Optik

Die Optik beschäftigt sich mit der Ausbreitung von Licht und deren Wechselwirkung mit Materie. Die geometrische Optik behandelt Licht als geradlinigen Strahl und beschreibt die Brechung und Reflexion an optischen Systemen (z.B. Linsen oder Spiegel). Um aber etwa die Beugung des Lichts um ein Hindernis oder die Interferenz zu beschreiben, ist die Wellenoptik notwendig.

Photometrische Größen

Die Photometrie setzt physikalisch messbare Größen in Bezug zur Wahrnehmung des menschlichen Auges. Die Hellempfindlichkeit des menschlichen Auges ist untertags und in der Nacht unterschiedlich und hängt von der Wellenlänge der Strahlung ab.

Grundprinzipien der geometrischen Optik (Fermat’sches Prinzip,…)

Die geometrische Optik geht von einem Strahlenmodell des Lichts aus und behandelt damit auf einfache, rein geometrische Weise den Weg des Lichts auf Linien. Damit lassen sich die Reflexion und die Brechung – die Richtungsänderung des Lichtstrahls beim Übergang in ein anderes optisches Medium – beschreiben.

Reflexion und Brechung

Nach dem Grundprinzip der geometrischen Optik bewegt sich Licht auf einer geradlinigen Bahn. Tritt ein Lichtstrahl in ein anderes optisches Medium ein, so kommt es zur Reflexion und Brechung des Lichts. Beides sind grundlegende Konzepte der geometrischen Optik, lassen sich aber auch aus dem Huygens’schen Prinzip herleiten, dass die Ausbreitung von Licht als Welle beschreibt.

Totalreflexion

Beim Übergang von einem Ausbreitungsmedium in eines mit unterschiedlichem Brechungsindex wird das Licht gebrochen - der Lichstrahl ändert seine Richtung. Tritt das Licht dabei in ein Medium mit kleinerem Brechungsindex, so kann es zur Totalreflexion kommen, bei der die gesamte Intensität des Lichts nach dem Reflexionsgesetz in das ursprüngliche Medium zurückgestrahlt wird.

Linsen und optische Instrumente (Mikroskop, Teleskop,…)

Linsen sind transparente Scheiben (aus Glas oder Kunststoff), die durch Brechung die Bahn des Lichstrahls beeinflussen. Einfache optische Instrumente, wie die Lupe oder Brillengläser, bestehen aus einer einzigen Linse, andere können durch Kombination von Sammel- oder Zerstreuungslinsen sowie Spiegeln realisiert werden.

Licht als elektromagnetische Welle

Das sichtbare Licht ist nur ein kleiner Teil des Frequenz-Spektrums der elektromagnetischen Wellen. Die Ausbreitung von Licht als Welle wird vom Huygens’schen Prinzip beschrieben, aus dem sich Reflexion, Brechung und Beugung von Lichtwellen ableiten lassen.

Beugung

Als Beugung wird die Ablenkung einer Welle an einem Hindernis bezeichnet. Dieses Phänomen kann nicht mehr mit der geometrischen Optik beschrieben werden, sondern lässt sich nur mit dem Wellenbild des Lichts erklären.

Beugung spielt im nicht-sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums eine wichtige Rolle – beispielsweise bei der drahtlosen Kommuikation, Radiowellen oder der Röntgenbeugung.

Wussten Sie schon?

Bei uns können Sie auch reine Mathematik üben: www.mathe.technikum-wien.at