Die Beugungsordnung ist ein Begriff aus der Physik, insbesondere in der Wellenoptik und bei der Beugung von Licht. Sie bezeichnet die verschiedenen Winkel, unter denen Beugungsmaxima (helle Streifen oder Punkte) auf einem Schirm entstehen, wenn Licht auf ein Gitter (zum Beispiel ein optisches Beugungsgitter oder auch Spaltgitter) trifft. Diese Beugungsmaxima sind die Ergebnisse der Interferenz der gebeugten Lichtwellen.
Vorstellung der Beugungsordnung
Um die Beugungsordnung besser zu verstehen, kannst du dir folgendes Experiment vorstellen:
1. Licht trifft auf ein Gitter: Stell dir vor, du hast eine Lichtquelle (wie einen Laser), die auf ein Gitter (eine Struktur mit vielen parallelen Spalten oder Linien) scheint. Wenn das Licht auf dieses Gitter trifft, wird es an den Spalten gebeugt und die einzelnen Wellenfronten überlagern sich miteinander.
2. Interferenz und Beugungsmaxima: Durch die Überlagerung der Lichtwellen entstehen an bestimmten Winkeln konstruktive Interferenzen, die als helle Punkte oder Streifen (die sogenannten Beugungsmaxima) auf einem Schirm erscheinen.
3. Ordnung der Maxima: Das erste helle Maximum (also die Beugungsordnung) direkt neben dem Zentrum wird als erste Beugungsordnung bezeichnet, das nächste als zweite Beugungsordnung , und so weiter. Das zentrale Maximum (ungebeugt, gerade durch den Mittelpunkt) wird oft als nullte Ordnung bezeichnet.
Berechnung der Beugungswinkel
Für ein Gitter lässt sich der Winkel der -ten Beugungsordnung durch die Gittergleichung berechnen:
d*sin(0)= n* (Wellenlänge)
• d ist der Gitterabstand (also der Abstand zwischen zwei benachbarten Spalten im Gitter).
• 0 ist der Winkel, unter dem das Maximum der Ordnung erscheint.
• n ist die Beugungsordnung (ein ganzzahliger Wert ).
Je größer ist, desto weiter liegt das Maximum vom Zentrum entfernt. Für jede Wellenlänge und jede Beugungsordnung gibt es bestimmte Winkel, unter denen Maxima auftreten können.
Beispiel zur Veranschaulichung
• Wenn du mit rotem Laserlicht (mit einer Wellenlänge von etwa 650 nm) auf ein Gitter mit einem sehr kleinen Gitterabstand leuchtest, wirst du auf einem Schirm verschiedene helle Punkte sehen:
• Das helle Zentrum (Beugungsordnung n=0 ).
• Die ersten Beugungsmaxima rechts und links davon (erste Beugungsordnung n=1).
• Weiter außen siehst du dann die zweiten Maxima (zweite Beugungsordnung n=2), und so weiter.
Mit steigender Beugungsordnung wird der Abstand der Maxima vom Zentrum größer, aber auch die Intensität der Maxima nimmt in der Regel ab.
Wozu ist die Beugungsordnung n nützlich?
Die Beugungsordnung ist wichtig für Anwendungen, die die Wellenlänge oder die Struktur des Lichts analysieren, wie zum Beispiel in Spektrometern. Dort kann man durch die Messung der Winkel der verschiedenen Beugungsordnungen auf die Wellenlänge des Lichts schließen, was unter anderem zur Analyse von Lichtquellen oder zur Bestimmung von Stoffzusammensetzungen genutzt wird.