Das von einer Lichtquelle ausgehende Licht kann mithilfe verschiedener
Modellvorstellungen beschrieben werden. Zu den einfachsten Modellen der
Lichtausbreitung gehören Lichtstrahlen.
Mit Blenden und Öffnungen kann man aus dem Licht von Lichtquellen
Lichtbündel gewinnen. Es ist sorgfältig zwischen dem Modell
Lichtstrahl und dem Licht und
Lichtbündeln als Realität
zu unterscheiden.
Das Modell Lichtstrahl beschreibt den Weg, den das Licht zurücklegt (Bild 1).
Anschaulich entspricht der Lichtstrahl einem sehr feinen Strich, den man auf ein Blatt Papier gezeichnet hat. Diese Eigenschaft kann man sich zunutze machen, wenn man die Lichtwege bei Linsen, Prismen oder in optischen Geräten geometrisch konstruieren möchte.
Leuchtet eine Lichtquelle beständig, dann besitzen die von ihr ausgehenden
Lichtstrahlen in der einfachsten Vorstellung Ausgangspunkte, die auf der
Oberfläche der Lichtquelle liegen.
Wie man durch verschiedene Experimente sehr gut nachweisen kann, besitzt
Licht die Eigenschaften elektromagnetischer Wellen. Da es sich bei elektromagnetischen
Wellen um solche Wellen handelt, bei denen die physikalischen Größen
(hier elektrische und magnetische Feldstärke) senkrecht zur Ausbreitungsrichtung
schwingen, das Modell Lichtstrahl aber
dazu im Gegensatz von einem näherungsweise unendlich dünnen
Ausbreitungsstrahl ausgeht, kann dieses Modell auch nur in eingeschränkten
und auf gewisse Anwendungsbereiche begrenzten Fällen anwendbar sein.
Diese Fälle werden innerhalb der Optik in dem physikalischen Teilgebiet
der Strahlenoptik oder der
geometrischen Optik beschrieben.
Man darf sich die Strahlenoptik aber nicht als ein einfaches Arbeitsfeld
vorstellen. Die Entwicklung vieler optischer Geräte wie Fernrohre,
Mikroskope oder Fotoapparate beruht wesentlich auf teilweise sehr komplizierten
Überlegungen, die im Modell Lichtstrahl erfolgt sind.
Neben den Lichtstrahlen spielen Lichtbündel
bei der Erklärung der Lichtausbreitung eine wichtige Rolle. Ein Lichtbündel
ist ein räumlich begrenzter Bereich, in dem sich Licht ausbreitet.
Begrenzt wird ein Lichtbündel durch Randstrahlen.
Man unterscheidet drei Hauptformen von Lichtbündeln:
- divergierende Lichtbündel
- parallele Lichtbündel und
- konvergierende Lichtbündel
Divergierend sind die Lichtbündel dann, wenn sie in Ausbreitungsrichtung des Lichtes auseinanderlaufen.
Konvergierende Lichtbündel verengen sich in Ausbreitungsrichtung des Lichtes.
Parallele Lichtbündel verändern sich in der Breite nicht. Solche parallelen Lichtbündel sind eine stark idealisierte Modellvorstellung, da sie in der Natur kaum vorkommen. Das künstliche Licht von Lasern besteht aus fast parallelem Licht und wird daher genutzt, wenn man parallele Lichtbündel für Untersuchungen oder zur Konstruktion optischer Geräte benötigt.