Als Specklemuster, Lichtgranulation oder Lasergranulation oder kurz Speckle werden die körnigen Interferenzphänomene bezeichnet, die sich bei kohärenter Beleuchtung etwa mit einem Laser optisch rauer Objektoberflächen (Unebenheiten in der Größenordnung der Wellenlänge) beobachten lassen. Am allereinfachsten beobachtet man Speckle, indem man mit einem Laser mit stark divergenten Strahl eine leicht unebne Wand bestrahlt. Dann erkennt man ein ganz feines Muster bestehend aus helleren und dunkleren Bereichen/Punkten.
Laser speckles durch Anleuchten der gegenüberliegenden Wand mit einem grünen 50-mW-Laserpointer:
Quelle: Von Simon A. Eugster – Eigenes Werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10209914
Die Bezeichnung Speckle, die sowohl für einen einzelnen Lichtfleck als auch für das gesamte Interferenzmuster steht, leitet sich von speckle (engl. Sprenkel, Tupfen, Flecken) ab.
Plausibel wird die Speckle-Entstehung, wenn die Unebenheiten der beleuchteten Oberfläche als Streuzentren betrachtet werden, von denen Kugelwellen unterschiedlicher Phase ausgehen, die im Fernfeld interferieren. Dabei entsteht eine räumliche Struktur mit zufällig verteilten Intensitätsminima und -maxima. Mit dem Auge betrachtet ergibt sich ein griseliges Bild lauter heller und dunkler Punkte. Bewegt man den Kopf, so ordnet sich alles neu.
Auf dieses Experiment bin ich hier gestoßen: https://www.nova-physics.com/product-page/speckle-et-interf%C3%A9rences-de-young
Man benötigt lediglich:
- 2 dickere Lichtleiterkabel
- einen Laser mit verstellbarer Optik
- eine Webcam ohne Objektiv
Der simple Aufbau:
Der divergente Laserstrahl erfasst die beiden Eintrittsöffnungen der zwei Lichtleiterkabeln. Diese biegt man dann ein wenig, damit das vorbeigehende Laserlicht die offene Kamera so wenig wie möglich stört. Gegebenenfalls muss man hier mit einer Lichtschutzblende arbeiten. Die beiden Austrittsöffnungen postiert man im Abstand von ca. 1 cm so, dass möglichst viel austretendes Licht den dahinter befindlichen Kamerasensor trifft. Zuvor muss man von der Webcam das Objektiv entfernen! Auch eine Webcam und zwar die Logitech 9000 Pro hatte ich zum Glück bereits mehrfach zuhause. Denn mit ihnen baue ich dank ihrer hohen Auflösung immer sehr gerne Spektroskope.
Von den beiden Austrittsöffnungen strahlen nun 2 Lichtkegel in den Raum. Auf einem bestimmten Ort auf dem Kamerasensor trifft nun Licht von beiden flächigen Öffnungen. Deren Phasen sind völlig unterschiedlich, da sich ja auch die Distanzen genauer Austrittsort – Kamerapixel ändern. So kann es sein, dass die Addition sämtlicher auftreffender Phasen zufällig eine einigermaßen konstruktive Interferenz ergibt. In diesem Fall wäre das Pixel hell. Es kann aber auch gut sein, dass sich sämtlichen Phasen in Summe fast vollständig aufheben, dann wäre das Pixel dunkel. Und so gilt es für sämtliche Pixel des Kamerasensors. Am Ende erhält man ein regelloses Hell-Dunkel-Muster, eben Speckle.
Zum Glück erinnerte ich mich daran, dass ich vor rund 20 Jahren für den Unterricht einen LEGO-Lichtleiterstein inkl. Lichtleiter beiseite legte. Diese Tat schien sich 2026 zu lohnen, denn genau solch dickere Lichtleiterkabel benötigte ich für den Versuch:
Hier die vom Objektiv befreite Webcam:
Als Laser verwendete ich einen roten 120 mW Laser:
Die beiden leicht gekrümmten Lichtleiterkabel, damit das direkte Laserlicht den Lichtsensor nicht zu stark beleuchtet!
Noch einmal der Kamerasensor, welcher zu den beiden Lichtleiterausgängen gerichtet ist:
Den Versuch selbst muss man natürlich in Dunkelheit durchführen! Hier die Ergebnisse:
Ein wie ich finde tolles Foto der beiden Lichleiterkabel. Da sage noch einer, nur LEGO UCS-Sets seien für Erwachsene 😉
Einige Schnappschüsse der Webcam:
Ausschnitt daraus:
Und ein Ausschnitt daraus:
Schaut ähnlich aus wie die Granulation auf der Sonnenoberfläche bzw. einem roten Riesen: https://stoppi-homemade-physics.de/sonne/
Das dazugehörige Youtube-Short reiche ich wie immer nach.
