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[[Datei:Table of Opticks, Cyclopaedia, Volume 2.jpg|mini|hochkant=1.5|Tafel mit optischen Gerätschaften, 1728 ''[[Cyclopaedia]]'']]<br />
Die '''Optik''' (von {{grcS|ὀπτικός|optikós}} „zum Sehen gehörend, das Sehen betreffend“&nbsp;– {{lang|grc|ὀπτική [τέχνη]|optikḗ [téchnē]}}: „Lehre vom Sehen“), auch ''Lehre vom Licht'' genannt, ist ein Gebiet der [[Physik]] und beschäftigt sich mit der Ausbreitung von [[Licht]] sowie dessen Wechselwirkung mit Materie, insbesondere im Zusammenhang mit [[Optische Abbildung|optischen Abbildungen]].<br />
<br />
Unter Licht wird in der Regel der sichtbare Teil des [[Elektromagnetisches Spektrum|elektromagnetischen Spektrums]] im Bereich 380&nbsp;nm und 780&nbsp;nm (790&nbsp;THz bis 385&nbsp;THz) verstanden. Die Optik befasst sich mitunter auch mit den angrenzenden unsichtbaren Bereichen der [[Elektromagnetische Welle|elektromagnetischen Strahlung]] ([[Infrarot]], [[Ultraviolett]]).<br />
<br />
Viele Gesetzmäßigkeiten und Methoden der klassischen Optik gelten auch außerhalb dieser Bereiche, das erlaubt eine Übertragung der Erkenntnisse der Optik auf zum Beispiel die [[Röntgenstrahlung]] (siehe [[Röntgenoptik]]) sowie [[Mikrowellen]] und kürzere [[Funkwellen]].<br />
<br />
[[Teilchenstrahlung|Geladene Teilchen]] werden im [[Elektrisches Feld|elektrischen Feld]] oder im [[Magnetisches Feld|Magnetfeld]] abgelenkt oder gebündelt und es können [[Optische Abbildung|Abbildungen]] erzeugt werden, siehe [[Elektronenoptik]].<br />
<br />
== Teilbereiche der Optik ==<br />
[[Datei:Kepler - Ad Vitellionem paralipomena quibus astronomiae pars optica traditur, 1604 - 158093 F.jpg|mini| Die erste optische Abhandlung von [[Johannes Kepler]], ''Ad Vitellionem paralipomena quibus astronomiae pars optica traditur'', 1604]]<br />
<br />
Es werden zwei klassische Zugänge zur Lichtausbreitung unterschieden: Die [[Wellenoptik]] und die [[geometrische Optik]]. Grundlage der Wellenoptik ist die Wellennatur des Lichts. Die Gesetzmäßigkeiten der geometrischen Optik gelten für den Fall, dass die Abmessungen des optischen Systems sehr groß sind gegenüber der [[Wellenlänge]] des Lichts. Bei geringen Abmessungen der Komponenten gegenüber der Wellenlänge spricht man von der [[Mikrooptik]].<br />
<br />
Eine wichtige Teildisziplin der Optik ist die [[Quantenoptik]], die sich mit den Wechselwirkungen von Licht und Materie beschäftigt. Dabei spielt besonders der [[Quant|gequantelte]] Charakter des Lichts eine bedeutende Rolle.<br />
<br />
Daneben sind die [[nichtlineare Optik]] (bei der das Licht im Gegensatz zur ''linearen Optik'' das umgebende Medium beeinflusst und dadurch zusätzliche Effekte bewirkt) und die [[Fourieroptik]] von theoretischem und technischem Interesse. Ein [[interdisziplinär]]er Teilbereich ist die [[atmosphärische Optik]], in der [[Leuchterscheinung]]en in der [[Erdatmosphäre]] untersucht werden.<br />
<br />
=== Geometrische Optik ===<br />
{{Hauptartikel|Geometrische Optik}}<br />
<br />
