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Lexikon der Optik: geometrische Optik

geometrische Optik, Strahlenoptik, Teilgebiet der Optik, das bei Vernachlässigung der Beugung die Ausbreitung und Ablenkung des Lichtes sowie die optische Abbildung auf der Basis des Malusschen Satzes und des daraus folgenden Reflexions- und Brechungsgesetzes mit Hilfe von Lichtstrahlen beschreibt, die die Orthogonaltrajektorien von durch Beugung nichtgestörten Wellenflächen sind. Die g. O. ergibt sich aus der Wellenoptik entweder als Spezialfall unendlich kleiner Wellenlängen oder unendlich großer Aperturen. Sie setzt geradlinige Ausbreitung in homogenen Medien, Umkehrbarkeit der Strahlen und die Unabhängigkeit (keine gegenseitige Beeinflussung) sich kreuzender Lichtstrahlen voraus.

Das geometrisch-optische Strahlenmodell ist nur in gewisser Entfernung von der Schattengrenze und von Stellen hoher Energiekonzentration gültig. Den Lichtstrahlen sind formal durch die die chromatische Aberration erzeugende Dispersion und durch die eine Interferenzauslöschung verhindernde Konstanz der optischen Weglänge (Malusscher Satz) zwischen optisch konjugierten geometrisch-optischen Objekt- und Bildpunkten, die jeweils die Schnittpunkte entsprechender Lichtstrahlen sind, wellenoptische Aspekte zugeordnet. Im allgemeinen schneiden sich aber (bis auf die Spezialfälle der aplanatischen Abbildung und der Abbildung durch Asphären) infolge der geometrisch-optischen Aberrationen die von einem Objektpunkt ausgehenden Lichtstrahlen – im Gegensatz zu den Strahlen der Gaußschen Abbildung, die nur im paraxialen Gebiet der g. O. entspricht, – nicht im Gaußschen Bildpunkte, sondern nur in dessen Umgebung, d.h., die geometrisch-optische Abbildung durch Reflexion und durch Brechung an Spiegeln und Linsen kann nur räumlich begrenzte Objektpunktstrukturen in eine aus geometrisch-optischen Zerstreuungsfiguren (Spotdiagramm) bestehende Bildstruktur überführen (Abb.).

Die g. O. gliedert sich in die geometrisch-optische Abbildung, in die Strahlenbegrenzung durch Blenden und in die Theorie der optischen Instrumente. Ihr wichtigstes Anwendungsgebiet ist die konstruktive Optik (Optikrechnen).



Geometrische Optik: Geometrisch-optische (--) und Gaußsche Abbildung (--) durch eine brechende Fläche.
n und n' Brechzahlen,

und F' Brennpunkte, H und H' Hauptpunkte.

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