Optik

Optik ist die Lehre der Lichtwellen. Diese Wellen interferieren und werden gebeugt wie wir es bereits im Wellenkapitel diskutiert haben. Erinnern Sie sich daran, von der Erörterung des Einzelspaltes mit der Breite $a$, dass das zentrale Maximum auseinandergeht mit dem Winkel $\theta \approx \frac{\lambda}{a}$.

Für die meisten Linsensysteme sind die Blenden in einer Größenordnung von Millimetern, während die Wellenlängen in der Größe von einigen hundert Nanometern sind. Dies bedeutet, dass der Streuwinkel normalerweise sehr klein ausfällt, $\theta \approx 10^{-4}$ rad. Da die Streuung des Lichtstrahls so klein ist, können wir davon ausgehen, dass Licht sich in geraden Lichtbündeln (oder Lichtstrahlen) fortbewegt. Die Begrenzung, dass alle optischen Bauteile (Linsen, Blenden) viel größer als die Wellenlänge sein sollen, wird geometrische Optik oder Strahlenoptik genannt, und wir werden uns in diesem Kapitel auf diesen Bereich beschränken. Es gibt nur zwei wesentliche Grundsätze in der geometrischen Optik, Reflexion (Spiegelung) und Brechung. Wenn ein Lichtstrahl von einer Oberfläche reflektiert wird, ist der eingehende Winkel $\theta_1$ gleich dem ausgehenden Winkel $\theta_2$.

Hier werden beide Winkel von der Flächennormalen (normal zur Fläche von der der Strahl reflektiert wird) ausgehend gemessen.

Das andere grundlegende Gesetz der geometrischen Optik ist das Snelliussche Brechungsgesetz. Wenn ein Lichtstrahl sich von einem Medium mit einem Brechungsindex $n_1$ in ein Medium mit einem Brechungsindex $n_2$ bewegt, wird der Lichtstrahl gebeugt gemäß,

Hier werden die Winkel normal zur Grenzfläche und im Bogenmaß gemessen.

Die gesamte geometrische Optik kann von diesen beiden Grundgesetzen abgeleitet werden.