wert VERSCHIEBUNG stehende Welle welle Reflexion Photon lambda

wellenauslöschung

Von: , Frage gestellt am Fr, 17. Nov 2000

hallo.

ich les da grad was über cd-wiedergabe.
da steht, daß ein land lambda/4 tiefer liegt als ein pit.
also legt der von einem land reflektierte strahl lambda/2 mehr zurück als der von einem pit reflektierte.
von einem pit reflektiertes licht wird also ausgelöscht.
so weit, so gut.
jetz steht aber auch da, daß eine auslöschung erfolgt, wenn die phasendifferenz eine halbe wellenlänge beträgt.
das wär doch aber dann bei einem land der fall. *???*

wie muß ich mir denn die reflexion vorstellen? nimmt die welle den verlauf, den sie auch ohne reflexion nehmen würd, nur in entgegengesetzte richtung, oder gibt's da auch schon ne phasenverschiebung?

wär dankbar für schnelle entwirrung.

gruß

michael

21 Antworten zu dieser Frage

1. Antwort von nach 3 Stunden hilfreich

   Re: wellenauslöschung

   hallo. Michael
   
   ich les da grad was über cd-wiedergabe.
   da steht, daß ein land lambda/4 tiefer liegt als ein pit.
   also legt der von einem land reflektierte strahl lambda/2 mehr
   zurück als der von einem pit reflektierte.
   von einem pit reflektiertes licht wird also ausgelöscht.
   so weit, so gut.
   jetz steht aber auch da, daß eine auslöschung erfolgt, wenn
   die phasendifferenz eine halbe wellenlänge beträgt.
   das wär doch aber dann bei einem land der fall. *???*
   So weit ich weiss, ist Lamda definiert als eine Wellenlänge. -also ist 1/2lamda = eine halbe Wellenlänge.
   wie muß ich mir denn die reflexion vorstellen? nimmt die welle
   den verlauf, den sie auch ohne reflexion nehmen würd, nur in
   entgegengesetzte richtung, oder gibt's da auch schon ne
   phasenverschiebung?
   Die Welle wird im idealfall eins zu eins reflektiert. Die Phasenverschiebung entsteht nur deshalb, weil die Welle zwei mal 1/4 lamda mehr zurücklegen muss. Diese Welle "vermischt" sich unweigerlich mit der anderen und so trift Wellenberg auf Wellental und umgekehrt.
   wär dankbar für schnelle entwirrung.
   
   gruß
   
   michael
   hoffe du bist jetzt entwirrt... :-)
   
   gurß uwe
   

   • Antwort von nach einem Tag hilfreich

     Re^2: wellenauslöschung

     hallo uwe.
     
     danke erstmal für die antwort. Die Welle wird im idealfall eins zu eins reflektiert. Die
     Phasenverschiebung entsteht nur deshalb, weil die Welle zwei
     mal 1/4 lamda mehr zurücklegen muss. Diese Welle "vermischt"
     sich unweigerlich mit der anderen und so trift Wellenberg auf
     Wellental und umgekehrt.
     die 2*lambda/4 legt sie doch aber bei der land-reflexion zurück. aber im buch steht, bei der reflexion von einem PIT wird die welle ausgelöscht. hoffe du bist jetzt entwirrt... :-)
     sorry :-) aber jetz bin ich genausoweit wie vorher.
     
     gruß
     
     michael
     

     • Antwort von nach einem Tag hilfreich

       Re^3: wellenauslöschung

       
       die 2*lambda/4 legt sie doch aber bei der land-reflexion
       zurück. aber im buch steht, bei der reflexion von einem PIT
       wird die welle ausgelöscht.
       Ich denke, die Welle löscht (wie es Jörg schon erklärt hat) sich nur lokal aus oder addiert sich. Die Wellen löschen sich nicht unmittelbar bei ihrer Reflexion aus, sondern auf dem Weg von der CD-Oberfläche bis zum laserempfindlichen Sensor am Laser. Man tut so, als verliefen die Wellen des lands und des pits nahezu parallel... was dann passiert -die Auslöschung/verstärkung- bei 1/2 lambda Phasenverschiebung kann man sich vorstellen... sorry :-) aber jetz bin ich genausoweit wie vorher.
       jetzt...?
       gruß
       uwe
       

