Drei mal lichtstärkere Sensoren in drei jahren?

[whr_]

Beugung beruht auf Streuung... könnte man z.B. sagen. Man könnte auch gleich ganz grundsätzlich bei Maxwell-Gleichungen anfangen...
So richtig sinnvoll und hilfreich ist das hier nicht.

Beugung und Streuung sind zwei unterschiedliche Erscheinungsformen dessen, was Materie mit Licht macht. Bei dem von Dr. Broermeyer angeführten Beispiel, wo Rayleighstreuung vorliegt, ist von Beugungserscheinungen nichts zu bemerken.

Beides läßt sich mit dem Huygensschen Prinzip beschreiben, aber das war es dann auch schon.

Zur Ursprungsfrage: schon der Faktor Drei ist falsch. Bei weißem Licht passiert etwa die Hälfte der Photonen die Filter des Bayer-Pattern. Also: zweimal lichtstärkere Sensoren in zwei Jahren?

 

[Gast_324133]

Beugung und Streuung sind zwei unterschiedliche Erscheinungsformen dessen, was Materie mit Licht macht. Bei dem von Dr. Broermeyer angeführten Beispiel, wo Rayleighstreuung vorliegt, ist von Beugungserscheinungen nichts zu bemerken.

(OT)
Er sprach ja z.B. von Röntgenbeugung: Röntgenstrahlung wird an Atomen gestreut - bei regelmäßiger Anordnung der Atome (Kristallgitter) ergibt sich daraus ein Beugungsmuster.
(/OT)
Herr Ahlers würde sagen: "Ja, das tut hier nix zur Sache."

Zur Ursprungsfrage: schon der Faktor Drei ist falsch. Bei weißem Licht passiert etwa die Hälfte der Photonen die Filter des Bayer-Pattern. Also: zweimal lichtstärkere Sensoren in zwei Jahren?

Dazu kommt, daß es beim "Konflikt" Auflösung vs. Empfindlichkeit bleibt. Diese Technik wird nicht die Lösung aller Probleme sein. Ob sie überhaupt in Zukunft ein Problem lösen kann, ob sie vielleicht besser oder billiger als jetzige Techniken sein wird, lässt sich heute schwer sagen

 

[Frank Klemm]

Das sind Extrembeispiele, an denen sich Beugungs-/Brechungsphänomene besser erklären lassen.

Sie lassen sich hiermit schlechter und ziemlich unverständlich erklären.
Könntest Du erklären, warum? Welche Effekte treten im Röntgenbereich auf,
die in der Lichtoptik keine Rolle spielen?

Die Zeitdilatation braucht man im Straßenverkehr ja auch nicht zu berücksichtigen,
wenn man sich halbwegs an die Regeln hält.

 

[mty55]

Ich kenn mich mehr mit Lautspechern aus, könnte vielleicht jemand ein Beispiel mit Schallwellen bringen?

 

[dwuen]

Er sprach ja z.B. von Röntgenbeugung: Röntgenstrahlung wird an Atomen gestreut - bei regelmäßiger Anordnung der Atome (Kristallgitter) ergibt sich daraus ein Beugungsmuster.

Das besagt die kinematische Interferenztheorie, aber die beschreibt zwar die Beugungsvorgänge in den meisten Fällen nach einem geometrischen Modell hinreichend gut, aber inhaltlich ist die kinematische Beugungstheorie falsch, denn die Beugung erfolgt nicht im Kristallinneren an den Netzebenen, sondern ausschließlich an den Phasengrenzen Luft-Kristall und Kristall Luft. Da bei den meisten Röntgenbeugungsverfahren weiche charakteristische Strahlung verwendet wird, ist deren Eindringvermögen sehr gering, d.h. der Abstand zwischen der Phasengrenze und dem Beugungsort lt. Theorie ist sehr klein und deshalb der Fehler durch die an sich falsche Theorie sehr klein. Das trift aber nur auf den Bragg-Fall (Beugung in Rückstreurichtung) zu, nicht auf den Laue-Fall (Beugung in Durchstrahlrichtung) und auch bei härterer gebeugter Strahlung wird der Fehler immer größer, je kurzwelliger die Strahlung ist.

Zur Beugung in Festkörpern: Streng genommen ist der Wellencharakter elektromagnetischer Strahlung in Festkörpern stärker ausgeprägt als an Luft oder im Vakuum. Darauf fusst die dynamische Interferenztheorie. Aber auch die dynamische Interferenztheorie kann nicht alle Effekte erklären.

Nun könnte einer sagen, was geht mich die Röntgenbeugung an? Röntgenbeugung und sichtbares Licht sind die gleichen elektromagnetischen Strahlen und gehorchen den gleichen Gesetzen. Auch in der Optik wird die Brechung/Beugung mit vereinfachten Methoden beschrieben, zumindest in der Schule und im Grundlagenstudium.

Frage nach Schallwellen: Schallwellen sind reine Wellen und gehorchen entsprechenden Gesetzen. Licht sind keine Wellen, sondern besteht aus Quanten, also sehr kleinen Teilchen, die aber durch die sehr schnelle Bewegung teilweise Welleneigenschaften haben. Man spricht deshalb auch vom Welle-Teilchen-Dualismus. Dieser Dualismus tritt bei allen sehr schnell bewegten Teilchen auf, also auch bei freien Elektronen und Neutronen.

 

[dwuen]

Welche Effekte treten im Röntgenbereich auf,
die in der Lichtoptik keine Rolle spielen?

Keine, denn beides sind elektromagnetische Strahlungen. Nur die Wellenlänge ist anders.

Die "Gewichte" bestimmter Effekte sind aber anders, d.h. bestimmte Effekte sind bei Licht und andere bei Röntgenstrahlen ausgeprägter.

