Sagnac-Interferometer

kingcools · Anmeldungsdatum: 16.01.2011 Beiträge: 700

Hallo,

die Aufgabe im Anhang hatte ich zu bearbeiten (Abgabe war schon).
Zwar konnte ich sie rechnerisch lösen, verstehe aber eigentlich nicht, wieso die Lösung stimmt.

Zunächst ist ja der initiale Phasenunterschied nicht bekannt, daher nehme ich 0 an.
Nun nehme ich an, dass die Wellen vom selben Punkt ausgehen und in entgegengesetzte Richtungen propagieren. Ferner wird der Brechungsindex ignoriert, d.h. c = c_vakuum

Nun die Frage:
Wieso sollte es einen Phasenunterschied geben? Das Licht unabhängig von der Rotationsgeschwindigkeit der Glasfaser die Vakuumlichtgeschwindigkeit (da c konstant in allen Bezugssystemen). Es rotiert in dem Sinne nicht mit der Faser mit.
Also müssen sich die Lichtwellen doch nach der Hälfte (d.h. Pi*R) der Strecke treffen.
Dann gäbe es aber keinen Phasenunterschied.

In meinen Augen ist der Aufbau äquivalent mit Licht, dass ohne Anwesenheit der Glasfaser im Kreis propagiert. Offenkundig stimmt das aber nicht.
Wieso?

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5787 Wohnort: Heidelberg

Irgendwie verstehe ich Deine Frage nicht ganz, glaube ich.
Erstens gehst Du anscheinend von einem irgendwie extrem kurzen Lichtblitz aus, so wie ich Dich verstehe. Verwendet wird aber (üblicherweise) ein Laserstrahl oder eine andere Lichtquelle mit möglichst großer Koherränzlänge von vielleicht etlichen Kilometern, wie immer bei Interferenzexperimenten.
Zweitens ist das Licht ja in jeweils einer Glasfaser, das links rum in einer anderen als das rechts rum. Wie sollen das Licht dann nach einer halben Umdrehung interferieren, das kommt doch erst jeweils nach einer quasi vollen (plus/minus das Stück, um das die Anordnung weiter gedreht wurde) wieder raus?
Aber selbst das ist nicht ausschlaggebend. Die Frage ist, an welcher Stelle Du beide Lichtstrahlen auf den selben Detektor leitest und wie weit die beiden Lichtstrahlen sich in der Zwischenzeit ausgebreitet haben. Welche Interferenz davor statt findet oder nicht, ist egal. Lichtstrahlen beeinflussen sich ja nicht gegenseitig im Raum (sprich: es gilt das Superpositionsprinzip).

Also... vielleicht musst Du noch einmal etwas genauer sagen, wo Dein eigentliches Problem ist.

Gruß
Marco

Namenloser324 · Gast

Ich glaube ich verstehe die Aufgabe dann falsch.

Ich hatte den Aufbau so verstanden, dass durch eine wie auch immer gebaute Vorrichtung in der Glasfaser Lichtwellen sich in entgegengesetzte Richtungen ausbreiten. Dabei habe ich weiter angenommen, dass es sich nicht um ein Wellenpaket sondern um jeweils Wellen der Form E = E0 * cos(wt-kx) handelt. (x misst die zurückgelegte Strecke).

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5787 Wohnort: Heidelberg

Also ich verstehe das so:
Nach Auftrennen des Lichtstrahls wird jeweils ein Teil in eine Glasfaser eingekoppelt. Die beiden Glasfasern sind in einer Kreisschleife parallel gelegt und werden gemeinsam gedreht. Nach einem kompletten Kreis wird das Licht jeweils wieder ausgekoppelt. Danach wird die Phasenlage der beiden Teilwellen durch Interferenz bestimmt.

Gruß
Marco

Namenloser324 · Gast

So verstehe ich das ehrlich gesagt nicht.
Der Aufgabe entnehme ich, dass einfach Licht im Kreis propagiert und sich deshalb eine Phasenverschiebung ergeben soll.

So wie du es beschreibst und es scheinbar laut Wikipedia auch normalerweise verstanden wird ist die Sache klar. Dann rotiert ein Sender und Detektor mit, welcher dann natürlich während einer kompletten Runde des Lichts ein kleines Stück weitergerückt ist. Dann ist auch der Laufweg tatsächlich unterschiedlich für die Lichtwellen.

Dann folgende Frage:
Nehmen wir an von einem Punkt in einer Glasfaser (die zu einem geschlossenen Kreis gebogen sei) gehen zwei Wellen in entgegengesetzte Richtung aus. Sei nun der Brechungsindex n > 1. Dann entspricht die Lichtgeschwindigkeit im Glas nicht mehr der Vakuumslichtgeschwindigkeit.

Gibt es dann einen Einfluss der Drehbewegung des Glases auf das Licht?

Danke für deine Hilfe übrigens smile

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5787 Wohnort: Heidelberg

Namenloser324 · Gast

as_string · Moderator Anmeldungsdatum: 09.12.2005 Beiträge: 5787 Wohnort: Heidelberg

Hallo!

Nee, so genau weiß ich den Mechanismus da auch nicht...
Alles was ich da (noch) weiß ist, dass man es einfach so herleitet, dass man die Situation im Ruhesystem des Mediums betrachtet (Lichtausbreitung gemäß dem Brechungsindex/ den Brechungsindizes, das muss ja auch nicht isotrop sein und kann auch von der Polarisation des Lichts abhängen und so weiter, wie man es eben kennt...) und das dann in ein beliebiges Bezugsugssystem mittels Lorentz-Trafo transformieren. Das muss dann natürlich schon stimmen, wenn man die Brechungseffekte im Ruhesystem des brechenden Mediums schon glaubt, dann ist das mit dem Transformieren ja "geschenkt".
Aber ich kenne schon die genauen Mechanismen die zu der Lichtbrechung führen nicht so richtig. Letztlich wird man das alles mit QED beschreiben können und wenn man das kann, wird sicherlich auch klar, warum das in anderen Bezugssystemen dann so ist, wie es ist...

Vielleicht weiß da jemand anderes mehr drüber...?

Gruß
Marco

Namenloser324 · Gast

Hey, schade! Würde mich wirklich interessieren, wodurch der Mitnahmeeffekt entsteht. Würde mich freuen, falls das vielleicht jemand anderes wüsste smile

Ich · Anmeldungsdatum: 11.05.2006 Beiträge: 913 Wohnort: Mintraching

Da gibt's eigentlich nicht viel zu wissen. Wir kennen die Lichtgeschwindigkeit im ruhenden Medium, und der Rest ergibt sich über die LT. Ob die Geschwindigkeit sich über QED, Maxwell oder sonstwas ergibt ist völlig irrelevant. Das könnten genausogut Papierflieger sein, deren Geschwindigkeit transformiert sich auch nicht anders.