Medizinische Physik 3: Medizinische Laserphysik [2004]

3 Beugungsoptik
R. Müller und T. Fernholz
3.1 Einführung und einfache Beispiele
3.1.1 Was ist Beugung?
Beugung tritt immer dann auf, wenn aus einem Lichtstrahl oder -bündel
ein Teil herausgeschnitten oder behindert wird. Bei ungenauer Betrachtung
werfen undurchsichtige Objekte Schatten, die sich leicht mit Hilfe der geometrischen
Optik beschreiben lassen. Aber genauso wie Schall in der Lage
ist, um ein Hindernis herumzukommen“, tritt auch ein Teil des Lichts in
”
den Schattenraum ein. Entscheidend für das Ausmaß der Beugung sind die
Wellenlänge des Lichts und die Dimensionen des Hindernisses.
3.1.2 Beispiele für Beugung
Für das Auftreten von Beugung finden sich viele Beispiele. Jedem bekannt
sind die schillernden Farben von CDs oder die kleinen Ringe, die an Unregelmäßigkeiten
im Glaskörper des Auges entstehen, wenn man in den blauen
Himmel blickt. Nachteilig wirkt sich Beugung bei optischen Instrumenten wie
Mikroskopen oder Teleskopen aus. Dort stellt sie einen limitierenden Faktor
für das Auflösungsvermögen dar. Sie wird aber auch ausgenutzt. Beispiele
hierfür sind Gitterspektrographen, Hologramme oder die Röntgenstrukturanalyse.
3.1.3 Das Huygens-Fresnel-Prinzip
Beugung lässt sich mit dem Prinzip von Huygens und Fresnel deuten. Dieses
Prinzip besagt, dass sich die Ausbreitung einer Welle dadurch beschreiben
lässt, dass von jedem Punkt einer Wellenfront sphärische Elementarwellen
ausgehen (Abb. 3.1). Diese sekundären Wellen überlagern sich zu einer neuen
Wellenfront. Wird ein Teil der Welle abgeschirmt, tragen nur die vom freien
Bereich ausgehenden Elementarwellen zur weiteren Ausbreitung bei.
Licht pflanzt sich deshalb geradlinig fort, weil bei einer unendlich gedachten,
ebenen Welle aus Symmetriegründen alle neuen Teilwellen nur in Richtung
senkrecht zur Front konstruktiv interferieren können. Wird diese Symmetrie
durch ein Hindernis gebrochen, kommt es sowohl im Schattenbereich
als auch im direkt beleuchteten Bereich zu Interferenzen, die ein räumliches
Beugungsmuster erzeugen.