Laserpointer

Wissenschaft Physik
#1

Hallo,
Ich stelle mir gerade folgende Frage: Mal angenommen man richtet 10 Laserpointer auf den gleichen Punkt (z.b. ein Gegenstand)

-Welcher Leistung entspricht das dann an der Stelle?
Das es nicht die 10 Fache Leistung sein wird ist mir klar. Phasenlage und Inteferenz sind mir schon ein wenig aus der Akustik geläufig. Ich schätze das es wohl so ca. die 5 Fache Leistung sein wird. Es sei denn man würde die Laser mit irgend einer Apperatur so einspannen das sie genau Phasengleich am Ziel ankommen dann dürfte es vielleicht sogar die Zehnfache Leistung sein. Oder?

-Eine ganz andere Frage: Was würde passieren wenn sich der Strahl eines UV-Lasers und der eines Infrarot-Lasers in der Luft genau überkreuzen oder aber sich z.b. auf einer Fläche treffen? Ist das an der Stelle dann sogar sichtbares Licht? Ich meine das es an genau der Stelle vielleicht Rot, Grün oder Blau leuchtet. Oder war das eine Schnapsidee?

#2

Hallo!

Ich stelle mir gerade folgende Frage: Mal angenommen man
richtet 10 Laserpointer auf den gleichen Punkt (z.b. ein
Gegenstand)

-Welcher Leistung entspricht das dann an der Stelle?
Das es nicht die 10 Fache Leistung sein wird ist mir klar.

Mir nicht. Ich denke, dass es tatsächlich die 10fache Leistung ist.

Phasenlage und Inteferenz sind mir schon ein wenig aus der
Akustik geläufig. Ich schätze das es wohl so ca. die 5 Fache
Leistung sein wird. Es sei denn man würde die Laser mit irgend
einer Apperatur so einspannen das sie genau Phasengleich am
Ziel ankommen dann dürfte es vielleicht sogar die Zehnfache
Leistung sein. Oder?

Das Stichwort lautet Kohärenz. Damit es überhaupt zu Interferenzerscheinungen kommen kann, muss es eine feste Phasenbeziehung der interferrierenden Wellen geben. Das ist bei zwei Lasern (auch derselben Wellenlänge) in der Regel nicht der Fall. Deswegen wird Laserlicht aus zwei verschiedenen Lasern sich größtenteils ohne Interferenz überlagern und dann gilt Gesamtintensität = Summe der Einzelintensitäten.

Falls man es doch hinkriegen würde, dass alle Laser kohärent strahlen, dann würde man dort, wo sie konstruktiv interferrieren nicht die 10fache Intensität haben, sondern die 10fache Amplitude. Das entspricht der 100fachen Intensität (da Intensität das Quadrat der Amplitude ist).

-Eine ganz andere Frage: Was würde passieren wenn sich der
Strahl eines UV-Lasers und der eines Infrarot-Lasers in der
Luft genau überkreuzen oder aber sich z.b. auf einer Fläche
treffen?

Nichts. Lichtwellen durchdringen sich, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen.

Ist das an der Stelle dann sogar sichtbares Licht?
Ich meine das es an genau der Stelle vielleicht Rot, Grün oder
Blau leuchtet. Oder war das eine Schnapsidee?

Schnapsidee. Zwischen UV und IR liegt ungefähr Faktor 3 in der Frequenz. In einer Periode der IR-Welle haben also drei Perioden von UV-Licht „Platz“.

Michael

#3

Hallo,

Wenn die Laserpointer phasengleich einwirken, ist die einwirkende Lichtleistung „Einzelleistung x Wurzel aus 10“
analog der Lichtleistung, die bei 4 gleichen Lichtquellen aus gleicher Entfernung „Einzelleistung x Wurzel 4“ - also doppelt - ist.

Gruß
von Julius

#4

Falsch!
Hallo!

