Mit Licht messen

Mit Licht messen

13. April 2017 | von Katharina Novikov

Katharina Novikov hat mit Julian Walker im PhotonLab ein Interferometer aufgebaut und erzählt von ihren Erfahrungen.

Ich bin mir sicher: Nach der Schule möchte ich etwas mit Naturwissenschaften studieren. Deshalb habe ich mich nach einem Berufspraktikum umgesehen, bei dem ich schon mal vorab testen konnte ob vielleicht Physik ein Studienfach für mich wäre. Nach kurzer Recherche stieß ich auf das PhotonLab am Munich-Centre for Advanced Photonics.

Dank des Praktikums habe ich eine Vorstellung von der Arbeit eines Experimentalphysikers oder einer Experimentalphysikerin bekommen. Mein Mitpraktikant und ich hatten die Möglichkeit ein neues Interferometer, aufzubauen. Das alte Interferometer im Schülerlabor diente nur dazu, die Wellenlänge von Licht zu messen Aber ein Interferometer kann zusätzlich auch durch die von ihm ausgesandten Wellen Informationen über ein Objekt liefern, das von diesen Wellen erfasst wird. Das Interferometer im Photonlab sendet über einen Laser Licht aus, dessen Strahlen an einem Strahlteiler geteilt und anschließend über Spiegel wieder zurückgeworfen und zur Überlagerung gebracht werden (Eine Animation dazu befindet sich in der Mediathek des Schülerlabors). Dabei kann sich das Licht verstärken oder sogar auslöschen, man beobachtet ein Interferenzbild. Dieses Phänomen nützt man auch aus um z.B. den Brechungsindex von transparenten Materialien zu bestimmen.

Beim Aufbau des Interferometers war das Arrangieren der Einzelteile weniger ein Problem als das Justieren des Lasers und der Spiegel. Obwohl letzteres eine Herausforderung war, konnten wir, mit etwas Zeitaufwand und ein wenig Hilfe, den Versuch, wie vorgesehen, zum ersten Mal erfolgreich durchführen. Dabei entdeckten wir eine Schwierigkeit für die Schüler, die zukünftig im PhotonLab mit dem Interferometer experimentieren würden: Eine komplizierte und zeitraubende Formel.

Ein Ziel des Versuchs ist es, den Brechungsindex einer Plexiglasscheibe zu berechnen, durch die das Licht dringt. Dazu zählt man die Hell-Dunkel-Hell-Durchgänge im Interferenzmuster, die auftreten, wenn man die Plexiglasscheibe, mithilfe der Drehvorrichtung, an der sie befestigt ist, bewegt. Dadurch verlängert sich nämlich der optische Weg und dies wird auf dem Beobachtungsschirm sichtbar. Zusätzlich misst man dann den Winkel um den die Scheibe rotierte, bestimmt ihre Dicke und die Wellenlänge des Lasers und setzt die Werte in die gegebene Formel ein. In der Zeit, in der man den Brechungsindex berechnet, könnte man sich mit einem weiteren Experiment beschäftigen.

Also haben wir uns Gedanken gemacht wie man die Zeit für das Rechnen einsparen könnte und kamen auf die Idee, die Formel in ein Tabellenkalkulationsprogramm auf den iPads, die jedem Schüler zur Verfügung stehen, zu speichern. Die Werte für die Variablen könnten so einfach für unterschiedliche Messungen ausgetauscht werden. Solche Programme rechnen leider ungenauer als beispielsweise Computer-Algebra-Systeme. Da die Praktikumswoche an dem Punkt schon zum Ende gekommen war, werden sich wohl zukünftige, interessierte Praktikanten noch mit diesem Problem beschäftigen.

Ich bin dankbar für die Praktikumsstelle im PhotonLab, das ich jedem empfehlen kann, der sich für Physik oder allgemein Naturwissenschaften interessiert, sowie die Informationen und das Wissen, das mir nach dem Schulabschluss ungemein nützlich sein wird.