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Artikel-Nr. VK-19008

Akustooptische Effekte (Ultraschall-Experimentierset 8)

Aufzeigen von Interaktionen zwischen einer mechanischen Welle und Licht, auch bekannt als akustooptische Effekte (AOM, Akustooptische Modulation)

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Lernziele

Dieses Set wurde für einige anspruchsvolle Experimente zusammengestellt, die sich mit den Interaktionen zwischen einer mechanischen Welle und Licht beschäftigen (den akustooptischen Effekten: AOM, Akustooptische Modulation).
Die Experimente fördern das Wissen und Verständnis der Ausbreitungseigenschaften sowohl mechanischer als auch elektromagnetischer Wellen. Es wird gezeigt, dass die Dichteänderungen, die durch die Kompression und Dilatation einer Ultraschallwelle entstehen, eine Änderung des Brechungsindexes des Mediums hervorrufen. Das entstehende Gitter verursacht die Beugung von Laserlicht. Darüber hinaus werden die Intensitätsmodulation und die Wellenlängenänderung von Laserlicht demonstriert.
In verschiedenen Experimenten werden die Beugungseigenschaften von Licht an stehenden und fortlaufenden Ultraschallwellen untersucht und gemessen. Die Schallgeschwindigkeit verschiedener Flüssigkeiten wird mit Hilfe der Variation der Interferenzmaxima des Laserlichts bei verschiedenen Ultraschallfrequenzen bestimmt (Resonanzzelle).
Mit einer Photodiode lassen sich die Amplitudenmodulation und die Phasenverschiebung von Laserlicht an einer stehenden Welle darstellen und mit einem Oszilloskop aufzeichnen. Die Frequenzänderung der Schallwelle beeinflusst die Amplitudenmodulation und erlaubt die Berechnung der Schallgeschwindigkeit des Mediums.
Der Unterschied der Beugung an stehenden und fortlaufenden Wellen wird mit Hilfe einer Absorbermatte, welche die Ausbildung stehender Ultraschallwellen in der Probenwanne verhindert, demonstriert.
An der fortlaufenden Ultraschallwelle kann eine durch den Dopplereffekt hervorgerufene Frequenzverschiebung des Laserlichts gemessen werden. Durch die Verwendung von Strahlteiler und Spiegeln werden unterschiedlich gebeugte Lichtanteile zur Interferenz gebracht. Die entstehenden Schwebungen werden mit dem Oszilloskop angezeigt und vermessen.
Dieses Experimentierset eignet sich sowohl für die Demonstration der akustooptischen Effekte und deren Anwendung in der Technik, als auch für die Durchführung interessanter Experimente im studentischen Praktikum für Fortgeschrittene aller naturwissenschaftlichen und technischen Fachrichtungen.

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