Lichtoptische Analogien

Die folgenden Darstellungen erinnern an Eigenschaften von Lichtstrahlen, die auch bei Ionenstrahlen auftreten.

Brennpunkt
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Brennpunkte von Licht- und Ionenstrahl

Im Bild wird die Entstehung eines Brennpunkts aus (parallelem) Sonnenlicht mit Hilfe einer Linse dargestellt. Oben links ist die Leuchterscheinung abgebildet, die der Brennpunkt eines Ionenstrahls auf einem Quarzfenster in der Ionenstrahlanlage erzeugt.

Brechkraft 202
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Brechkraft der lichtoptischen Linse

Brechkraft und Brennweite einer Linse sind zueinander umgekehrt proportional. Das Bild zeigt, dass die Krümmung der Linsenfläche die Brechkraft bestimmt.

Strahlengang 203
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Strahlengang bei unterschiedlicher Gegenstandsweite

So, wie ein Parallelstrahl im Brennpunkt der Linse fokussiert wird, kann aus einer punktförmigen Lichtquelle, die sich im Brennpunkt der Linse befindet, ein Parallelstrahl erzeugt werden. Im Bild werden weitere Strahlverläufe dargestellt, deren Quellpunkte sich jedoch in anderen Entfernungen als f von der Mittelebene der Linse befinden. Die Strahlverläufe werden durch das Linsengesetz beschrieben, das die Brechkraft in Zusammenhang mit Gegenstandsweite und Bildweite setzt.

Spaltabbildung 204
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Abbildung eines Spalts

Das Bild illustriert, wie Bilder eines ‚beleuchteten‘ Gegenstands – hier eines Spalts – mit Hilfe einer Linse erzeugt werden. Bildgröße und Bildabstand bestimmen sich aus Gegenstandsgröße und Gegenstandsabstand mit Hilfe des Strahlensatzes. Das Verhältnis M von Bildgröße zu Gegenstandsgröße entspricht der Vergrößerung der Linse.

Chromatischer Bildfehler 205
Foto: Andreas Kolitsch
 

Chromatische Bildfehler

Die Brechkraft einer Linse ist für unterschiedliche Lichtwellenlängen unterschiedlich. Das Bild illustriert, wie die Farbkomponenten eines weißen, parallelen Lichtstrahls an unterschiedlichen Stellen fokussiert werden und somit der chromatische Bildfehler entsteht.

Sphärischer Bildfehler 206
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Sphärische Bildfehler

Das Bild zeigt, wie der sphärische Bildfehler entsteht: die äußeren Strahlteile werden stärker gebrochen, als die inneren. Der sphärische Bildfehler wächst mit der dritten Potenz des Strahlradius. Deshalb sollte man Linsen nur teilweise ausleuchten, um scharfe Abbildungen zu erhalten.


Unter der folgenden Adresse findet man mehr Information zur Lichtoptik:
http://www.mikroskopie.de/kurse/strahlen.htm