Strahlenoptik und Wellenoptik

Die Optik als Teilgebiet der Physik wird in Strahlenoptik und Wellenoptik unterteilt.

Strahlenoptik

Der Bereich der Optik, in dem man optische Erscheinungen mit dem Modell Lichtstrahl beschreibt, wird als Strahlenoptik bezeichnet. Die Beschreibung mit dem Modell Lichtstrahl ist überall dort sinnvoll, wo keine Wellenerscheinungen auftreten oder wo sie zumindest keine Rolle spielen. Damit kann man in der Strahlenoptik z. B. beschreiben:

  • die geradlinige Ausbreitung des Lichtes in einem Medium,
  • die Bildung von Schatten hinter beleuchteten Körpern,
  • die Reflexion von Licht,
  • die Brechung von Licht,
  • den Lichtweg beim Auge sowie bei optischen Geräten (Lupe, Mikroskop, Fernrohr, Fotoapparat usw.).
Reflexion von Licht am Spiegel und Beschreibung mit Lichtstrahlen

Reflexion von Licht am Spiegel und Beschreibung mit Lichtstrahlen

Wellenoptik

Der Bereich der Optik, in dem man optische Erscheinungen mit dem Modell Lichtwelle beschreibt, wird als Wellenoptik bezeichnet. Die Anwendung dieses Modells ist überall dort notwendig, wo Wellenerscheinungen des Lichtes eine Rolle spielen.
So sind z.B. bei engen Spalten, sehr kleinen Öffnungen und schmalen Hindernissen Beugung und Interferenz die typischen Erscheinungen (Bild 2). Zur Beschreibung versagt das Modell Lichtstrahl. Die genannten Erscheinungen lassen sich nur mit dem Modell Lichtwelle beschreiben und erklären.

Mit dem Modell Lichtwelle werden in der Wellenoptik solche wellentypischen Erscheinungen beschrieben und erklärt wie

  • die Beugung von Licht an schmalen Spalten, Kanten und Hindernissen,
  • die Interferenz (Überlagerung) von Licht mit Bereichen der Verstärkung und Auslöschung,
  • die Entstehung der Farben dünner Schichten,
  • die Polarisation von Licht.
Interferenz am Doppelspalt

Interferenz am Doppelspalt

Zusammenhänge zwischen Strahlenoptik und Wellenoptik

Aus Bild 3 ist erkennbar, welcher Zusammenhang zwischen Lichtstrahlen und Lichtwellen besteht: Die Lichtstrahlen stehen immer senkrecht auf den Wellenfronten, mit denen man Wellen darstellt.
Damit ist auch klar: Solche Erscheinungen wie die Ausbreitung von Licht von einer Lichtquelle aus, die Reflexion oder die Brechung von Licht kann man sowohl in der Strahlenoptik als auch in der Wellenoptik beschreiben.
Beugung oder Interferenz dagegen lassen sich nur in der Wellenoptik beschreiben.

Beugung an einem Spalt

Beugung an einem Spalt

Darüber hinaus ermöglicht es die Wellenoptik, bestimmte Erscheinungen auch zu erklären. Das gilt z.B. für die Ausbreitung von Licht von einer Lichtquelle aus (Bild 4). Das Licht breitet sich von der Lichtquelle aus geradlinig aus. Ursache dafür ist, dass nach dem Prinzip von HUYGENS jeder Punkt, der von Licht getroffen wird, Ausgangspunkt einer Elementarwelle ist, wobei sich die von jedem Punkt ausgehenden Elementarwellen zu einer neuen Wellenfront überlagern, so wie es in Bild 4 dargestellt ist. Damit lässt sich in der Wellenoptik auch die Reflexion und die Brechung erklären.

Ausbreitung von Licht von einer Lichtquelle L aus

Ausbreitung von Licht von einer Lichtquelle L aus

Stand: 2010
Dieser Text befindet sich in redaktioneller Bearbeitung.

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