[[Datei:Kepler-Fernrohr (Schema).svg|mini|Beispiel eines Strahlengangs anhand des [[Kepler-Fernrohr]]s]]<br />
In der geometrischen Optik wird Licht durch idealisierte Strahlen angenähert. Der Weg des Lichtes, etwa durch ein optisches Instrument, wird durch Verfolgen des Strahlenverlaufs konstruiert. Das [[Snelliussches Brechungsgesetz|snelliussche Brechungsgesetz]] beschreibt die [[Brechung (Physik)|Brechung]] des Lichtes an Grenzflächen zwischen [[Transparenz (Physik)|transparenten]] Medien mit verschiedenem [[Brechungsindex]] (an Oberflächen von [[Linse (Optik)|Linsen]] oder [[Prisma (Optik)|Prismen]]). Bei [[Reflexion (Physik)|Reflexion]] an [[Spiegel]]n und bei der [[Totalreflexion]] gilt die Regel, dass der Einfallswinkel dem Reflexionswinkel gleich ist. Mittels dieser Methode lassen sich [[Optische Abbildung|Abbildungen]], beispielsweise durch Linsen oder Linsensysteme ([[Mikroskop]], [[Teleskop]], [[Objektiv (Optik)|Objektiv]]) und die dabei auftretenden [[Abbildungsfehler]] behandeln. Eine wichtige Näherung ist die [[paraxiale Optik]], welche aus einer Linearisierung des Snelliusschen Brechungsgesetzes abgeleitet werden kann, und wichtige Begriffe wie [[Brennweite]] und [[Abbildungsmaßstab]] definiert.<br />
<br />
=== Wellenoptik ===<br />
{{Hauptartikel|Wellenoptik}}<br />
[[Datei:Refraction on an aperture - Huygens-Fresnel principle.svg|mini|Beugung am Spalt gemäß dem [[Huygenssches Prinzip|Huygensschen Prinzip]] ]]<br />
Als Wellenoptik wird der Bereich der Optik bezeichnet, der von der Wellennatur des Lichts handelt. Sie erklärt Phänomene, die durch die geometrische Optik nicht erklärt werden können, da bei ihnen die Welleneigenschaft des Lichtes relevant sind. Beispielsweise ist in der geometrischen Optik im Prinzip eine ideale Abbildung möglich, wohingegen die Wellenoptik zeigt, dass durch [[Beugung (Physik)|Beugungseffekte]] der Auflösung eine prinzipielle Grenze gesetzt ist; dies ist unter anderem bei [[Fotolithografie (Halbleitertechnik)|fotolithografischen]] Prozessschritten bei der Herstellung moderner [[Integrierte Schaltung|integrierter Schaltungen]] zu beachten. Wichtige Elemente der Wellenoptik sind:<br />
<br />
* [[Interferenz (Physik)|Interferenz]] zwischen einander überlagernden Wellenfronten.<br />
* [[Beugung (Physik)|Beugung]], die sich zeigt, wenn Licht sich durch kleine Spalten oder an Kanten entlang ausbreitet ([[Beugungsintegral]]).<br />
* [[Polarisation]] des Lichts.<br />
* [[Streuung (Physik)|Streuung]] des Lichts an Partikeln, die in dem Volumen, durch das das Licht fällt, verteilt sind.<br />
<br />
Die Wellenoptik kann auch Effekte beschreiben, die von der Wellenlänge des Lichts abhängen; man spricht dabei allgemein von [[Dispersion (Physik)|Dispersion]]. (Beispiel: [[Himmel (planetär)#Das Himmelsblau|„Warum ist der Himmel blau?“]]) Je nach oben genanntem Mechanismus müssen sehr verschiedene Modelle zur Beschreibung genutzt werden, die zu sehr unterschiedlichen Wellenlängenabhängigkeiten führen.<br />
<br />
