Die Optik als Teilgebiet der Physik wird in Strahlenoptik und Wellenoptik unterteilt.
Strahlenoptik
Der Bereich der Optik, in dem man optische Erscheinungen mit dem Modell
Lichtstrahl beschreibt, wird als Strahlenoptik bezeichnet. Die Beschreibung
mit dem Modell Lichtstrahl ist überall dort sinnvoll, wo keine Wellenerscheinungen
auftreten oder wo sie zumindest keine Rolle spielen. Damit kann man in
der Strahlenoptik z. B. beschreiben:
- die geradlinige Ausbreitung des Lichtes in einem Medium,
- die Bildung von Schatten hinter beleuchteten Körpern,
- die Reflexion von Licht,
- die Brechung von Licht,
- den Lichtweg beim Auge sowie bei optischen Geräten (Lupe, Mikroskop, Fernrohr, Fotoapparat usw.).
Wellenoptik
Der Bereich der Optik, in dem man optische Erscheinungen mit dem Modell
Lichtwelle beschreibt, wird als Wellenoptik bezeichnet. Die Anwendung
dieses Modells ist überall dort notwendig, wo Wellenerscheinungen
des Lichtes eine Rolle spielen.
So sind z.B. bei engen Spalten, sehr kleinen Öffnungen und schmalen
Hindernissen Beugung und Interferenz die typischen Erscheinungen (Bild
2). Zur Beschreibung versagt das Modell Lichtstrahl. Die genannten Erscheinungen
lassen sich nur mit dem Modell Lichtwelle beschreiben und erklären.
Mit dem Modell Lichtwelle werden in der Wellenoptik solche wellentypischen Erscheinungen beschrieben und erklärt wie
- die Beugung von Licht an schmalen Spalten, Kanten und Hindernissen,
- die Interferenz (Überlagerung) von Licht mit Bereichen der Verstärkung und Auslöschung,
- die Entstehung der Farben dünner Schichten,
- die Polarisation von Licht.
Aus Bild 3 ist erkennbar, welcher Zusammenhang zwischen Lichtstrahlen und Lichtwellen besteht: Die Lichtstrahlen stehen immer senkrecht auf den Wellenfronten, mit denen man Wellen darstellt.
Damit ist auch klar: Solche Erscheinungen wie die Ausbreitung von Licht von einer Lichtquelle aus, die Reflexion oder die Brechung von Licht kann man sowohl in der Strahlenoptik als auch in der Wellenoptik beschreiben.
Beugung oder Interferenz dagegen lassen sich nur in der Wellenoptik beschreiben.
Darüber hinaus ermöglicht es die Wellenoptik, bestimmte Erscheinungen auch zu erklären. Das gilt z.B. für die Ausbreitung von Licht von einer Lichtquelle aus (Bild 4). Das Licht breitet sich von der Lichtquelle aus geradlinig aus. Ursache dafür ist, dass nach dem Prinzip von HUYGENS jeder Punkt, der von Licht getroffen wird, Ausgangspunkt einer Elementarwelle ist, wobei sich die von jedem Punkt ausgehenden Elementarwellen zu einer neuen Wellenfront überlagern, so wie es in Bild 4 dargestellt ist. Damit lässt sich in der Wellenoptik auch die Reflexion und die Brechung erklären.