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Optik

Optik (griech. optike "Lehre vom Sichtbaren", optiko "zum Sehen gehörig", zu opsis "das Sehen") ist ein Bereich der Physik.

Im ersten Fall spricht man von der biologischen Optik, im zweiten Fall von der physikalischen Optik.
Die biologische Optik gliedert sich in die physiologische Optik, die Lehre von den Vorgängen im Auge und in den nervösen Leitungsbahnen vom Auge zum Gehirn und in die psychologische Optik, die Lehre von den Vorgängen der optischen Wahrnehmung. Es handelt sich bei dieser Gliederung nur um eine formale und bedingte, da beim Sehvorgang das physiologische und psychologische Geschehen sowie zusätzlich auch das physikalische Geschehen als ein ganzheitlicher Vorgang aufgefaßt werden muß. Die einzelnen Anteile bei diesem Geschehen lassen sich nicht eindeutig trennen oder getrennt untersuchen, sondern wirken vielmehr immer gemeinsam.

Biologische Optik

Eng verknüpft mit der biologischen Optik ist die ophthalmologische Optik, die sich von der medizinischen Seite her mit den Vorgängen im menschlichen Sehorgan befaßt. Einen großen Raum nehmen hier die Sehstörungen ein einschließlich der Versuche zur Erklärung ihrer Ursachen und der Bemühungen zur Beseitigung der durch sie hervorgerufenen Beeinträchtigungen des Sehvorganges. Die Augenoptik dient der wissenschaftlichen Bestimmung und der technischen Fertigung und Anpassung einer Sehhilfe — meistens einer Brille — zur Beseitigung oder Minderung der Sehstörungen, bei denen sich durch ein optisches Korrektionsmittel eine Steigerung der Sehleistung erreichen läßt. Infolge der großen allgemeinen Bedeutung der Augenoptik und der damit in Verbindung stehenden größeren Anzahl von als Augenoptiker berufstätigen Menschen wird für die letzteren vielfach, jedoch nicht sehr sinnvoll, die abgekürzte Bezeichnung Optiker benutzt und für diesen Berufszweig auch schlechthin das Wort Optik gewählt.

Physikalische Optik

Bei der physikalischen Optik oder der Lehre vom Licht wird eine Unterteilung in die klassische Optik und in die Quantenoptik vorgenommen. Diese Einteilung ist historisch bedingt und hängt mit den Vorstellungen über die Ausbreitung des Lichts zusammen. Demgemäß gliedert sich die klassische Optik wiederum in die geometrische Optik (oder Strahlenoptik) und in die Wellenoptik. In der geometrischen Optik wird eine geradlinige Aus­breitung der Lichtstrahlen angenommen, womit die Erscheinungen der Lichtreflexion und der Lichtbrechung erklärt und behandelt werden können. Auch alle Fragen, die mit der Dispersion durch Brechung zusammenhängen, können durch die Gesetzmäßigkeiten der geometrischen Optik erfaßt werden. Die angewandte Optik ist so weit ein Teil der geometrischen Optik, wie sie Strahlengänge durch Linsen, Linsensysteme und Prismen, vielfach in Verbindung mit Reflexionen an spiegelnden Flächen, behandelt. Ausgedehnte Gebiete der instrumentellen Optik, vielfach in Zusammenhang mit der optischen Abbildung stehend, werden unter fast ausschließlicher Anwendung der geometrischen Optik durchgeführt, etwa die Berechnung und Entwicklung von Fernrohren, Mikroskopen und Photoobjektiven. Auch die instrumentelle Spektroskopie, also die Entwicklung von Spektralapparaten und Spektralphotometern, bedient sich der geometrischen Optik, soweit Dispersionsprismen zur spektralen Zerlegung des Lichts Anwendung finden. Hier wird der Begriff Optik und Licht weit über die Grenzen des sichtbaren Spektralbereichs, in dem das Auge empfindlich ist, in das Ultraviolette und das Infrarote ausgedehnt.

Die Quantenoptik macht die Annahme, daß die Ausbreitung des Lichts in Form von Licht­quanten erfolgt, deren energetische Größe sich jeweils aus dem Produkt der Frequenz der Lichtstrahlung und dem Planckschen Wirkungsquantum ergibt. Je kurzwelliger eine Strahlung ist, um so größer ist die Frequenz und um so größer der Energieinhalt der Lichtquanten. Verschiedene optische Vorgänge, insbesondere der lichtelektrische Effekt, lassen sich nur nach der Quantenoptik erklären. Die Entstehung von Licht in Form diskreter Spektrallinien (Atomspektren, Molekülspektren) ist nur nach quantenoptischer Vorstellung zu deuten und steht in innigem Zusammenhang mit den Vorstellungen über den Aufbau der Atome und Moleküle, wie überhaupt die Entwicklung der Atomphysik durch die Spektroskopie entscheidend gefördert wurde.
Die Wellenoptik besteht in vollem Maß neben der Quantenoptik; bei vielen optischen Vorgängen ist der wellenoptischen, bei anderen der quantenoptischen Vorstellung der Vorrang zu geben. Bei der quantenoptischen Vorstellung ist dann den Lichtquanten u. U. auch eine Masse zuzuordnen. Umgekehrt haben schnell bewegte Massenteilchen, etwa Elektronenstrahlen, auch einen Wellencharakter, und es können für sie wellenoptische Vorstellungen herangezogen werden. Hierauf beruht die Elektronenoptik, die vor allem in der Elektronenmikroskopie außerordentlich erfolgreich elektronenoptische Abbildungen liefert, die viele Analogien zur normalen optischen Abbildung in Mikroskopen aufweisen und die letzteren bezüglich der erreichbaren Vergrößerung übertreffen. Die Tatsache, daß sowohl den Massestrahlen als auch den elektromagnetischen Strahlen unter gewissen Umständen ein Wellencharakter oder ein Teilchencharakter zugeordnet ist, wird auch Dualismus genannt.


 
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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 30.09. 2018