Auf der Wellenoptik bauen die [[Kristalloptik]] und die [[Magnetooptik]] auf.<br />
<br />
=== Oberflächenphänomene ===<br />
[[Datei:PrismAndLight gespiegelt.jpg|mini|Lichtbrechung im Prismenspektrometer; Teilreflexion an beiden brechenden Flächen als Nebeneffekt]]<br />
Die Wechselwirkung von [[Licht]] mit wirklichen (d.&nbsp;h. nicht [[Idealisierung (Physik)|idealisierten]]) Oberflächen ist für die [[visuelle Wahrnehmung]] des Menschen bedeutsam, ist aber bislang nur unvollständig verstanden. Bedeutsam ist die [[Remission (Physik)|Remission]], also die [[Absorption (Physik)|Absorption]] eines Teils des Lichts sowie die Reflexion, Transmission beziehungsweise [[Streuung (Physik)|Streuung]] des restlichen Spektralanteils. Reflexion und Transmission lassen sich durch die [[Brechung (Physik)|Brechung]] des Lichts an den Grenzflächen beschreiben. Wiederum ist eine Wellenlängenabhängigkeit der meisten Mechanismen zu beachten, also deren [[Dispersion (Physik)|Dispersion]].<br />
<br />
Manche Oberflächen, wie etwa die menschliche Haut, sind in den obersten Hautschichten teilweise transparent, so dass optisch keine reflektierende Fläche, sondern eine reflektierende Schicht vorliegt. Eine abstrakte Beschreibung der optischen Vorgänge an derartigen Oberflächen ist kompliziert, und einer der Gründe, dass [[Bildsynthese|computergenerierte Bilder]] künstlich wirken können.<br />
<br />
== Das menschliche Auge ==<br />
Das [[Auge]] ist das optische [[Sinnesorgan]] des Menschen, es wertet den Reiz von Licht unterschiedlicher Wellenlänge an den [[Photorezeptor]]en zu [[Aktionspotential]]folgen der [[Retinale Ganglienzelle|Ganglienzellen]] der [[Netzhaut]] aus. Die [[Visuelle Wahrnehmung|physiologische Optik]] befasst sich mit der Optik und dem Aufbau des Auges. In der Medizin spricht man bei der das Auge betreffenden Medizin von der [[Augenheilkunde|Augenheilkunde (Ophthalmologie)]]; weiterhin existieren die beruflichen Fachgebiete der [[Augenoptik]] sowie der [[Optometrie]]. Der Vorgang des Sehens lässt sich mithilfe der Optik nur teilweise erklären. Das Gehirn spielt dabei eine große Rolle, denn es verarbeitet Informationen erst zu dem, was wir als Sehen bezeichnen. Dieser Teil fällt aber der Biologie zu. Alle durchsichtigen Teile des Auges wirken zusammen wie eine einzige Sammellinse und entwerfen ein stark verkleinertes, verkehrtes, wirkliches Bild.<br />
<br />
== Geschichte der Sehhilfen ==<br />
{{Siehe auch|Brille#Geschichte|titel1=Brille → Geschichte}}<br />
[[Datei:Scissors glasses.jpg|mini|hochkant|Französische Scherenbrille im Empire-Stil um 1805]]<br />
Mit der Entstehungsgeschichte von [[Sehhilfe]]n sind die auf [[Gotland]] gefundenen [[Visby-Linsen]] aus dem 11.&nbsp;Jahrhundert verbunden. Einige dieser Linsen können sich in der Abbildungsqualität mit heutigen Linsen messen.<br />
Die Herkunft der Visby-Linsen ist trotz genauer Analyse unklar, die Verarbeitung von [[Quarz|Bergkristall]] war aber bereits im 11.&nbsp;Jahrhundert weit verbreitet.<br />
<br />
