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Strahlversetzung

Optik, Strahlversatz,

1) axiale Bildversetzung, scheinbare Objektverschiebung, die man beobachtet, wenn ein Lichtstrahl eine Planparallelplatte durchdringt. Für die axiale Bildversetzung a einer Planparallelplatte der Dicke d und der Brechzahl n in Luft gilt:

Strahlversetzung

Bei mehreren Planparallelplatten hintereinander addieren sich die einzelnen axialen Bildversetzungen. Neben der axialen Bildversetzung beobachtet man eine Parallelversetzung v zwischen ein- und auslaufendem Lichtstrahl, die durch folgenden Zusammenhang beschrieben wird:

Strahlversetzung

a ist dabei der Einfallswinkel des Strahles. Aus diesen Betrachtungen folgt, dass eine Planparallelplatte, die bei konvergentem oder divergentem Strahlenbündel in einen Strahlengang eingefügt wird, die Abbildung erheblich beeinflussen kann (siehe Abb. 1).

2) die Beobachtung, dass bei der Totalreflexion an der Auftreffstelle A Lichtenergie aus dem optisch dünneren in das optisch dichtere Medium (n1 < n2) bis zur Tiefe von einigen Wellenlängen eindringt, dort als Oberflächenwelle weiterläuft, um an einer anderen Stelle B wieder vollständig in das dichtere Medium zurückzukehren (F. Goos und H.H. Hänchen). Die Strahlversetzung tritt um so deutlicher hervor, je schmaler das Strahlenbündel ist. Ist der elektrische Vektor der einfallenden Welle senkrecht zur Einfallsebene polarisiert, so gilt für die Verschiebung x:

Strahlversetzung

Dabei ist l die Wellenlänge, nrel = n1 / n2 < 1, und d wird senkrecht zur Strahlenrichtung gemessen. In der Nähe der Totalreflexion wird K = nrel/p und damit

Strahlversetzung

Wird a = 90°, so verschwindet x. Die Grösse K liegt zwischen 0,19 und 0,23, die Strahlverschiebung ist demnach von der Grössenordnung der Wellenlänge. Zur Verdeutlichung des Effektes benutzt man die mehrmalige Reflexion eines Bezugsstrahles an einer Metalloberfläche und eines Strahles am dünneren Medium in einer Glasplatte (siehe Abb. 2).

Strahlversetzung

Strahlversetzung 1: Axiale Bildversetzung a und Parallelversetzung v beim Strahldurchgang durch eine planparallele Platte der Dicke d mit Brechzahl n in Luft (a: Einfallswinkel).

Strahlversetzung

Strahlversetzung 2: Strahlversatz x bei der Totalreflexion (durchgezogene Linie: Bezugsstrahl, gestrichelte Linie: verschobener Strahl).

 

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