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geometrische Optik

Strahlenoptik, Gebiet der Optik, das mit dem Grundbegriff des Strahls operiert, wobei diese Strahlen sowohl durch Teilchen- als auch durch Lichtstrahlen realisiert werden können. Die Strahlenoptik ergibt sich theoretisch aus der Wellenoptik als Grenzfall sehr kurzer Wellenlängen l, d.h. l klein gegen alle charakteristischen Längen des Problems, insbesondere gegen den Durchmesser von Blenden u.ä. Der Strahlengang der von einem beliebigen Punkt ausgehenden Strahlen wird in allgemeiner Form durch das Fermatsche Prinzip bestimmt, das mit entsprechender Definition der Brechzahl sowohl auf die Lichtoptik als auch auf die Teilchenoptik (Elektronen- und Ionenoptik) angewendet werden kann und insbesondere den Strahlengang auch bei kontinuierlich veränderlicher Brechzahl bestimmt. Dieser Fall ist in der Teilchenoptik die Regel, während in der Lichtoptik meist eine sprunghafte Änderung der Brechzahl an den Grenzflächen unterschiedlicher Medien vorliegt. Das Fermatsche Prinzip führt auf die geradlinige Ausbreitung der Strahlen in jedem homogenen Medium, auf die Umkehrbarkeit des Strahlengangs und auf die Gesetze der Reflexion und Brechung an den Grenzflächen. Im Falle des Lichts werden alle auf der Wellennatur des Lichts beruhenden Erscheinungen, insbesondere alle Beugungseffekte, vernachlässigt.Geschichte: Mit den Ansätzen der Antike (Euklids Katoptrik und die Dioptrik des Ptolemäus), den Arbeiten von Alhazen und der Auffindung des richtigen Brechungsgesetzes (W. Snellius 1621, R. Descartes 1629) war bis zum 17. Jh. die Grundlage der geometrischen Optik geschaffen. Ihre Anwendung führte zu Beginn des 17. Jh. zur Erfindung des Fernrohres (Lippershey) und des Mikroskopes (H. und Z. Janssen). Ab Mitte des 17. Jh. entwickelten sich die verschiedenen Vorstellungen von der Natur des Lichtes, insbesondere die Wellentheorie (F. M. Grimaldi und R. Hooke 1665, C. Huygens 1678) und die Korpuskulartheorie (I. Newton 1704). Die zweite Hälfte des 19. Jh. brachte die Erkenntnis der elektromagnetischen Natur des Lichtes (J.C. Maxwell 1864) sowie eine erste atomistische Deutung mit Hilfe der Elektronentheorie (H.A. Lorentz 1892-95).

 

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