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2026-02-09T03:16:14Z

Interferometer: hier ist kein englisch-deutsches Wörterbuch

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{{QS-Physik|Unerledigt=2012|Interferometrie und Interferometer}}

Mit '''Interferometrie''' werden alle Messmethoden bezeichnet, die die Überlagerung oder [[Interferenz (Physik)|Interferenz]] von [[Welle]]n nutzen, um zu messende [[Physikalische Größe|Größen]] zu bestimmen. Ihr sind daher alle Effekte zugänglich, die Wellen beeinflussen, und der Aufbau der erforderlichen Messgeräte, der '''Interferometer''', ist entsprechend vielfältig.

Grundsätzlich lässt sich mit jeder Art von [[Welle]], seien es Licht-, Schall-, Materie- oder gar [[Wasserwelle]]n, Interferenz erzeugen und somit auch Interferometrie betreiben.

== Interferometer ==
Ein Interferometer ist ein technisches Gerät, welches das Phänomen der [[Interferenz (Physik)|Interferenz]] (Überlagerungen von Wellen) für Präzisionsmessungen nutzt. Gemessen werden alle Effekte, die die effektive Weglänge der Wellen und damit Eigenschaften der überlagerten Welle ändern. Das Funktionsprinzip bei den optischen Interferometern ist im Prinzip immer gleich. Mindestens zwei Lichtbündel werden mithilfe von Spiegeln oder halbdurchlässigen Platten (sogenannten Strahlteilern) durch getrennte optische Bahnen geführt, am Wegende durch zusätzliche Spiegel reflektiert und am Ende wieder zusammengeführt. Ergebnis ist ein Interferenzmuster (Interferenzstreifen oder -ringe), dessen Form durch die Differenz der optischen Wege bestimmt wird, die die einzelnen Strahlen bis zur Vereinigung zurückgelegt haben.

[[File:Colored and monochrome fringes.png|thumb|225px|Interferenzstreifen in einem [[Michelson-Interferometer]]: (a) Weißlicht Interferenzstreifen, bei dem die beiden Strahlen eine unterschiedliche Zahl an [[Phasensprung|Phasensprüngen]] haben; (b) Weißlicht Interferenzstreifen, bei dem die beiden Strahlen die gleiche Zahl an Phasensprüngen haben; (c) Interferenzstreifen mit monochromatischem Licht ([[Natrium-D-Linie]]) ]]

Einsatzfelder sind die Längenmessung, die [[Brechungsindex]]messung, die Winkelmessung und die [[Spektroskopie]]. Weitere Anwendung finden Interferometer als Laser-Doppler-[[Vibrometer]], ein Messgerät zur Messung von Schwingungen. [[Laserinterferometer]] nutzen die Interferenz zur [[Entfernungsmessung]], [[Weißlichtinterferometer]] zur Formvermessung von Werkstücken. Ein weiteres Einsatzgebiet ist das [[FTIR-Spektrometer]], ein Messgerät für die [[Analytische Chemie|chemische Analyse]] von Materialien. Zur Untersuchung von Grenzflächenvorgängen wird die [[Kapillarwellenspektroskopie]] verwendet.

Einer der bekanntesten Versuche in der Geschichte ist das [[Michelson-Morley-Experiment]], das mithilfe eines Michelson-Interferometers nachwies, dass die [[Lichtgeschwindigkeit]] in jedem Bezugssystem gleich ist. Das Ergebnis dieses Experiments brachte die [[Äther (Physik)|Äthertheorie]] ins Wanken und war auch eine der grundlegenden Annahmen der später von [[Albert Einstein]] aufgestellten [[Spezielle Relativitätstheorie|speziellen Relativitätstheorie]]. Nach dem gleichen Prinzip versucht man mit einem modernen Michelson-Interferometer im [[GEO600]]-Projekt bei [[Hannover]] [[Gravitationswelle]]n nachzuweisen, was 2015 im [[LIGO|LIGO Observatorium]] gelang<ref>{{Literatur |Autor=LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration, B. P. Abbott, R. Abbott, T. D. Abbott, M. R. Abernathy |Titel=Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger |Sammelwerk=Physical Review Letters |Band=116 |Nummer=6 |Datum=2016-02-11 |DOI=10.1103/PhysRevLett.116.061102 |Seiten=061102 |Online=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.116.061102 |Abruf=2019-02-19}}</ref>.

Neben Interferometrie mit [[Lichtwelle]]n gibt es auch die [[Interferometric Synthetic Aperture Radar|Radarinterferometrie]] und [[Atominterferometer]], die die Welleneigenschaft von Teilchen gemäß dem [[Welle-Teilchen-Dualismus]] ausnutzen.