Wenn die Laserpointer phasengleich einwirken, ist die
einwirkende Lichtleistung „Einzelleistung x Wurzel aus 10“

„… Einzelleistung mal 10 im Quadrat“ muss es stattdessen heißen.

analog der Lichtleistung, die bei 4 gleichen Lichtquellen aus
gleicher Entfernung „Einzelleistung x Wurzel 4“ - also doppelt

  • ist.

16fach muss es stattdessen heißen.

Die Energieflussdichte wird durch den Poynting-Vektor S ausgedrückt. Es gilt:

S = E × H

Da die magnetischen Feldstärke bei der ebenenen EM-Welle genau senkrecht zur elektrischen Feldstärke ist und ihr direkt proportional ist, kann man auch schreiben:

S = const. * E²

Bei der Interferenz werden die Amplituden - also letztlich die Feldstärkevektoren - addiert. Die Energieflussdichte (= Intensität) ist damit proportional zum Quadrat (und nicht zur Wurzel) der Vektorsumme der Amplituden.

Michael

#5

Moin,

Die Energieflussdichte wird durch den Poynting-Vektor S
ausgedrückt. Es gilt:

S = E × H

genau,

Da die magnetischen Feldstärke bei der ebenenen EM-Welle genau
senkrecht zur elektrischen Feldstärke ist und ihr direkt
proportional ist, kann man auch schreiben:

Das nicht. Wenn man’s genau macht, dann richtig :smile:. Die obige Aussage ist richtig für die zeitlichen Mittelwerte aber nicht die oben zitierte vektorielle, zeitabhängige Form. Die beiden sind genau 90° phasenverschoben - schon rein aus Energieerhaltungsgründen. Für die Beträge gilt im zeitlichen Mittel dann natürlich wieder das, was Du hier schreibst:

S = const. * E²

Gruß,
Ingo

#6

Nichts. Lichtwellen durchdringen sich, ohne sich gegenseitig
zu beeinflussen.
Schnapsidee. Zwischen UV und IR liegt ungefähr Faktor 3 in der
Frequenz. In einer Periode der IR-Welle haben also drei
Perioden von UV-Licht „Platz“.

Michael

O.k. Vielen dank für die Antworten. Wie man merkt kenne ich mich damit nicht aus und mein Gedankengang war eben die Lichtfarben würden sich vielleicht irgendwie „mischen“ So als wenn man eine Rote und eine Blaue Lampe auf die selbe Fläche leuchten lässt.

Zwei Laserstrahlen (z.b. IR und UV) die sich überkreuzen und genau an der Stelle entsteht dann sichtbares Licht. Das wäre eine Coole Idee für einen 3D Bildschirm gewesen :wink: Naja, Schnapsidee halt.
Grüsse,
Christian

#7

Hallo Ingo!

Da die magnetischen Feldstärke bei der ebenenen EM-Welle genau
senkrecht zur elektrischen Feldstärke ist und ihr direkt
proportional ist, kann man auch schreiben:

Das nicht. Wenn man’s genau macht, dann richtig :smile:.

Eben.

Die obige
Aussage ist richtig für die zeitlichen Mittelwerte aber nicht
die oben zitierte vektorielle, zeitabhängige Form. Die beiden
sind genau 90° phasenverschoben - schon rein aus
Energieerhaltungsgründen.

Sind sie nicht! Hierzu Wikipedia:

"Die magnetische Flussdichte in der elektromagnetischen Welle steht also ebenfalls senkrecht zur Propagationsrichtung und auch senkrecht zum elektrischen Feld. Weiters sind ihre Amplituden proportional zueinander:

E0 = c B0"

(http://de.wikipedia.org/wiki/Elektromagnetische_Welle)

Vielleicht hast Du das mit dem Nahfeld des Hertzschen Dipols verwechselt, wo tatsächlich ein Phasenunterschied von π/2 zwischen E- und B-Feld auftritt. Je weiter man sich vom Dipol entfernt, d. h. je eher eine unendlich weit entfernte punktförmige Strahlungsquelle eine gute Näherung ist, umso geringer wird der Phasenunterschied, bis er bei der idealen ebenen Welle ganz verschwindet.

