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.
Linsen, Spiegel, Prismen und Beugungsgitter sind beliebte Arbeitsinstrumente der Optik.
Die Gesetze der Optik finden zahlreiche Anwendungen, z.B.
- in Fernrohren
- in Mikroskopen
- in Brillen
- in der Fotografie
- in der Stereoskopie
- im Spektroskop
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.
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 wiedersprechende Eigenschaften besitzt, wird auch als Welle-Teilchen-Dualismus bezeichnet.
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 Reflektion an transparenten Objekten behandelt werden. Ein Beispiel ist, dass die eigene Reflektion unter geeigneten Bedingungen in einer Fensterscheibe sichtbar ist. Der Extremfall tritt ein, wenn unter sehr flachem Einfallswinkel Totalreflexion an einer transparenten Grenzfläche auftritt.
Wenn die Welleneigenschaft des Lichtes relevant ist, findet man Interferenz zwischen einender überlagernden Wellenfronten.
Licht, das sich durch kleine Spalten oder an Kanten entlang ausbreitet zeigt Beugung.
Oberflächenphänomäne
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 Absorption eines Teil des Lichts, sowie die Reflexion und/oder Streuung des restlichen Lichts.
Manche Oberflächen, wie etwa die manschliche 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
Diverse Optische Geräte
Das Linsensystem von optischen Geräten wird ebenfalls als Optik bezeichnet.