Erklärung für negativen Brechungsindex

Wissenschaft Physik
#1

Hallo,
wie kann man sich denn das erklären, dass Licht über das Einfallslot hinaus gebrochen wird?

Wenn man sich das mit den Elementarwellen vorstellen will (Huygenssches Prinzip), dann kann ja da das Licht nie über das Einfallslot gebrochen werden, weil die Elementarwellen, die später angeregt werden, die vorherigen ja nie überholen können, aufgrund gleicher Geschwindigkeit.

Hier liest man von künstlichen Materialien (http://www.wissenschaft.de/wissenschaft/news/204023). Da muss wohl irgendwie die Brechzahl von unten noch oben sinken, damit die oberen Elementarwellen die unteren überholen.
Das würde doch aber dann nur in eine Richtung funktionieren und der Effekt wäre nur für bestimmte Einfallswinkel zu sehen, also wäre es nicht egal, wie man das Werkstück beleuchtet.

Hier liest man von natürlichen Stoffen (http://www.pro-physik.de/Phy/leadArticle.do?laid=9220). Wie geht das denn hier?
Geht das auch nur in eine Richtung. Und was ich aus dem Text rauslese ist, dass auch planare Platten als Linse dienen können, weil man sozusagen die Linse auf die Platte gemacht hat, anstatt sie zu schleifen.

Vielen Dank für anschauliche Erklärungen
Tim

#2

Hallo,

Wenn man sich das mit den Elementarwellen vorstellen will
(Huygenssches Prinzip), dann kann ja da das Licht nie über das
Einfallslot gebrochen werden, weil die Elementarwellen, die
später angeregt werden, die vorherigen ja nie überholen
können, aufgrund gleicher Geschwindigkeit.

Das brauchen sie auch nicht, da die Elementarwellen im negativen Material ja rückwärts, d.h. von beiden Seiten auf die Grenzfläche zu laufen. Aber ein Film sagt mehr als 1000 Worte:

http://www.faustcorp.com/images/Pendrys_Perfect_Lens…

Und was ich aus dem Text
rauslese ist, dass auch planare Platten als Linse dienen
können, weil man sozusagen die Linse auf die Platte gemacht
hat, anstatt sie zu schleifen.

Das ist eigentlich ganz einfach, dazu muss einfach nur der Brechungsindex n = -1 betragen. Aufgrund der negativen Brechung werden dann automatisch die Lichtstrahlen auf der Bildseite wieder in einem Punkt vereinigt:

http://www.trnmag.com/Pendry-perfect-lens-diagram.gif

Darüberhinaus wäre die Auflösungsgrenze einer solchen Linse nicht mehr auf die Wellenlänge des benutzten Lichts beschränkt, sondern kann im Prinzip beliebig klein werden.

Gruß
Oliver

#3

Das brauchen sie auch nicht, da die Elementarwellen im
negativen Material ja rückwärts, d.h. von beiden Seiten auf
die Grenzfläche zu laufen. Aber ein Film sagt mehr als 1000
Worte:

http://www.faustcorp.com/images/Pendrys_Perfect_Lens…

Heißt das so viel wie, dass auf der Ausgangsseite so viel Licht wieder reflektiert wird, dass die Überlagerung dann die über das Einfallslot gebrochenen Lichtwellen gibt?
Oder was muss man genau unter „von beiden Seiten auf die Grenzfläche“ vorstellen?

#4

Heißt das so viel wie, dass auf der Ausgangsseite so viel
Licht wieder reflektiert wird, dass die Überlagerung dann die
über das Einfallslot gebrochenen Lichtwellen gibt?
Oder was muss man genau unter „von beiden Seiten auf die
Grenzfläche“ vorstellen?

Nein, die Phasenfronten der Wellen laufen auf beiden Seiten der Eingangsseite auf die Eingangsseite zu. Da muss also gar nichts überholt werden.

Sich das Ganze mit dem Huygenssches Prinzip vorzustellen, ist hier natürlich etwas schwierig, weil ja die Elemtarwellen auf ihr Zentrum zu laufen. Aber das Huygenssches Prinzip dient ja auch mehr der Anschauung und sollte nicht überinterpretiert werden. Es gibt ja z.B. auch Medien mit Brechungsindex n = 0, da findet überhaupt keine Wellenausbreitung mehr statt, sondern das el. Feld oszilliert m gesamten Medium mit gleicher Phase.

Das ist hier zu sehen:

http://www.cst.com/Content/Applications/Article/Mode…

Gruß
Oliver