Einen Phasenunterschied von π/2 tritt außerdem bei stehenden elektromagnetischen Wellen auf. Das liegt aber daran, dass ein Spiegel für das E-Feld ein festes Ende und für das B-Feld ein freies Ende darstellt.

Michael

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#8

Moin Michael,

ich habe noch 'mal genau nachgelesen. Du hast Recht. Ich hatte dieses Bild vor Augen:

Einen Phasenunterschied von π/2 tritt außerdem bei stehenden
elektromagnetischen Wellen auf. Das liegt aber daran, dass ein
Spiegel für das E-Feld ein festes Ende und für das B-Feld ein
freies Ende darstellt.

Dank & Gruß,
Ingo

#9

Hallo Christian!

mein Gedankengang war eben die
Lichtfarben würden sich vielleicht irgendwie „mischen“ So als
wenn man eine Rote und eine Blaue Lampe auf die selbe Fläche
leuchten lässt.

Dich interessiert bestimmt (unterstell ich Dir jetzt einfach), warum das bei farbigem Licht geht und bei unsichtbarem nicht.
Die Lösung ist nicht physikalisch, sondern biologisch / wahrnehmungspsychologisch:

Wir haben auf unserer Netzhaut drei Typen von Zapfen, die für das Farbsehen verantwortlich sind. Diese werden jeweils bei einer anderen Wellenlänge besonders stark angeregt: Der S-Typ bei 420 nm (blaues Licht), der M-Typ bei 534 nm (grün-gelbes Licht) und der L-Typ bei 564 nm (rot-orange Licht), vgl. http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Cone….
Mehr gibt’s da nicht.
Wenn nun monochromatisches gelbes Licht (Wellenlänge ca. 550 nm) auf unsere Netzhaut trifft, dann feuern (d.h. senden Signale) die L- und M-Zapfen etwa gleich stark. Unser Gehirn interpretiert dieses Signal dann als „gelb“, das hat es so gelernt.
Wenn nun aber sowohl rotes Licht von 625 nm als auch grünes Licht von 500 nm auf unserer Netzhaut einfallen, dann zeigen die Zapfen dieselbe Reaktion: M- und L-Typ feuern gleich stark. Im Gehirn landet die Information „gelb“. Die Zapfen gaukeln uns somit vor, dass hier gelbes Licht zu sehen sei, obwohl physikalisch überhaupt kein gelbes Licht vorhanden ist.
Bei UV- und IR-Licht feuern unsere Zapfen jedoch überhaupt nicht, sodass dort auch keine Interpretation im Gehirn erfolgt (außer „dunkel“). Schon gar nicht eine, die mit irgendeiner sichtbaren Farbe (und das bedeutet ja, dass irgendwelche Zapfen feuern) übereinstimmt.

Liebe Grüße
Immo

P.S. Wenn Du Dich jetzt fragst, warum rot und blau zusammen wie lila wirken, dann schau Dir noch einmal genau die verlinkte Datei an. Dort erkennst Du in der Absorptionskurve der L-Zapfen ein zweites, schwaches Maximum bei 400 nm (violett). Wenn nun L- und S-Zapfen gleich stark feuern, ist die einzige Interpretation, die dem Gehirn übrig bleibt, eben diese Wellenlänge von 400 nm = Information „violett“. Da jedoch rot bei gleicher Lichtintensität deutlich stärker feuert, geht die Wahrnehmung eher in Richtung rot, zu einer im Lichtspektrum nicht vorhandenen Mischfarbe „rotviolett“.

#10

Parabolspiegel?
Was soll anders sein, als bei einem bündelnden Parabolpsiegel?