuster, insbesondere in dessen Mitte. Dem liegt zugrunde, dass sich durch diese Schwingungen die Lichtwege der Strahlengänge periodisch minimal ändern. Diese Intensitätsschwankungen können nun durch die Photodiode in ein elektrisches Signal umgewandelt werden, welches durch die aktiven Lautsprecher hörbar gemacht wird.		Durch diesen Aufbau ist es möglich Schwingung im System akustisch wahrnehmbar zu machen. Diese Schwingungen im System (insbesondere der Spiegel) äußern sich durch eine schnelle Änderung im Interferenzmuster, insbesondere in dessen Mitte. Dem liegt zugrunde, dass sich durch diese Schwingungen die Lichtwege der Strahlengänge periodisch minimal ändern. Diese Intensitätsschwankungen können nun durch die Photodiode in ein elektrisches Signal umgewandelt werden, welches durch die aktiven Lautsprecher hörbar gemacht wird.

			===Erweiterung (Oszilloskop)===
			Die Änderungen des Interferenzmusters werden hierbei visuell sichtbar gemacht.

	== Sicherheitshinweise ==		== Sicherheitshinweise ==
	In diesem Aufbau wird mit Lasern der Klasse 2 gearbeitet. Entsprechend ist darauf zu achten, dass dieser Strahl oder dessen Reflexion nicht direkt in das Auge fällt.		In diesem Aufbau wird mit Lasern der Klasse 2 gearbeitet. Entsprechend ist darauf zu achten, dass dieser Strahl oder dessen Reflexion nicht direkt in das Auge fällt.

11>Lblessing am 15. November 2022 um 10:58 Uhr

2022-11-15T10:58:55Z

← Nächstältere Version		Version vom 15. November 2022, 10:58 Uhr
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	<div class="row">		<div class="row">
	<div class="large-8 columns">		<div class="large-8 columns">
	~~Wie im nebenstehenden Bild~~ zu ~~sehen~~, ~~wird der optische Schirm bei dieser Erweiterung durch eine Photodiode ersetzt~~. ~~Diese sollte so positioniert sein~~, dass ~~sie~~ den ~~Mittelpunkt~~ des ~~Interferenzmusters detektiert~~. ~~Anschließend wird~~ der ~~Ausgang der Photodiode über ein BNC-Kabel mit dem Oszilloskop verbunden~~. ~~Schwingungen~~ im ~~System können nun dadurch sichtbar gemacht~~ werden.		Im Aufbau eines Michelson-Interferometers ist auf dem optischen Schirm das nebenstehende Interferenzmuster zu beobachten. Dieses ist auf Gangunterschiede der beiden Strahlengänge zurückzuführen, wodurch es zu konstruktiver und destruktiver Interferenz kommt. Die Ringform resultiert daraus, dass der Lichtweg einzelner Wellen in den zwei Strahlengängen mit deren Winkel zur optischen Achse variiert. Anhand dieses Grundaufbaus kann sehr gut die Empfindlichkeit des Interferometers deutlich gemacht werden. Selbst bei einer laufenden Person in der Umgebung o.ä. sind Veränderungen im Interferenzmuster erkennbar, da die Spiegelkomponenten durch diese Stöße leicht in Bewegung versetzt werden.
	</div>		</div>
	<div class="large-4 columns">		<div class="large-4 columns">
	[[Datei:EXP Optik Michelson-InterferometerInterferenzmuster.png\|600px\|thumb\|right\|\|~~Dieses Bild zeigt die Erweiterung des Grundaufbaus~~ eines Michelson-Interferometers ~~durch die Verwendung einer Photodiode, welche durch ein Oszilloskop ausgelesen wird~~.]]		[[Datei:EXP Optik Michelson-InterferometerInterferenzmuster.png\|600px\|thumb\|right\|\|Interferenzmuster eines Michelson-Interferometers.]]
	</div>		</div>
	</div>		</div>

			===Erweiterung (Piezo-Stage)===
			Mit Hilfe der Piezo-Stage kann nun die Länge eines Strahlenganges minimal verändert werden. Dies kann dazu benutzt werden, die Wellenlänge des verwendeten Lasers zu bestimmen. Hierzu muss die Stage um eine bekannte Strecke s bewegt werden und dabei die Anzahl n der Auftretenden Maxima (oder Minima) gezählt werden. Die Wellenlänge des Lasers ergibt sich dann aus der Formel λ=2*s/n.
			Durch einen Frequenzgenerator kann das Show-Experiment in der Art und Weise optimiert werden, dass ein sich kontinuierlich veränderndes Muster zu sehen ist, wenn der Frequenzgenerator an die Stage angeschlossen wird und die Spannung langsam durchfährt.