2. Antwort von nach 8 Stunden hilfreich

   Re: schnelle Entwirrung

   hallo.
   
   ich les da grad was über cd-wiedergabe.
   da steht, daß ein land lambda/4 tiefer liegt als ein pit.
   also legt der von einem land reflektierte strahl lambda/2 mehr
   zurück als der von einem pit reflektierte.
   von einem pit reflektiertes licht wird also ausgelöscht.
   so weit, so gut.
   Stimmt nicht ganz. Der Laser strahlt mit konstanter Leistung auf die Oberfläche der CD. Diese Energie kann nicht einfach verschwinden. Da der focusierte Laserstrahl größer als ein Pit ist, entsteht eine Interferenz zwischen den von Lands und Pits reflektierten Wellen. Die Abtastoptik befindet sich im Fall einer solchen von Pits verursachten Interferenz im Intensitätsminimum. Das Licht wird eigentlich nicht ausgelöscht sondern nur anders verteilt. Bei den Lands gibt es keine Interferenz, also auch kein Minimum. jetz steht aber auch da, daß eine auslöschung erfolgt, wenn
   die phasendifferenz eine halbe wellenlänge beträgt.
   das wär doch aber dann bei einem land der fall. *???*
   Wieso das ???
   wie muß ich mir denn die reflexion vorstellen? nimmt die welle
   den verlauf, den sie auch ohne reflexion nehmen würd, nur in
   entgegengesetzte richtung, oder gibt's da auch schon ne
   phasenverschiebung?
   
   Ja, bei der Reflexion gibt es einen Phasensprung von 180°, das ist in diesem Fall aber unerheblich, weil die von Pits und Lands reflektierten Wellen den gleichen Phasensprung "erleiden".
   
   Jörg
   

   • Antwort von nach 21 Stunden hilfreich

     Energieerhaltung

     Hallo Jörg,
     kleine Frage zu deiner Antwort... Intensitätsminimum. Das Licht wird eigentlich nicht
     ausgelöscht sondern nur anders verteilt. Bei den Lands gibt es
     keine Interferenz, also auch kein Minimum.
     Ist es aber denn nicht so, dass sich theoretisch Wellen auslöschen können.
     Wie ist das mit dem Energieerhaltungssatz in Einklang zu bringen... Man könnte es doch so deuten, dass die Kräfte sich kompensieren (Wellenberg und Wellental), so als ob zwei Kräfte in entgegengesetzte Richtungen Wirken... obwohl es dann ja irgendwie einen unelastischen Stoß geben müsste. hmmm
     Energie kann ja eigentlich nicht so einfach verschwinden...
     Uwe
     

     • Antwort von nach einem Tag hilfreich

       Re: Energieerhaltung

       Hallo Uwe,
       hier eine Antwort zur Deiner Frage zu meiner Antwort... Intensitätsminimum. Das Licht wird eigentlich nicht
       ausgelöscht sondern nur anders verteilt. Bei den Lands gibt es
       keine Interferenz, also auch kein Minimum.
       Ist es aber denn nicht so, dass sich theoretisch Wellen
       auslöschen können.
       Wie ist das mit dem Energieerhaltungssatz in Einklang zu
       bringen...
       Ja, sie können sich auslöschen, aber nur lokal. Dafür gibt es andere Orte, an denen sich die Intensitäten addieren. Die Energie aller miteinander interferierender Lichtquellen findet sich dann in den Intensitätsmaxima wieder.
       Eine echte Auslöschung ist nur möglich, wenn es eine Rückwirkung der Lichtquellen aufeinander gibt. Das führt dann dazu, daß die Energie garnicht erst abgestrahlt werden kann oder die eingestrahlte Energie von der Lichtquelle wieder absorbiert wird und deshalb ebenfalls nicht verloren geht. Man könnte es doch so deuten, dass die Kräfte sich
       kompensieren (Wellenberg und Wellental), so als ob zwei Kräfte
       in entgegengesetzte Richtungen Wirken... obwohl es dann ja
       irgendwie einen unelastischen Stoß geben müsste. hmmm
       Energie kann ja eigentlich nicht so einfach verschwinden...
       Du darfst Dir das nicht als eindimensionalen Ort des Geschehens vorstellen. Die Wellen breiten sich im Raum aus und da gibt es immer Orte, an denen sich die Wellen auslöschen, weil sie dort mit 180° Phasenunterschied eintreffen. Dafür gibt es aber auch Orte, wo kein Phasenunterschied besteht, dort ist es dann eben hell. Das ergibt sich aus rein geometrischen Gründen.
       
