Kurs:Optik/Qualität optischer Oberflächen: Laserpointer, Foucault-Probe und Ronchi-Test

Die Qualität einer Linse wird durch zwei Faktoren bestimmt: die Homogenität des Materials und die Genauigkeit der Oberfläche. Bei Spiegeloptiken spielt die Qualität des Glases eine untergeordnete Rolle, darf aber wegen der Wärmedehnung nicht ganz außer Acht gelassen werden. Mit einem Laserpointer können wir sehr einfache qualitative Untersuchungen machen, die Foucault-Probe wird uns imposante Ansichten liefern, und der Ronchi-Test ermöglicht quantitative Messungen.

Billige Linsen für geringe Anforderungen werden nicht geschliffen und poliert, sondern gepresst. Die entstehende Oberfläche ist in diesem Fall oft kleinräumig uneben, was mit einem Laserpointer gut sichtbar gemacht werden kann.

Exkurs

Was unterscheidet Laser von gewöhnlichen Lichtquellen?

Die auffälligste Eigenschaft aller Laser ist das monochromatische (einfarbige) Licht, das von ihnen abgegeben wird. Laserpointer leuchten stets rot, Laborlaser oft auch grün, und für industrielle Anwendungen wie Schneiden von Metall und anderen Materialien kommen häufig Infrarotlaser zum Einsatz. Hauptsächlich für wissenschaftliche und militärische Zwecke reicht die Spannbreite inzwischen bis in den Bereich der Röntgenstrahlung.

Dass dieses Licht tatsächlich monochromatisch ist, lässt sich mit einem Prisma oder Gitter leicht zeigen: Der Laserstrahl wird zwar abgelenkt, also gebrochen, jedoch nicht zu einem Spektrum dispergiert wie das Licht gewöhnlicher Quellen. Die Konzentration des Lichts auf einen sehr kleinen Fleck bleibt erhalten.

Daneben fällt auf: Die geringe, auf kleine Entfernungen nicht wahrnehmbare Streuung des Strahls. Wer sehen möchte, dass sie dennoch vorhanden ist, richte seinen Laserpointer auf einen mehrere hundert Meter entfernten Punkt und mache einen Spaziergang dort hin, um sich das Ergebnis aus der Nähe anzusehen. (Wenn du diesen Versuch mit einem guten Laborlaser machst, wird der Spaziergang entscheidend länger! Proviant für einige Tage und Biwak sind auf jeden Fall einzuplanen.) Diese geringe Streuung des Strahls wird als Konvergenz bezeichnet. (Hinweis für Mathematiker: Der Begriff wurde bei Euch entlehnt, bedeutet aber mitnichten dasselbe!)

Die Folgen der dritten entscheidenden Eigenschaft des Laserlichtes, der Kohärenz sind zwar in einigen Versuchen mit dem Auge direkt zu erkennen, aber nicht ohne Weiteres erklärbar. Die Deutung kann nur aus Versuchsergebnissen erschlossen werden, wie wir sie im Folgenden erhalten werden. Darauf werde ich deshalb erst am Ende dieser Versuchsreihe zurückkommen.

Exkursunterbrechung

Versuch N.1

Eine Linse mit kurzer Brennweite (Okular, Lupe, Fadenzähler) wird mit dem Laser durchleuchtet und der Lichtstrahl auf den ca. 0,5 bis 2 m entfernten Schirm projiziert. (Das geht auch mit Linsen größerer Brennweite, es ist dann jedoch eine entsprechend größere, schnell anwachsende Distanz zwischen Linse und Schirm erforderlich. Der entstehende Streufleck des Strahls sollte zehn bis zwanzig Zentimeter groß sein!) Es entsteht ein Lichtfleck, der uns ein stark vergrößertes 'Abbild' der winzigen Linsenfläche zeigt, die vom Laser durchstrahlt wird. Zunächst werden uns konzentrische dunkle Ringe auffallen. Diese rühren in der Regel von mikroskopisch kleinen Staubpartikeln auf der Linse und auf der Lichtaustrittsfläche der Laserdiode her, an denen das Licht gebeugt wird. Wenn wir die Linse nun mit einem weichen Tuch reinigen, werden weniger solcher Beugungserscheinungen auftreten (Wirklich sauber ist eine Linse wahrscheinlich nicht zu bekommen!). Wir konzentrieren uns nun auf das Aussehen des Lichtflecks auf dem Schirm. Eigentlich wäre zu erwarten, dass der gestreute Strahl die Fläche gleichmäßig ausleuchtet, was bei hochwertigen Linsen auch der Fall ist. Bei gepressten Linsen zeigt sich jedoch deutlich eine netzartige Struktur, die von geringfügigen Unebenheiten der Oberfläche her rührt (Foto).

!Foto: Presslinse!