Der arabische Gelehrte [[Alhazen|Ibn Al-Haitham]] (996–1038) schrieb über das Sehen, die [[Refraktion (Augenoptik)]] und die Reflexion in seinem Buch „Schatz der Optik“.<ref>Abu-'Ali Al-Hasan Ibn Al-Haytham: ''Kitab-al-Manazir.'' (deutsch: „Schatz der Optik“).</ref><ref>{{Literatur |Autor=Ian P. Howard |Titel=Basic Mechanisms |Verlag=Porteous |Ort=Toronto |Datum=2002 |ISBN=0-9730873-0-7 |Seiten=16 ff. |Kommentar=''Seeing in Depth.'' Band 1}}</ref> Um 1240 wurde das Buch ins [[Latein]]ische übersetzt. Genial war seine Überlegung, das Auge mit geschliffenen Linsen zu unterstützen. Europäische Mönche griffen diesen Gedanken auf und fertigten später als im Orient halbkugelige Plankonvexlinsen für Sehhilfen ([[Lesestein (Optik)|Lesesteine]]).<br />
<br />
== Technische Optik ==<br />
{{Hauptartikel|Technische Optik}}<br />
Das Design, die Auslegung und die Fertigung optischer Systeme wird als '''technische Optik''' bezeichnet und zählt im Unterschied zur physikalischen Optik zu den [[Ingenieurwissenschaft]]en, da hier die konkrete Konstruktion und Herstellung optischer Geräte sowie die Konzeption spezifischer Strahlengänge im Vordergrund stehen. Bedeutende Vertreter dieser Fachrichtung waren unter anderen [[Johannes Kepler]], [[Eustachio Divini]]<ref>S. A. Bedini, A. G. Bennett: ''‚A treatise on optics‘ by Giovanni Christoforo Bolantio.'' In: ''Ann. Sc.'' Band 52, 1995, S. 103–126.</ref> (1610–1685), [[Joseph von Fraunhofer]] und [[Ernst Abbe]].<br />
<br />
Sie stellt eine inhaltliche Verknüpfung der Teilgebiete Optische [[Messtechnik]], [[Lasertechnik]] und theoretische Optik (einschließlich [[Mikrooptik]], [[Lichttechnik]] oder [[Faseroptik (Fachbereich)|Faseroptik]]) dar. Anwendung findet die technische Optik unter anderem in der [[Projektion (Optik)|Projektionstechnik]], [[Holografie]] und [[Fotografie]] sowie in der Spektroskopie.<br />
<br />
Im Folgenden sind die wichtigsten Bauelemente, Komponenten und Geräte aufgelistet.<br />
<br />
'''Optische Bauelemente'''{{Anker|Optische Bauelemente}}<br />
* [[Lichtquelle|Strahlungsquelle]]<br />
* [[Linse (Optik)|Linse]]<br />
* [[Fresnel-Zonenplatte]]<br />
* [[Filter (Optik)|Filter]]<br />
* [[Planplatte]]n<br />
* [[Wellenplatte]]<br />
* [[Spiegel]]<br />
* [[Prisma (Optik)|Prisma]]<br />
* [[Optisches Gitter|Beugungsgitter]]<br />
* [[Blende (Optik)|Blende]]<br />
* Empfänger: [[Projektionsfläche]], [[Bildebene (Optik)|Filmebene]], [[Strahlungsdetektor]]<br />
<br />
'''Optische Komponenten'''<br />
* [[Kondensor]]<br />
* [[Objektiv (Optik)|Objektiv]]<br />
* [[Fresnel-Linse]]<br />
* [[Nicolsches Prisma|Doppelprisma]]<br />
* [[Ulbricht-Kugel]]<br />
* verschiedene aktive Komponenten: [[Modulator]]en, spezielle [[Lichtquelle]]n und [[Optischer Detektor|optische Detektoren]]<br />
<br />
'''Optische Geräte'''{{Anker|Optische Geräte}}<br />
* [[Ophthalmometer]]<br />
* [[Lupe]]<br />
* [[Lesestein (Optik)|Lesestein]]<br />
* [[Brille]]n<br />
* [[Teleskop|Fernrohr]]<br />
* [[Fernglas]]<br />
* [[Spektiv]]<br />
* [[Mikroskop]]<br />
* [[Spektroskop]]<br />
