Technische Optik in der Praxis

2 Wellenoptik
2.1 Licht als Wellenphänomen
Die Prozesse der Lichterzeugung und die physikalisch-technischen Wirkungen
von Licht lassen sich am einfachsten beschreiben und verstehen, wenn
die Vorstellung von Licht als einem Strom von Teilchen, den sogenannten
Photonen, bei der Beschreibung der auftretenden Effekte verwendet wird. Im
Gegensatz dazu wird Licht im Wellenbild beschrieben, wenn die Lichtausbreitung
im Raum, aber auch viele Formen der Wechselwirkung zwischen Licht
und Materie möglichst einfach behandelt werden sollen. Diese Doppelnatur
des Lichts ist in der Literatur unter dem Begriff ,,Welle-Teilchen-Dualismus“
bekannt; die Verbindung zwischen beiden Darstellungen wird dort ausführlich
behandelt, der scheinbare Widerspruch zwischen beiden Darstellungen kann
problemlos beseitigt werden.
Die Wellenoptik erklärt eine Vielzahl technisch wichtiger optischer Erscheinungen
und ist die Basis vieler optischer Systeme, dazu gehören u. a.
alle Interferometer und polarisationsoptischen Geräte. Die wellenoptischen
Phänomene begrenzen letztlich das Auflösungsvermögen auch perfekter optischer
Systeme und bilden die Grundlage für reflexionserhöhende und -vermindernde
Schichtsysteme.
In diesem Kapitel wird ausschließlich der Wellencharakter von Licht dargestellt.
Detailliertere und auch weiterführende Darstellungen finden sich in
der Literatur. In [1] und [2] werden die theoretischen Grundlagen der Wellenoptik
ausführlich dargestellt und in präziser Form sehr weitreichende Ergebnisse
hergeleitet. In [3] wird eine umfangreiche Darstellung insbesondere
experimenteller Ergebnisse gegeben, wobei auch auf neue Erkenntnisse wie
z. B. Quantenoptik und Laserphysik eingegangen wird. Eine Zusammenfassung
vieler Ergebnisse aus der optischen Praxis, auch auf Komponenten- und
Systemebene, und eine Vielzahl nützlicher Daten und Formeln, teilweise mit
Herleitung, findet sich in [4].
2.1.1 Elektromagnetische Wellen
Eine elektromagnetische Welle beschreibt die Ausbreitung von zwei physikalischen
Größen, nämlich des elektrischen Feldes und des magnetischen Feldes,
im Raum wie auch den zeitlichen Verlauf dieser Größen. Da diese Größen
Feldgrößen sind, haben sie nicht nur einen Betrag wie jede physikalische
Größe, sondern auch eine Richtung; sie werden daher zweckmäßigerweise