== Interferenz bei der optischen Abbildung ==
Systeme, die optisch abbilden, nutzen die Interferenz der an der Eingangsöffnung eintreffenden Lichtwellen, um ein [[Reelles Bild|reelles]] oder [[virtuelles Bild]] zu erzeugen. Das gilt für eine [[Linse (Optik)|Sammellinse]], die ein Bild projiziert, ebenso wie für ein Teleskop, dessen Okular ein virtuelles Bild ferner Gegenstände zeigt. Das wahrgenommene Bild stellt in diesem Sinne ein Interferogramm dar.

Die Überlagerung der Bildinformationen mehrerer Signale räumlich getrennt stehender Einzelinstrumente durch spezielle Einrichtungen ist ein häufig angewendetes Verfahren, um das [[Auflösungsvermögen]] von Instrumenten zu steigern. Das hat zur Folge, dass kleinere Details besser oder überhaupt erst abgebildet werden können. Beispiele dafür sind die Überlagerung des Teleskoplichts des [[Paranal-Observatorium#VLT Interferometer|Very Large Telescope]] im Interferometer-Modus oder das [[Sternwarte am purpurnen Berg#Yao’an|Optoelektronische Array der Sternwarte am purpurnen Berg]] in Südwestchina. Mit den vier oder sechs über aus Vakuumröhren bestehenden Lichtleitern verbundenen 1-m-Teleskopen am ''Center for High Angular Resolution Astronomy'' des [[Mount-Wilson-Observatorium]]s bei [[Los Angeles]] wird die Auflösung eines 330-m-Spiegels erreicht, also 50 mal besser als beim [[Hubble-Weltraumteleskop]].<ref>{{Internetquelle |autor=Eric Hand |url=https://www.nature.com/news/2010/100407/full/464820a.html |titel=Telescope arrays give fine view of stars |werk=nature.com |datum=2010-04-07 |abruf=2021-05-03 |sprache=en}}</ref>

Voraussetzung für eine erfolgreiche, das heißt stabile Interferenz ist, dass die Wellen [[Kohärenz (Physik)|kohärent]] überlagert werden. Das bedeutet, die Wege (Lauflängen) der von unterschiedlichen Teilen des Interferometers kommenden Lichtsignale dürfen sich nur um weniger als die [[Kohärenzlänge]] unterscheiden. Die Kohärenzlänge ist abhängig von der Wellenlänge und der spektralen Bandbreite (Filterbandbreite) des verwendeten Lichtes. Das Auflösungsvermögen eines optischen Interferometers wird vom Abstand der Teleskope bestimmt, die Lichtempfindlichkeit aber vom Teleskopdurchmesser. So haben die für die Beobachtung lichtschwacher Objekte in entfernten Galaxien genutzten Teleskope am VLT der [[Europäische Südsternwarte|Europäischen Südsternwarte]] einen Spiegeldurchmesser von 8,2 m. Das Optoelektronische Array der Sternwarte am purpurnen Berg dient dagegen der Überwachung von [[Erdnaher Asteroid|erdnahen Asteroiden]] und [[Weltraummüll]], weshalb dort relativ einfache 40/25-cm-Teleskope genügen. Anders als in Los Angeles oder auf dem [[Cerro Paranal]], wo das Licht über optische Systeme in das zentrale Labor geleitet wird, besitzen diese Fernrohre [[CCD-Sensor]]en, welche elektrische Signale liefern, die in einem Rechenzentrum überlagert werden.<ref name="inventur">{{Internetquelle |autor= |url=http://www.cams-cas.ac.cn/news/announcement/20160513002.pdf |titel=关于启动天文财政专项类别I观测设备运行绩效评估工作的通知 |werk=cams-cas.ac.cn |datum=2016-05-13 |abruf=2021-05-03 |seiten=6 |format=PDF; 2 MB |sprache=zh|offline=ja |archiv-url=https://web.archive.org/web/20230308144125/https://www.cams-cas.ac.cn/news/announcement/20160513002.pdf |archiv-datum=2023-03-08}}</ref><ref name="fertig">{{Internetquelle |autor= |url=http://www.pmo.cas.cn/xwzx/twkx/201106/t20110628_3295132.html |titel=紫金山天文台姚安观测站落成 |werk=pmo.cas.cn |datum=2011-06-28 |abruf=2021-05-03 |sprache=zh }}</ref>