* [[Laser]]<br />
* [[Polarimeter]]<br />
* [[Stereoskop]]<br />
* [[Laserlink]]<br />
* [[Polarisator]]<br />
* [[Anomaloskop]]<br />
* [[Kamera]]<br />
* [[Entfernungsmesser (Kamera)]]<br />
* [[Refraktometer]]<br />
* [[Lidar]]<br />
* [[Tachymeter (Geodäsie)|Tachymeter]]<br />
* [[Teleskop]]<br />
<br />
== Bekannte Optiker ==<br />
Bekannte Optiker waren [[Ernst Abbe]], [[Alhazen]], [[Laurent Cassegrain]], [[John Dollond]], [[Peter Dollond]], [[Benjamin Franklin]], [[Joseph von Fraunhofer]], [[Hans-Joachim Haase (Augenoptiker)|Hans-Joachim Haase]], [[Hans Lipperhey]], [[Zacharias Janssen]], [[Christiaan Huygens]], [[Johannes Kepler]], [[Antoni van Leeuwenhoek]], [[Johann Nathanael Lieberkühn]], [[Dmitri Dmitrijewitsch Maksutow]], [[Isaac Newton]], [[Josef Maximilian Petzval]], [[Hermann Pistor]], [[Carl Pulfrich]], [[Christoph Scheiner]], [[Bernhard Schmidt (Optiker)|Bernhard Schmidt]], [[Philipp Ludwig von Seidel|Ludwig Seidel]] und [[August Sonnefeld]].<br />
<br />
== Siehe auch ==<br />
* [[Kunststoffoptik]]<br />
* [[Visuelle Wahrnehmung]], [[Optische Täuschung]]<br />
* [[Brillouin-Streuung]]<br />
* [[Opazität]]<br />
* [[Tarnkappe]]<br />
<br />
== Literatur ==<br />
<!--alphabetisch sortiert--><br />
* Friedrich Wilhelm Barfuß: ''Populäres Lehrbuch der Optik, Katoptrik und Dioptrik.'' 2. Auflage. 1860 ({{Google Buch|BuchID=9TN7hRaxPwQC|Linktext=Digitalisat}}).<br />
*Joachim Rienitz: ''Historisch-physikalische Entwicklungslinien optischer Instrumente. Von der Magie zur partiellen Kohärenz.'' Pabst, Lengerich 1999, ISBN 3-934252-13-3.<br />
* Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer: ''Optik.'' 10. Auflage. De Gruyter, Berlin 2004, ISBN 3-11-017081-7 (''[[Bergmann-Schaefer Lehrbuch der Experimentalphysik|Lehrbuch der Experimentalphysik]].'' Band 3).<br />
* [[Max Born]], [[Emil Wolf]]: ''Principles of Optics.'' 7. Auflage. Cambridge University Press, Cambridge 1999, ISBN 0-521-64222-1.<br />
* [[Heinz Haferkorn]]: ''Optik.'' 4. Auflage. Wiley-VCH, Weinheim 2003, ISBN 3-527-40372-8.<br />
* [[Eugene Hecht]]: ''Optik.'' 4. Auflage. Oldenbourg, München 2005, ISBN 3-486-27359-0.<br />
* Dietrich Kühlke: ''Optik.'' 2. Auflage. Deutsch, Frankfurt am Main 2004, ISBN 3-8171-1741-8.<br />
* Gerd Litfin: ''Technische Optik in der Praxis.'' 3. Auflage. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, ISBN 3-540-21884-X.<br />
* [[Olivier Darrigol]]: ''A History of Optics: From Greek Antiquity to the Nineteenth Century.'' Oxford University Press, 2012. ISBN 978-0-19-964437-7<br />
<br />
== Weblinks ==<br />
{{Wikibooks|Optik}}<br />
{{Wiktionary|Optik}}<br />
{{Wikibooks|Formelsammlung Physik: Optik|Formelsammlung Optik}}<br />
{{Wikibooks|Digitale bildgebende Verfahren}}<br />
{{Commonscat|Optics|Optik}}<br />
<br />
== Einzelnachweise ==<br />
<references /><br />
<br />
{{Normdaten|TYP=s|GND=4043650-0|LCCN=sh85095181|NDL=00566143}}<br />
<br />
[[Kategorie:Optik| ]]<br />
[[Kategorie:Physikalisches Fachgebiet]]</div>imported>Graph Pixel