Beispiel: Bei Licht ist der Effekt der unterschiedlichen Lichtgeschwindigkeit sehr groß. Der Brechungsindex ist der Quotient aus der Lichtgeschwindigkeit an Luft und in der Linse und gleichzeitig ist auch die Lichtgeschwindigkeit des sichtbaren Lichtes bei jeder Lichtfarbe unterschiedlich. Die Beugung/Brechung von sichtbarem Licht in amorphen Materialien wie Glas ist sehr intensiv.

Röntgenbeugung erfolgt auch nicht nur in Kristallen, sondern auch in amorphen Substanzen, nur ist diese in amorphen Substanzen nicht so intensiv. Dafür ist die Röntgenbeugung in Kristallen (richtiger: an Kristallen) viel intensiver. Durch die regelmäßige Atomanordnung in Kristallen können sich kugelförmige Raumwellen zu stehenden Wellen ausbilden, die dann die besagten Beugungserscheinungen an den Phasengrenzen auslösen.

Diese Erkenntnis ist bei sichtbarem Licht dann von großer Bedeutung, wenn als Linsenmaterial nicht Glas, sondern Einkristalle verwendet werden, z.B. aus Kalziumfluorit. In solchen einkristallinen optischen Materialien ist die Abhängigkeit der Lichtgeschwindigkeit von der Lichtfarbe anders oder fast Null, so dass solche Linsen für sehr hochwertige Objektive oder für Korrekturlinsen Anwendung finden. Das ist ein Beispiel, wo Effekte, die bei Röntgenstrahlung ausgeprägter sind, auch bei sichtbarem Licht recht bedeutsam sind.

Hier sollte ich mal abbrechen, weil sich sonst manche langweilen.

 

[Gast_324133]

Röntgenbeugung und sichtbares Licht sind die gleichen elektromagnetischen Strahlen und gehorchen den gleichen Gesetzen.

Die Natur gehorcht keinen Gesetzen: Naturgesetze beschreiben, was die Natur macht.
(s. dazu auch unten: "PS - für Interessierte")

Auch in der Optik wird die Brechung/Beugung mit vereinfachten Methoden beschrieben, zumindest in der Schule und im Grundlagenstudium.

Genau darum geht es: man beschreibt die Brechung des Lichts mit dem Modell der geometrischen Optik, die Beugung des Lichts mit dem Modell der Wellenoptik.
Deshalb wird da "nicht gebrochen, sondern gebeugt". Da Dich die etwas flapsige Formulierung scheinbar sehr stört, muss ich mich umso mehr über eine solche Aussage wundern:

Quanten, also sehr kleinen Teilchen, die aber durch die sehr schnelle Bewegung teilweise Welleneigenschaften haben.

Da ist jetzt wohl ein Nobelpreis fällig - ich sehe die Schlagzeile schon vor mir: "Wahre Natur der Dinge aufgeklärt!"

Man spricht deshalb auch vom Welle-Teilchen-Dualismus.

welcher besagt, daß Quanten weder Welle noch Teilchen sind: sie haben sowohl Eigenschaften, die durch eine Teilchennatur zu erklären sind, als auch Eigenschaften, die durch eine Wellennatur zu erklären sind.

Wer fit ist in Sachen Quantenfeldtheorie, darf hier gerne weitermachen.
Jedoch:

Herr Ahlers würde sagen: "Ja, das tut hier nix zur Sache."

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Ich kenn mich mehr mit Lautspechern aus, könnte vielleicht jemand ein Beispiel mit Schallwellen bringen?

Schallwellen? Wo ist denn da der Fotobezug?







Nun gut, zurück zum Thema:

... und um zur Ausgangsfrage zurückzukehren: alleine der Umstand, alle Photonen zum Sensor durchzulassen macht noch nicht per se eine bessere Bildgebung.

Eben. Es ist ein interessanter Ansatz - nicht mehr und weniger.

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PS - Für Interessierte:

Die Vorgeschichte der Wellentheorie des Lichtes im 17. Jh. kann nur dann richtig beurteilt werden, wenn man zwischen Spekulationen über die «Natur des Lichtes» und der mathematischen «Theorie des Lichtes» zu unterscheiden weiss. Diese Unterscheidung hat Newton als erster gemacht, indem er unter einer «Theorie» die systematische, womöglich mathematische Darstellung seiner experimentellen Ergebnisse verstand und daneben «Hypothesen» betrachtet hat, mit deren Hilfe die Ergebnisse modellmässig erklärt werden könnten. Solche Hypothesen haben in der Regel einen qualitativen und spekulativen Charakter. Während die «Theorie» experimentell wohlbegründet sein soll und darum einen hohen Grad der Gewissheit mit sich führt, sind alle «Hypothesen» fragwürdig. Darum hat er sie in seiner «Optik» (1704) 2 lediglich zur Illustration seiner Experimente verwendet und nur im Anhang als «Queries» ausführlich besprochen. Dort fragt er, und er behauptet nicht: «Query 29. Are not the rays of light very small bodies emitted from shining substances?» Er hätte darum bestritten, dass er eine «Korpuskulartheorie» des Lichtes aufgestellt habe.

Fierz, Zur Entstehung der Wellenoptik, Vierteljahrsschrift der Naturforschenden Gesellschaft in Zürich (1983) 128/1: 1-20

 

[Waartfarken]

Ich fand diese Stelle besonders schön...

nach einem geometrischen Modell hinreichend gut, aber inhaltlich ist die kinematische Beugungstheorie falsch

...und grüble seitdem, welche Theorie eigentlich zweifelsfrei "richtig" ist.

"Was macht Dein Rätsel, Dwu.... äh....Franz?"