Lichtstrahlen und Lichtbündel

Das von einer Lichtquelle ausgehende Licht kann mithilfe verschiedener Modellvorstellungen beschrieben werden. Zu den einfachsten Modellen der Lichtausbreitung gehören Lichtstrahlen.
Mit Blenden und Öffnungen kann man aus dem Licht von Lichtquellen Lichtbündel gewinnen. Es ist sorgfältig zwischen dem Modell Lichtstrahl und dem Licht und Lichtbündeln als Realität zu unterscheiden.

Das Modell Lichtstrahl beschreibt den Weg, den das Licht zurücklegt (Bild 1).

Anschaulich entspricht der Lichtstrahl einem sehr feinen Strich, den man auf ein Blatt Papier gezeichnet hat. Diese Eigenschaft kann man sich zunutze machen, wenn man die Lichtwege bei Linsen, Prismen oder in optischen Geräten geometrisch konstruieren möchte.

Leuchtet eine Lichtquelle beständig, dann besitzen die von ihr ausgehenden Lichtstrahlen in der einfachsten Vorstellung Ausgangspunkte, die auf der Oberfläche der Lichtquelle liegen.

Wie man durch verschiedene Experimente sehr gut nachweisen kann, besitzt Licht die Eigenschaften elektromagnetischer Wellen. Da es sich bei elektromagnetischen Wellen um solche Wellen handelt, bei denen die physikalischen Größen (hier elektrische und magnetische Feldstärke) senkrecht zur Ausbreitungsrichtung schwingen, das Modell Lichtstrahl aber dazu im Gegensatz von einem näherungsweise unendlich dünnen Ausbreitungsstrahl ausgeht, kann dieses Modell auch nur in eingeschränkten und auf gewisse Anwendungsbereiche begrenzten Fällen anwendbar sein.

Diese Fälle werden innerhalb der Optik in dem physikalischen Teilgebiet der Strahlenoptik oder der geometrischen Optik beschrieben.
Man darf sich die Strahlenoptik aber nicht als ein einfaches Arbeitsfeld vorstellen. Die Entwicklung vieler optischer Geräte wie Fernrohre, Mikroskope oder Fotoapparate beruht wesentlich auf teilweise sehr komplizierten Überlegungen, die im Modell Lichtstrahl erfolgt sind.

Neben den Lichtstrahlen spielen Lichtbündel bei der Erklärung der Lichtausbreitung eine wichtige Rolle. Ein Lichtbündel ist ein räumlich begrenzter Bereich, in dem sich Licht ausbreitet. Begrenzt wird ein Lichtbündel durch Randstrahlen. Man unterscheidet drei Hauptformen von Lichtbündeln:

• divergierende Lichtbündel
• parallele Lichtbündel und
• konvergierende Lichtbündel

Divergierend sind die Lichtbündel dann, wenn sie in Ausbreitungsrichtung des Lichtes auseinanderlaufen.

Konvergierende Lichtbündel verengen sich in Ausbreitungsrichtung des Lichtes.

Parallele Lichtbündel verändern sich in der Breite nicht. Solche parallelen Lichtbündel sind eine stark idealisierte Modellvorstellung, da sie in der Natur kaum vorkommen. Das künstliche Licht von Lasern besteht aus fast parallelem Licht und wird daher genutzt, wenn man parallele Lichtbündel für Untersuchungen oder zur Konstruktion optischer Geräte benötigt.