Bau einer Laserabhöranlage

Von: Martin Lindenthal

... ein Projekt des LK Physik 2010/2012 unter der Leitung von OStR Lindenthal

Das Thema des 2. Halbjahrs im LK Physik lautet: „Schwingungen und Wellen“. Neben den akustischen und mechanischen Wellen lernen die Schüler auch das Licht als eine Welle kennen. Ein Licht mit ganz besonderen Eigenschaften ist das Laserlicht, das neben einer besonders hohen Energiedichte die „schöne“ Eigenschaft der zeitlichen und räumlichen Kohärenz besitzt, eine Eigenschaft, die besonders beim Demonstrieren von Interferenzerscheinungen sehr hilfreich ist. Genau diese Eigenschaft nutzt man bei der Laserabhöranlage aus.

Das Licht eines Lasers (im Experiment ein Schullaser mit der Leistung 1 mW) trifft schräg auf eine Fensterscheibe (Einfallswinkel ca. 45°). Hinter der Fensterscheibe ist eine Schallquelle (bei uns die schuleigene Lautsprecheranlage – Dank sei Florian Fern und Alexander Nau an dieser Stelle ausgesprochen, die spontan diese Anlage aufbauten). Von der Schallquelle gehen Schallwellen auch auf die Fensterscheibe zu und lassen diese im Rhythmus der Schallquelle schwingen. Der Laserstrahl wird teilweise an dieser Fensterscheibe reflektiert und zwar an der Vorderseite der Scheibe und an der Rückseite der Scheibe. Nach der Reflexion (Einfallswinkel = Ausfallswinkel)  überlagern sich diese Teilbündel wieder und können mit Hilfe einer Fotodiode registriert werden. Diese Fotodiode (sie gehört zur Empfangsstation) empfängt die sich überlagernden Laserbündel. Dabei entstehen im Rhythmus der Schallquelle abwechselnd Maxima und Minima, je nachdem, ob der Gangunterschied zwischen den Teilbündeln ein ganzzahliges oder ein ungeradzahliges Vielfaches der Wellenlänge des Lasers ist. Die Fotodiode wandelt die Lichtintensitäten in Strom um, dieser erzeugt an einem Widerstand einen Spannungsabfall, der mit Hilfe eines Niderfrequenzverstärkers und eines Lautsprechers wieder in Töne umgewandelt werden kann.

Im Unterricht wurde durch den Kursleiter schon im November diese „Technik“ vorgeführt und besprochen, allerdings „nur“ im Übungsraum und „nur“ mit einer Plastikfolie als Reflexionsmedium.

Eine besondere Herausforderung war es aber, diese Apparatur so aufzubauen, dass man damit über den gesamten Schulhof Töne und Gespräche abhören kann. Die Justierung und die Bündelung des Lasers waren  dabei die größten Herausforderungen. Minimale Entfernungen auf der Fotodiode (weniger als 1 mm) entschieden darüber, ob man nur ein Rauschen und Quietschen oder aber die Titelmusik zu „Rocky Balboa“ hören konnte.

Für den Kurs sehr attraktiv und motivieren war die Idee, daraus einen Wettbewerb zu gestalten, in dem diejenige Gruppe gewinnen sollte, der es gelingt, als erste Töne zu übertragen.

Schließlich haben beide Gruppen es geschafft innerhalb einer Stunde diese Apparatur so zu justieren, dass man auf beiden Lautsprechern „Rocky“ und „ba ba ba Barbaran“ – gesungen von Christian – hören konnte.