       Jörg
       

       • Antwort von nach einem Tag 2 hilfreich

         Re^2: Energieerhaltung

         Ja, sie können sich auslöschen, aber nur lokal.
         Es gibt auch die Möglichkeit, daß sich zwei Lichtquanten unter scheinbarer Mißachtung des Energieerhaltungssatzes vollständig auslöschen. Wenn zwei Lichtquanten gleichzeitig von entgegengesetzeten Seiten in einen Raum eindringen, dann beginnen sie sich bei einer Phasenverschiebung von 180° gegenseitig auszulöschen, sobald sie sich beide vollständig im Raum befinden. Die Auslöschung nimmt zu, wird vollständig, wenn beide Photonen die Mitte des Raumes passieren und nimmt danach wieder ab, bis die Photonen den Raum auf der gegenüberliegenden Seite wieder Verlassen.
         
         Wenn wir den Raum für den Zaitraum, in dem sich die Photonen vollständig darin befinden als abgeschlossenes System betrachten, dann kommt bei empfindlichen Physikern langsam Panik auf, weil tatsächlich der Energieerhaltung verletzt wird. Abgebrühte Quantenmechaniker bleiben aber gelassen und rechnen erst einmal nach, was da tatsächlich abläuft:
         
         Die Auslöschung erfolgt nur solange sich beide Photonen vollständig im gedachten Raum befinden. Dies dauert nur so lange, wie die Photonen benötigen um einen Weg zurückzulegen, der ihrer eigenen Wellenlänge entspricht. Es gilt also Δt=f^-1.
         Bei vollständiger Auslöschung entspricht der Energieverlust Gesamtenergie beider Photonen. Es gilt also ΔE_max=2*h*f.
         Wenn wir das Zeitintervall mit dem maximalen Energieverlust multiplizieren erhalten wir Δt*ΔE_max=2*h.
         
         Diese Gleichung kommt uns irgendwie bekannt vor. Richtig, sie erinnert an die Heisenbergsche Unschärferelation ΔE*Δt>h/(2*π). Zwar ist der maximale Energieverlust um den Faktor 4π zu groß, aber die Photonen löschen sich auch nicht während der gesamten Zeit Δt vollständig aus. Vielmehr beschränkt sich die vollständige Auslöschung nur auf den unendlich kurzen Augenblick, in dem beide Photonen deckungsgleich übereinander liegen. Der durchschnittliche Energieverlust während der Gesamtzeit Δt ist also viel geringer. Wenn der Quantenmechaniker mit seiner Vermutung recht behält, daß der Wert unterhalb von h/(2π) liegt, wäre die Welt auch für den empfindlichen Physiker wieder in Ordnung. Leider bin ich mit der Berechnung dieses Betrages überfordert.
         
         Kann jemand ausrechnen, wie groß der maximale Wert für
         Δt*ΔE werden kann, wenn zwei Photonen frontal aufeinanderstoßen? Ich vermute, er liegt genau bei h/(2π).
         

