Markus Landry, Fachbereich Grundlagen Informatik Sensortechnik (GIS)

Am 14. Mai 2008 besuchte das HTW-Mobil die Gesamtschule Rastbachtal, um einer Schülergruppe Optik-Experimente vorzuführen. Der Besuch fand im Rahmen der vom 13. bis 16. Mai an dieser Schule stattfindenden „Naturwissenschaften-Projektwoche“ statt. Zwei wissenschaftliche Mitarbeiter, Dipl. Ing. (FH) Dominik Schön und Markus Landry, Techniker des Labors für Optische Mess- und Lasertechnik haben sich, in Absprache mit dem Leiter des Labors, Prof. Dr. Löffler-Mang, spontan bereit erklärt diese Optik-Experimente  vorzuführen.

Folgende Versuche wurden vorgeführt:

Linsen, Brennpunkt
Dominik Schön beginnt mit dem Vortrag „Linsen“. Er erklärt den Schülerinnen und Schülern welche verschiedenen Linsenformen es gibt und wo sie im alltäglichen Leben zur Anwendung kommen. An einem Versuch demonstriert Schön, wie der Strahlengang in einer Sammellinse verläuft und wie sich das projizierte Bild verändert, wenn man die Linse in den Brennpunkt bzw. vom Brennpunkt entfernt. Anhand einer Gleichung zeigt er, wie man den Brennpunkt einer Linse berechnen kann.

Prisma
Mit dem Versuchsaufbau zum Thema Prisma fährt Markus Landry fort. Lichtstrahlen treten an einer Seite in das Prisma ein und werden beim Durchgang durch das Prisma abgelenkt, der Fachbegriff dafür ist gebrochen. Da Licht unterschiedlicher Wellenlänge (Farbe) unterschiedlich stark gebrochen wird, kann man mit einem Prisma Licht verschiedener Farbe trennen. Anhand verschiedener Lichtquellen, können die Schülerinnen und Schüler verschiedene Spektren erzeugen.

Totalreflexion
Im zweiten Teil von Landry’s Experimenten, wird die Totalreflexion behandelt.
Die Totalreflexion ist ein optisches Phänomen, bei dem Licht an der Grenzfläche zweier Medien nicht gebrochen, sondern vollständig reflektiert wird. Totalreflexion tritt nur beim Übergang von optisch dichteren zum optisch dünnerem Medium auf.

Lichtwellenleiter, Glasfaser
Eine praktische Anwendung der Totalreflexion ist das nächste Thema von Markus Landry, der Lichtwellenleiter. Die Glasfaser besteht aus einem Faserkern mit hohem Brechungsindex und einem Fasermantel mit kleinerem Brechungsindex. Ein in den Kern hinreichend flach eingekoppelter Lichtstrahl wird an der Grenzfläche der beiden Materialien total reflektiert und gelangt so über einen oder mehrere Ausbreitungswege, so genannte Moden, bis ans Ende der Glasfaser. Die Schülerinnen und Schüler koppeln einen Laserstrahl in die Glasfaser ein und können beobachten, dass selbst bei stark gekrümmter Faser, das Licht im Lichtwellenleiter verbleibt.

Photodiode
Dominik Schön zeigt mit Hilfe einer Photodiode wie man Licht messen kann. Er erklärt den Aufbau, die Funktion und die Anwendungsgebiete einer Photodiode. Des Weiteren erklärt er ihnen anhand eines Diagramms, wie man von dem gemessenen Strom auf die Intensität einer Lichtquelle schließen kann. Die Schülerinnen und Schüler konnten anschließend, mit einer Photodiode, die Intensitäten von verschiedenen Lichtquellen messen.

Spektrometer
Alle bisher gezeigten Versuche und Experimente wurden abschließend von Landry und Schön in einem System zusammengefasst, dem Spektrometer:
Das Licht gelangt über optische Elemente (Linsen und Lichtleiter) zu einem spaltförmigen Lichteintritt. Die Ausrichtung des Spaltes stimmt mit der Ausrichtung der Furchen/Linien des Beugungsgitters überein. Die Beugung/Interferenz erzeugt das Spektrum.
Bildet man das erzeugte Spektrum auf einem Photo Diode Array ab, erhält man einen Polychromator. Mit diesem ist man in der Lage, sehr schnell (Sekundenbruchteile) das erzeugte Spektrum in entsprechende elektrische Information umzuwandeln. Die Schülerinnen und Schüler konnten verschiedene Lichtquellen (Neonlicht, Glühfadenlampe, LED, Laser…) qualifizieren.