== Interferenz in der Radioastronomie ==
Auch in der [[Radioastronomie]] werden die Signale der teilnehmenden [[Radioteleskop]]e mit [[Computer]]n rechnerisch überlagert. Bei dieser, „[[Very Long Baseline Interferometry|Langbasisinterferometrie]]“ oder „VLBI“ genannten Methode zeichnet man die vollständige Welleninformation – also die [[Amplitude]] des Signals abhängig von der Zeit – auf, die von mehreren, räumlich weit getrennten Antennen geliefert wird. Die Präzision der Zeitmessung hat dabei eine besondere Bedeutung. Nur bei hinreichend präziser Zeitmessung ist die [[Phase (Schwingung)|Phasenlage]] der Einzelsignale zueinander in den Daten enthalten, und die Interferenz kann im Computer berechnet werden. Auf diese Weise können sogar Radioteleskope auf verschiedenen Kontinenten zusammengeschaltet werden und so hochaufgelöste Bilder liefern. Mit VLBI können Radioquellen trotz weitaus größerer Wellenlängen als bei sichtbarem Licht in einer Auflösung abgebildet werden, die im sichtbaren Licht bisher nicht denkbar sind.

Eine andere Herangehensweise als bei VLBI mit seinen wenigen, weit voneinander entfernten und oft sehr großen Antennen wird bei radioastronomischen [[Interferometer (Radioastronomie)|Interferometern]] gewählt, wo viele kleinere Einzelantennen zu einer Gruppe zusammengefasst sind. Beispiele hierfür wären das [[Very Large Array]] des [[National Radio Astronomy Observatory|Nationalen Radioastronomischen Observatoriums]] in [[New Mexico]], das aus 27 Parabolantennen von jeweils 25 m Durchmesser besteht, oder das Interferometer des [[Astronomisches Observatorium Peking#Observatorium Miyun|Observatoriums Miyun]] bei [[Peking]] mit 32 Antennen von jeweils 9 m Durchmesser.

== Interferometertypen ==
Zweistrahlinterferometer
* [[Bath-Interferometer]]
* [[Jamin-Interferometer]]
* [[Mach-Zehnder-Interferometer]] und sein Vorläufer [[Jamin-Interferometer]]
* [[Michelson-Interferometer]]
** [[Twyman-Green-Interferometer]]
* [[Rayleigh-Interferometer]]
* [[Sagnac-Interferometer]]
* [[Weißlichtinterferometrie|Weißlichtinterferometer]]

Vielstrahlinterferometer
* [[Fabry-Pérot-Interferometer]]
* [[Fizeau-Interferometer]]

== Weitere interferometrische Messverfahren ==

* [[Atominterferometer]]
* Holografische Interferometrie (siehe Artikel [[Holografie]])
* [[Speckle-Interferometrie]] (''siehe auch:'' [[Speckle]])
* [[Speckle-Fotografie]] (hier spielt die Interferometrie nur bei der Entstehung der Speckles eine Rolle)
* [[Elektronische Specklemuster-Interferometrie]]
* [[Shearografie]]
* [[Konoskopische Holografie]]
* Interferometrische Spektroskopie (siehe [[FTIR-Spektrometer]])
* [[Phasenkontrastmikroskopie]]
* [[Phasenschiebeverfahren]] (werden bei verschiedenen Interferometertypen zur Phasenmessung eingesetzt)
* [[Intensitätsinterferometer]]
* [[Interferometric Synthetic Aperture Radar]]

== Literatur ==
* Parameswaran Hariharan: ''Basics of interferometry.'' Elsevier Acad. Press, Amsterdam 2007, ISBN 978-0-12-373589-8.
* W. H. Steel: ''Interferometry.'' Cambridge Univ. Pr., Cambridge 1983, ISBN 0-521-25320-9.
* Robert D. Reasenberg: ''Spaceborne interferometry.'' SPIE, Bellingham 1993, ISBN 0-8194-1183-3.
* C. Mattok: ''Targets for space-based interferometry.'' ESA Publ. Div., Noordwijk 1992, ISBN 92-9092-234-6.

== Weblinks ==

{{Wiktionary|Interferometer}}

* [http://www.lwl-kabel.ch/?goto=interferometrie_messung.asp Interferometrie-Messung bei Lichtwellenleiter]
* [[Dirk Lorenzen]]: [http://www.dradio.de/dlf/sendungen/forschak/1589033/ ''Vier kleine Teleskope simulieren ein großes.''] dradio Forschung Aktuell 26. Oktober 2011.

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Interferometrie| ]]
[[Kategorie:Beobachtungsmethode der Astronomie]]

Interferometrie - Versionsgeschichte

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