Optik

Die Optik ist die Lehre vom Licht. Sie ist ein Teilbereich der Physik und beschäftigt sich mit der Erzeugung und der Ausbreitung von Licht.

Im unterschied dazu ist die Technische Optik ein Teilbereich der Ingenieurwissenschaften. Sie beschäftigt sich mit dem Design, der Auslegung und der Fertigung optischer Systeme.

Linsen, Spiegel, Prismen und Beugungsgitter sind beliebte Arbeitsinstrumente der Optik.

Die Gesetze der Optik finden zahlreiche Anwendungen, z.B.

in Fernrohrenen
in Mikroskopen
in Brillen
in der Fotografie
in der Stereoskopie
in Spektroskopen

Auch Ultraviolett- und Infrarotstrahlung lassen sich mittels der Gesetzmäßigkeiten der Optik beschreiben.

Neben der Lichtoptik hat sich seit dem 20. Jahrhundert auch das Gebiet der Optik der geladenen Teilchen (z.B. Elektronen) entwickelt. Daneben sind die nichtlineare Optik sowie die Quantenoptik von theoretischem und technischem Interesse.

Table of contents

1 Das menschliche Auge
2 Teilbereiche der Optik

2.1 Geometrische Optik
2.2 Wellenoptik
2.3 Oberflächenphänomene

3 Diverse Optische Geräte

Das menschliche Auge

Das optische Empfangsorgan des Menschen ist das Auge. Dieses wandelt Lichtinformation in Nervenimpulse um. Die physiologische Optik befasst sich mit der Optik und dem Aufbau des Auges. In der Medizin spricht man bei der das Auge betreffenden Medizin von der Augenoptik.

Teilbereiche der Optik

Man unterscheidet zwei grundsätzliche Zugänge zur Lichtausbreitung, die sich allerdings in vielen Bereichen überschneiden: Die geometrische Optik und die Wellenoptik. Die Tatsache, dass Licht zwei in der Anschauung einander widersprechende Eigenschaften besitzt, wird auch als Welle-Teilchen-Dualismus bezeichnet.

Geometrische Optik

In der geometrischen Optik wird Licht durch idealisierte Strahlen approximiert. Der Weg des Lichtes, etwa durch ein optisches Instrument, wird durch Verfolgen des Strahlenverlaufs konstruiert.

Das Snelliussche Brechungsgesetz beschreibt die Brechung des Lichtes an transparenten Grenzflächen (Linsen, Prismen). An Spiegeln gilt die Regel, dass der Einfallswinkel dem Ausfallswinkel gleich ist.

Mittels dieser Methode lassen sich Abbildungen, bespielsweise durch Linsen, oder Linsensysteme (Mikroskop, Teleskop) bestimmen.

Im Rahmen der geometrischen Optik kann auch die teilweise Reflexion an transparenten Objekten behandelt werden. Ein Beispiel ist, dass die eigene Reflexion unter geeigneten Bedingungen in einer Fensterscheibe sichtbar ist. Der Extremfall tritt ein, wenn unter sehr flachem Einfallswinkel Totalreflexion an einer transparenten Grenzfläche auftritt.

Wellenoptik

Wenn die Welleneigenschaft des Lichtes relevant ist, findet man Interferenz zwischen einander überlagernden Wellenfronten.

Licht, das sich durch kleine Spalten oder an Kanten entlang ausbreitet zeigt Beugung.

Oberflächenphänomene

Die Wechselwirkung von Licht mit wirklichen (d. h. nicht idealisierten) Oberflächen ist für die optische Wahrnehmung des Menschen bedeutsam, ist aber bislang nur unvollständig verstanden. Bedeutsam ist die Remission, also die Absorption eines Teil des Lichts sowie die Reflexion, Transmission bzw. Streuung des restlichen Spektralanteils.

Manche Oberflächen, wie etwa die menschliche Haut, sind in den obersten Hautschichten teilweise transparent, so dass optisch keine reflektierende Fläche sondern eine reflektierende Schicht vorliegt. Eine abstrakte Beschreibung der optischen Vorgänge an derartigen Oberflächen ist kompliziert, und einer der Gründe, dass (etwa mittels Raytracing) konstruierte Bilder künstlich wirken.

Siehe auch: Brillouin-Streuung, Dispersion, Opazität

Diverse Optische Geräte

Als Optik bezeichnet man auch die Summe aller optischen Bauteile eines optischen Gerätes.