         • Antwort von nach einem Tag hilfreich

           Re^3: Energieerhaltung

           Ja, sie können sich auslöschen, aber nur lokal.
           Es gibt auch die Möglichkeit, daß sich zwei Lichtquanten unter
           scheinbarer Mißachtung des Energieerhaltungssatzes vollständig
           auslöschen. Wenn zwei Lichtquanten gleichzeitig von
           entgegengesetzeten Seiten in einen Raum eindringen, dann
           beginnen sie sich bei einer Phasenverschiebung von 180°
           gegenseitig auszulöschen, sobald sie sich beide vollständig im
           Raum befinden. Die Auslöschung nimmt zu, wird vollständig,
           wenn beide Photonen die Mitte des Raumes passieren und nimmt
           danach wieder ab, bis die Photonen den Raum auf der
           gegenüberliegenden Seite wieder Verlassen.
           Verstehe ich nicht, wenn zwei Wellen aus entgegengesetzter Richtung aufeinandertreffen, können sie sich doch eigentlich nicht auslöschen. Es kann doch nur eine stehende Welle entstehen. Was ein "stehendes Lichtquant" bedeutet, ist mir dann allerdings auch nicht klar. Bei der stehenden Welle ist die Energie aber zu jedem Zeitpunkt als Summe von elektrischer und magnetischer Feldenergie konstant, auch wenn die Momentanwerte beider Komponenten jeweils abwechselnd einen Nulldurchgang haben.
           Wenn wir den Raum für den Zaitraum, in dem sich die Photonen
           vollständig darin befinden als abgeschlossenes System
           betrachten, dann kommt bei empfindlichen Physikern langsam
           Panik auf, weil tatsächlich der Energieerhaltung verletzt
           wird. Abgebrühte Quantenmechaniker bleiben aber gelassen und
           rechnen erst einmal nach, was da tatsächlich abläuft:
           
           Die Auslöschung erfolgt nur solange sich beide Photonen
           vollständig im gedachten Raum befinden. Dies dauert nur so
           lange, wie die Photonen benötigen um einen Weg zurückzulegen,
           der ihrer eigenen Wellenlänge entspricht. Es gilt also
           ?t=f^-1.
           Bei vollständiger Auslöschung entspricht der Energieverlust
           Gesamtenergie beider Photonen. Es gilt also
           ?E_max=2*h*f.
           heißt das, daß ein Photon nur eine Wellenlänge lang ist, also nur aus einer Sinusperiode besteht ? Wie kann man ihm dann überhaupt noch eine Frequenz zuordnen ? Das Frequenzspektrum einer einzelnen Sinusperiode ist doch sehr breit.
           Dies soll übrigens eine meiner nächsten Fragen im Forum werden: Wie lang ist ein Photon und wie verteilt sich die Energie auf Länge, Breite und Amplitude ?
           Das muß ich aber erst noch ausformulieren.
           
           Jörg
           

           • Antwort von nach 2 Tagen 2 hilfreich

             Re^4: Energieerhaltung

             Bei der stehenden Welle ist
             die Energie aber zu jedem Zeitpunkt als Summe von elektrischer
             und magnetischer Feldenergie konstant, auch wenn die
             Momentanwerte beider Komponenten jeweils abwechselnd einen
             Nulldurchgang haben.
             Der Witz ist ja, daß sowohl die elektrische, als auch die magnetische Feldstärke beider Photonen in dem Augenblick umgekehrt gleich groß sein können, in dem sie deckungsgleich übereinander liegen. Damit wäre die gesamte Feldenergie Null. heißt das, daß ein Photon nur eine Wellenlänge lang ist
             Das kann man ausrechnen: Das Photon kann sich wegen der Begrenzung der Lichtgeschwindigkeit nicht beliebig weit in den Raum ausdehnen. Es kann nicht länger sein, als der Weg, den es im Zeitraum seiner Entstehung zurücklegt. Nehmen wir an, wir stellen ein Photon der Energie E=h*f her, so können wir mit Hilfe der Zeit-Energie-Unschärfe (ΔE*Δt>=h) die dafür nötige Zeit abschätzen: Δt=1/f. Der Weg, den das Licht in dieser Zeit zurücklegt beträgt s=c/f und das ist exakt die Wellenlänge des Photons.
             
             Viel interessanter wäre aber die Frage, wie das Photon tatsächlich aussieht. Infolge der Ort-Impuls-Unschärfe kann man natürlich keine konkrete Form angeben, aber eine Aufenthalswahrscheinlichkeit, wie man sie von Atomorbitalen kennt, müßte man schon berechnen können.
             

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