			===Erweiterung (Lautsprecher)===
			Durch diesen Aufbau ist es möglich Schwingung im System akustisch wahrnehmbar zu machen. Diese Schwingungen im System (insbesondere der Spiegel) äußern sich durch eine schnelle Änderung im Interferenzmuster, insbesondere in dessen Mitte. Dem liegt zugrunde, dass sich durch diese Schwingungen die Lichtwege der Strahlengänge periodisch minimal ändern. Diese Intensitätsschwankungen können nun durch die Photodiode in ein elektrisches Signal umgewandelt werden, welches durch die aktiven Lautsprecher hörbar gemacht wird.

	== Sicherheitshinweise ==		== Sicherheitshinweise ==
	In diesem Aufbau wird mit Lasern der Klasse 2 gearbeitet. Entsprechend ist darauf zu achten, dass dieser Strahl oder dessen Reflexion nicht direkt in das Auge fällt.		In diesem Aufbau wird mit Lasern der Klasse 2 gearbeitet. Entsprechend ist darauf zu achten, dass dieser Strahl oder dessen Reflexion nicht direkt in das Auge fällt.

11>Lblessing am 15. November 2022 um 10:37 Uhr

2022-11-15T10:37:27Z

← Nächstältere Version		Version vom 15. November 2022, 10:37 Uhr
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	== Versuchsdurchführung und -auswertung==		== Versuchsdurchführung und -auswertung==
			===Grundaufbau===

	~~Beschreibe hier genauer was man zur Durchführung tun muss~~. ~~Aus was muss dabei geachtet~~ werden?		<div class="row">
			<div class="large-8 columns">
			Wie im nebenstehenden Bild zu sehen, wird der optische Schirm bei dieser Erweiterung durch eine Photodiode ersetzt. Diese sollte so positioniert sein, dass sie den Mittelpunkt des Interferenzmusters detektiert. Anschließend wird der Ausgang der Photodiode über ein BNC-Kabel mit dem Oszilloskop verbunden. Schwingungen im System können nun dadurch sichtbar gemacht werden.
			</div>
			<div class="large-4 columns">
			[[Datei:EXP Optik Michelson-InterferometerInterferenzmuster.png\|600px\|thumb\|right\|\|Dieses Bild zeigt die Erweiterung des Grundaufbaus eines Michelson-Interferometers durch die Verwendung einer Photodiode, welche durch ein Oszilloskop ausgelesen wird.]]
			</div>
			</div>

	== Sicherheitshinweise ==		== Sicherheitshinweise ==
	In diesem Aufbau wird mit Lasern der Klasse 2 gearbeitet. Entsprechend ist darauf zu achten, dass dieser Strahl oder dessen Reflexion nicht direkt in das Auge fällt.		In diesem Aufbau wird mit Lasern der Klasse 2 gearbeitet. Entsprechend ist darauf zu achten, dass dieser Strahl oder dessen Reflexion nicht direkt in das Auge fällt.

11>Lblessing am 15. November 2022 um 10:29 Uhr

2022-11-15T10:29:27Z

← Nächstältere Version		Version vom 15. November 2022, 10:29 Uhr
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	</div>		</div>

	== Versuchsdurchführung ==		== Versuchsdurchführung und -auswertung==

	Beschreibe hier genauer was man zur Durchführung tun muss. Aus was muss dabei geachtet werden?		Beschreibe hier genauer was man zur Durchführung tun muss. Aus was muss dabei geachtet werden?

	~~== Auswertung ==~~

	Hier sollen Diagramme, Werte und eine Fehlerabschätzung zum Experiment hin. Gegebenenfalls können hier auch Gleichungen eingebunden werden. Mathematische Ausdrücke werden durch den <code><nowiki><math></nowiki></code>-Tag initiiert:

	~~:<math>~~
	~~\mathrm{i}\hbar\frac{\partial}{\partial t} \|\,\psi (t) \rangle = \hat{H} \|\,\psi (t) \rangle.~~
	~~</math>~~

	Beim Vergleich mit Literaturwerten oder ähnlichem sollte durch die Referenzumgebung <code><nowiki><ref></nowiki></code> auf geeignete Quellen verwiesen werden, diese erscheinen dann auch automatisch am Seitenende.<ref>[https://www.pi5.uni-stuttgart.de/de/forschung/physik-und-ihre-didaktik/ ''Website Abteilung Physik und ihre Didaktik''] Abgerufen am 31.08.2021</ref>


	== Sicherheitshinweise ==		== Sicherheitshinweise ==
	In diesem Aufbau wird mit Lasern der Klasse 2 gearbeitet. Entsprechend ist darauf zu achten, dass dieser Strahl oder dessen Reflexion nicht direkt in das Auge fällt.		In diesem Aufbau wird mit Lasern der Klasse 2 gearbeitet. Entsprechend ist darauf zu achten, dass dieser Strahl oder dessen Reflexion nicht direkt in das Auge fällt.