Diegeometrische Optik oderStrahlenoptik bedient sich desStrahlenmodells desLichtes^[1] und behandelt damit auf einfache, rein geometrische Weise den Weg des Lichtes auf Linien.^[2]

Das Modell desLichtstrahls, 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 dieoptische Abbildung, die Hauptthema dertechnischen Optik ist,^[3] oft mit ausreichender Genauigkeit beschreiben.^[4]

Beschränkt man die geometrische Optik auf Strahlen, die nahe deroptischen Achse verlaufen und zu ihr parallel sind oder sie sehr flach schneiden, liegt die sogenannteparaxiale Optik vor. Dafür lassen sich geschlossene mathematische Abbildungsgleichungen finden. Man wendet diese Methode hauptsächlich an, um einige Kenngrößen eines Systems zu ermitteln:Brenn- undSchnittweite (objekt- und bildseitig), Lage derHaupt- undKnotenpunkte und derEin- undAustrittspupille.^[5]

Die geometrische Optik lässt sichmathematisch als Grenzfall derWellenoptik für verschwindend kleineWellenlängen 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 dasFermatsche Prinzip ansehen.^[6] Es führt auf die beiden ersten der folgendenAxiome.^[6]

• 1. Axiom: Inhomogenem Material sind die Lichtstrahlen gerade.
• 2. Axiom: An der Grenze zwischen zwei homogenenisotropen Materialien wird das Licht im Allgemeinen nach demReflexionsgesetz reflektiert und nach demBrechungsgesetz gebrochen.
• 3. Axiom: DerStrahlengang ist umkehrbar; bei Umkehrung der Richtung eines Strahls ändert sich sein Verlauf nicht.
• 4. Axiom: Die Lichtstrahlen durchkreuzen einander, ohne sich gegenseitig zu beeinflussen.

Hauptanwendungsgebiet der Strahlenoptik ist die Behandlung der Abbildung durch optische Elemente, Geräte und Systeme, wieLinsen,Brillen,Objektive,Fernrohre undMikroskope.

Auch dasRaytracing-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:

• dieBeugung, die dasAuflösungsvermögen optischer Instrumente begrenzt. Sie kann nur im Rahmen derWellenlehre oder derQuantenmechanik verstanden werden.
• dieInterferenz, die ebenfalls durch die Wellenlehre oder Quantenmechanik erfassbar ist. Sie ist z. B. für die Wirkungsweise derAntireflexbeschichtung von wesentlicher Bedeutung.
• diePolarisation, die quantenmechanisch mit demSpin derPhotonen zu tun hat, aber auch mit der Wellenlehre erklärbar ist. Sie ist im Zusammenhang mit derDoppelbrechung von Bedeutung und auch für die teilweise Reflexion an brechenden Flächen, wo sie die Quantität des reflektierten Lichts beeinflusst, sieheFresnelsche Formeln oderBrewster-Winkel.
• dieAbsorption und dieStreuung des Lichts.

Einige Methoden der geometrischen Optik, insbesondere dieMatrizenoptik, übertragen sich jedoch auf das Konzept derGaußstrahlen, welches die Effekte derWellenoptik teilweise mit berücksichtigt.

Wikibooks: Formelsammlung Physik: Optik: Geometrische Optik – Lern- und Lehrmaterialien

• Einführung in die Strahlenoptik Ausführliche Seite über Strahlenoptik mit vielen Beispielen, Bildern und Experimenten

1. ↑^abcHeinz Haferkorn:Optik. Physikalisch-technische Grundlagen und Anwendungen. 3., bearbeitete und erweiterte Auflage. Barth, Leipzig u. a. 1994,ISBN 3-335-00363-2, S. 35.
2. ↑^abHeinz Haferkorn:Optik. Physikalisch-technische Grundlagen und Anwendungen. 3., bearbeitete und erweiterte Auflage. Barth, Leipzig u. a. 1994,ISBN 3-335-00363-2, S. 11.
3. ↑Heinz Haferkorn:Optik. Physikalisch-technische Grundlagen und Anwendungen. 3., bearbeitete und erweiterte Auflage. Barth, Leipzig u. a. 1994,ISBN 3-335-00363-2, S. 157.
4. ↑Heinz Haferkorn:Optik. Physikalisch-technische Grundlagen und Anwendungen. 3., bearbeitete und erweiterte Auflage. Barth, Leipzig u. a. 1994,ISBN 3-335-00363-2, S. 180.
5. ↑Heinz Haferkorn:Optik. Physikalisch-technische Grundlagen und Anwendungen. 3., bearbeitete und erweiterte Auflage. Barth, Leipzig u. a. 1994,ISBN 3-335-00363-2, S. 184.
6. ↑^abHeinz Haferkorn:Optik. Physikalisch-technische Grundlagen und Anwendungen. 3., bearbeitete und erweiterte Auflage. Barth, Leipzig u. a. 1994,ISBN 3-335-00363-2, S. 37.

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