Phasenprinzip

Das Phasenprinzip bezeichnet ein grundlegendes Konzept in der Wellenlehre und Signalverarbeitung, wonach die Phasenlage von Wellen oder Oszillationen den Verlauf von Überlagerungen maßgeblich bestimmt. Die Phase gibt an, wie weit eine periodische Größe im Zeitpunkt t gegenüber einem Referenzzeitpunkt verschoben ist. Für eine einzelne harmonische Komponente lässt sich eine Welle schreiben als A cos(ωt+φ). Die Phase gibt an, wie weit eine periodische Größe im Zeitpunkt t gegenüber einem Referenzzeitpunkt verschoben ist. Die relative Phase zweier Wellen beeinflusst das Interferenzmuster.

Wird die Phasenlage zweier Wellen gleicher Frequenz durch Δφ festgelegt, so führt dies zu konstruktiver Interferenz bei Δφ ≡ 0 mod 2π oder zu destruktiver Interferenz bei Δφ ≡ π mod 2π. Messbar ist oft die Phasenverschiebung Δφ, die sich aus Pfadlängenunterschieden ΔL ergibt: Δφ = (2π/λ) ΔL. In breiter Bandbreite kann die Phase auch als komplexe Größe beschrieben werden, etwa als Argument der komplexen Fourierkoeffizienten.

Anwendungen umfassen Interferometrie, Holographie, Metrologie, optische Kohärenztomographie, Radioastronomie, Signalverarbeitung und Regelungstechnik wie Phasenregelkreise (PLL). In der Praxis werden Phasenmesser durch Phasenmessung, Phasen-sensitive Detektion oder Phasenlockung realisiert. Das Prinzip ist grundlegend für die Rekonstruktion zeitlicher Signale aus spektralen Bestandteilen.

Daraus ergeben sich auch Einschränkungen: Phasen sind modulo 2π definiert, es besteht Ambiguität bei Phasensprüngen; Messungen sind durch Rauschen beeinträchtigt; bei nicht kohärenter Abtastung kann die Phasinformation verloren gehen. Historisch entwickelte sich das Phasenprinzip aus der Wellentheorie und den Interferenzexperimenten im 19. und 20. Jahrhundert.