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  Autonom - Sensorik 1




Vielleicht haben Sie schon gewusst, dass Albert Einstein (1879 - 1955) den Nobelpreis weder für die spezielle, noch für die allgemeine Relativitätstheorie erhalten hat, sondern 1921 im Prinzip für die Entdeckung der Photonen und die Gleichung für deren Energie. Damit war etwas in der Wissenschaft angekommen, was z.B. für die heutige Lasertechnik von fundamentaler Bedeutung ist.

Was sind denn nun eigentlich Photonen? Als erste Antwort könnte man sagen, dass Licht sowohl als Welle wie auch als Teilchen entsendet wird, wobei man letztere als Photonen bezeichnet. Wie kann aber irgendein Phenomen so oder anders auftreten? Zunächst einmal muss klar sein, dass die Photonen deshalb so relativ spät entdeckt wurden, weil sie gemeinsam mit einem Lichtstrahl auftreten.

Nehmen Sie einen kleinen See, in der Mitte quer durch den ganzen See eine Trennwand schön verteilt mit senkrechten Schlitzen. Jetzt beginnen Sie auf der einen Seite des Sees zu plantschen. Dann können Sie sehr wahrscheinlich beobachten, wie sich die Wellen durch die Schlitze in den anderen Teil des Sees fortpflanzen. Dass es Wellen sind, erkennen sie daran, dass sich mit den Wellen des Nachbarschlitzes vereinigen, sich z.B. überlagern.

Am besten funktioniert das mit Öffnungen in der Trennwand in der Größe einer Wellenlänge. Dann ist die Ausbreitung seitlich besonders intensiv. Wenn sie hingegen Teilchen wie z.B. aus einer Schrottflinte auf die Trennwand prallen lassen, dann werden die Teilchen, die durch die Öffnungen hindurchkommen, geradeaus weiterfliegen und sich überhaupt nicht um die aus der Nachbaröffnung kümmern, geschweige denn mit denen ein gemeinsames Bewegungsmuster kreieren.

Eine Welle ist zwar in unserem Alltag oft an Teilchen gebunden, aber selbst nicht als solches anzusehen. Nehmen Sie die La-Ola-Welle im Stadion. Man kann besonders die beginnende Welle und ihre Fortpflanzung vielleicht verfolgen und dementsprechend dingfest machen, aber niemand hat sich wirklich durch das ganze Rund des Stadions bewegt.

Schwierig, bei einer La-Ola-Welle Frequenz und Intensität zu unterscheiden. Erstere zu erhöhen hieße, dass die Welle schneller um das Stadionrund kreisen müsste, sich die betreffenden Zuschauer öfter pro Zeiteinheit von ihren Plätzen erheben müssten. Und die Intensität? Ganz schwiergig. Vielleicht könnte man sagen, in einem Fall erheben sie sich nur ein wenig und im anderen Fall ganz und werfen auch noch ihre Arme in die Luft.

Licht als Welle hat also eine bestimmte Frequenz, auch Schwingungshäufigkeit genannt. Kennt man die, dann liegt damit auch die Wellenlänge fest. Die beiden hängen unmittelbar zusammen. Man kann die Wellenlänge beim Licht auch klar benennen, nämlich irgendwo zwischen 380 nm (violett) und 780 nm (rot), wobei erst eine Mio. Nanometer einem Millimeter entsprechen.

Darüber mit mehr als 780 nm kennen Sie gewiss schon die Infrarot- und darunter die Ultraviolettstrahlen. Vielleicht noch wichtiger mögen die Röntgenstrahlen unter 10 nm sein. Übrigens kann das menschliche Auge neben dem bisher erwähnten Licht auch das der Röntgenstrahlen ganz schwach wahrnehmen. Nach einem großen Zwischenraum kommen nach oben hin die Radarstrahlen über 1.000.000 nm = 1 mm. Die ist dann natürlich nicht sichtbar.

Man kann die Frequenz auch in Hertz angeben, als eine Schwingung pro Sekunde oder 60 pro Minute. Ein Motor, dessen Kurbewelle 6000/min dreht, arbeitet mit 100 Hz. Das sichtbare Licht ergibt sich dann von 7,5 · 1014 bis 4,3 · 1014. Man müsste insgesamt noch die bisher erwähnten elektromagnetischen von den Schallwellen unterscheiden, die im Gegensatz zu diesen nicht durch Vakuum geben.

Und dann ist da noch die Energie in Elektronenvolt, die proportional mit der Frequenz und umgekehrt proportional mit der Wellenlänge zunimmt. Die entsprechende Gleichung geht auf Max Plank, der als Begründer der Quantenphysik. Nennen wir sie vereinfacht eine Art Durchschlagskraft, die bei Röntgenstrahlung für die Anwendung als Sensor beim autonomen Fahren zu groß wäre. Es muss außer bei der Kamera reflektiert und dann das Ergebnis analysiert werden können.

Wir kommen zurück auf die Intensität. Die hatten wir bei der La-Ola-Welle von der Frequenz unterschieden. Für Licht bedeutet eine Veränderung der Frequenz eine andere Färbung, während sich die Intensität in der Helligkeit des Lichts widerspiegeln würde. Einstein konnte die Energie eines Photons erstmals berechnen, hat aber gleichzeitig festgestellt, dass sie nur von der Frequenz bzw. Wellenlänge, nicht aber von der Intensität abhängig ist.

Wie kommt nun Light Amplification by Stimulated Emission of R







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