Mehrspaltanordnungen

Mehrspaltanordnungen bezeichnen optische Systeme, in denen mehrere Spalte oder Öffnungen in einer Barriere angeordnet sind. Wenn kohärentes Licht durch alle Spalte tritt, überlagern sich die Beiträge der einzelnen Spalte phasenabhängig. Dieses Interferenzmuster führt zu einer Folge heller und dunkler Streifen bzw. zu einem charakteristischen Beugungsbild, dessen Form von der Anzahl der Spalte, deren Abstand und der Spaltbreite abhängt.

Bei N Spalten mit gleicher Breite a und gleichmäßigem Abstand d gilt die Bedingung für die Hauptmaxima der Interferenz: d sin θ = m λ, wobei m eine Ganzzahl ist. Die Intensitäten der Hauptmaxima wachsen proportional zu N^2, und die Winkelpositionen der Maxima bilden die Ordnungen m. Zwischen den Maxima wird das Muster durch die Beugung der einzelnen Spalte begrenzt, die durch die Spaltbreite a bestimmt wird. Die Gesamtintensität ergibt sich oft als Produkt von Interferenz- und Beugungsfaktoren: I(θ) ∝ [sin(β)/β]^2 [sin(N δ/2)/sin(δ/2)]^2, wobei β = π a sin θ / λ und δ = 2π d sin θ / λ.

Mehrspaltanordnungen finden breite Anwendung in der Spektroskopie, Spektrometrie und in Lehrversuchen, wo das Phänomen der Interferenz demonstriert wird. Durch Variation von N, d und a lassen sich Muster vergrößern, verschieben oder dämpfen, wodurch sich Wellenlängen erkennen oder messen lassen. Höhere Ordnungen ermöglichen genauere Analysen, erfordern aber kohärentes Licht und saubere, gleichmäßige Spalte.

Historisch bildeten Youngs Doppelspaltversuch und die Entwicklung der Fraunhofer-Beugung die Grundlage für das Verständnis der Interferenz und führten zur Technik der Beugungsgitter.