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Teilbereich der klassischen Optik Aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Die geometrische Optik oder Strahlenoptik bedient sich des Strahlenmodells des Lichtes[1] und behandelt damit auf einfache, rein geometrische Weise den Weg des Lichtes auf Linien.[2]
Das Modell des Lichtstrahls, also eines auf eine Linie begrenzten Lichtbündels, entspricht nicht der physikalischen Realität,[2] ein solches Lichtbündel kann man daher nur angenähert realisieren.[1] Dennoch lässt sich mit Hilfe der Strahlenoptik die optische Abbildung, die Hauptthema der technischen Optik ist,[3] oft mit ausreichender Genauigkeit beschreiben.[4]
Beschränkt man die geometrische Optik auf Strahlen, die nahe der optischen Achse verlaufen und zu ihr parallel sind oder sie sehr flach schneiden, liegt die sogenannte paraxiale Optik vor. Dafür lassen sich geschlossene mathematische Abbildungsgleichungen finden. Man wendet diese Methode hauptsächlich an, um einige Kenngrößen eines Systems zu ermitteln: Brenn- und Schnittweite (objekt- und bildseitig), Lage der Haupt- und Knotenpunkte und der Ein- und Austrittspupille.[5]
Die geometrische Optik lässt sich mathematisch als Grenzfall der Wellenoptik für verschwindend kleine Wellenlängen des Lichts auffassen. Sie versagt aber auch in diesem Fall, wenn die Verhältnisse für Strahlen mit hoher Energiedichte oder nahe an der Grenze zum Schatten (kein Licht) untersucht werden sollen.[1]
Als allgemeinste Grundlage der Strahlenoptik lässt sich das Fermatsche Prinzip ansehen.[6] Es führt auf die beiden ersten der folgenden Axiome.[6]
Hauptanwendungsgebiet der Strahlenoptik ist die Behandlung der Abbildung durch optische Elemente, Geräte und Systeme, wie Linsen, Brillen, Objektive, Fernrohre und Mikroskope.
Auch das Raytracing-Verfahren in der 3D-Computergrafik beruht auf den Gesetzen der geometrischen Optik.
Die Luftspiegelungen durch eine heiße Luftschicht über sonnenbeschienenem Asphalt und andere Naturphänomene können auch durch Anwendung dieses Prinzips erklärt werden.
Effekte, die von der geometrischen Optik nicht beschrieben werden können, sind unter anderem:
Einige Methoden der geometrischen Optik, insbesondere die Matrizenoptik, übertragen sich jedoch auf das Konzept der Gaußstrahlen, welches die Effekte der Wellenoptik teilweise mit berücksichtigt.
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