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Aufgabenstellung:

Ein Laserstrahl (632 ) wird am schnell strömenden Gasstrahl unter gestreut.

  1. Wie groß ist die Frequenzverschiebung, wenn Laser- und Gasstrahl parallel laufen?
  2. Wie wird die Frequenzverschiebung gemessen?
  3. Welche technischen Anwendungen kennen Sie dazu? Wie funktioniert die "Laserpistole“ zur Verkehrsüberwachung? Welche Fehlerquellen können Sie als Verkehrssünder einwenden?

Lösungsweg:

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1. Wie groß ist die Frequenzverschiebung, wenn Laser- und Gasstrahl parallel laufen?

Die Frequenz des ruhenden Senders:

Der ruhende Sender empfäng die bewegten Gasteilchen mit :

Beim aussendend erbibt sich wiederum für

Es folgt für die Frequenzverschiebung :

2. Wie wird die Frequenzverschiebung gemessen?

Die Frequenzverschiebung tritt als Schwebungsfrequenz auf und kann an einem Fotodetektor elektronisch gemessen werden.

3. Welche technischen Anwendungen kennen Sie dazu? Wie funktioniert die "Laserpistole“ zur Verkehrsüberwachung? Welche Fehlerquellen können Sie als Verkehrssünder einwenden?

Berührungsfreie Geschwindigkeitsmessung, z. B. für Laser-Radar, rotglühende Stahlteile auf einem Förderband im Walzwerk, Strömungsmessung.

Die Laserpistole nutzt das Laufzeitverfahren: Laserpulse werden vom bewegten Objekt reflektiert; in einer sogenannten BRAGG-Zelle werden ausgesandtes und empfangenes Licht überlagert.

Die Entfernung korreliert mit der Laufzeit des Lichtes: .

Fehlerquellen sind die Erdkrümmung (ab ), Brechzahländerungen der Luft (Temperatur: Sonneneinstrahlung; Feuchte: Nebel, Regen); die Strahlaufweitung durch zu große Entfernung; die unerlaubte Messung auf einer nichtreflektierenden Oberfläche (Windschutzscheibe statt Kennzeichen).

Lösung:

  2. siehe Lösungsweg
  3. siehe Lösungsweg