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Die Wellenoptik beschreibt Licht als elektromagnetische Welle und erklärt Phänomene wie Interferenz, Beugung und Polarisation, die über die Strahlenoptik hinausgehen.
Während die geometrische Optik Licht vereinfacht als gerade Strahlen betrachtet, befasst sich die Wellenoptik mit der Natur des Lichts als elektromagnetische Transversalwelle. Diese Betrachtung ist essenziell, um Effekte zu verstehen, die auftreten, wenn Licht auf Strukturen trifft, die ähnlich klein wie seine Wellenlänge sind.
Das fundamentale Huygenssche Prinzip besagt, dass jeder Punkt einer Wellenfront als Ausgangspunkt einer neuen, kugelförmigen Elementarwelle betrachtet werden kann. Die Einhüllende aller dieser Elementarwellen ergibt die neue Wellenfront zu einem späteren Zeitpunkt.
Wenn sich zwei oder mehr Wellen überlagern, tritt das Phänomen der Interferenz auf. Treffen zwei Wellenberge aufeinander, addieren sich ihre Amplituden zur konstruktiven Interferenz (Verstärkung). Trifft ein Wellenberg auf ein Wellental, kommt es zur destruktiven Interferenz (Auslöschung).
Damit ein zeitlich stabiles Interferenzmuster entstehen kann, müssen die Lichtquellen kohärent sein. Das bedeutet, dass sie die gleiche Frequenz besitzen und eine zeitlich konstante Phasenbeziehung zueinander aufweisen. Laserlicht ist ein typisches Beispiel für kohärentes Licht.
Die Beugung (Diffraktion) beschreibt die Abweichung von der geradlinigen Ausbreitung des Lichts an Hindernissen oder Öffnungen. Durch das Huygenssche Prinzip gelangen Elementarwellen auch in den geometrischen Schattenraum hinter einer Kante, was besonders deutlich wird, wenn die Öffnung etwa so groß wie die Wellenlänge ist.
Die Polarisation ist eine Eigenschaft, die nur bei Transversalwellen vorkommt. Sie gibt die Schwingungsrichtung des elektrischen Feldvektors an. Während natürliches Sonnenlicht unpolarisiert ist (in alle Richtungen schwingt), schwingt linear polarisiertes Licht nur in einer einzigen Ebene.
Der Gangunterschied (Delta s) ist die Differenz der Wegstrecken zweier Wellen von ihren Quellen zu einem Punkt. Beträgt dieser Gangunterschied ein ganzzahliges Vielfaches der Wellenlänge (k * Lambda), kommt es zur maximalen Verstärkung. Beträgt er ein ungeradzahliges Vielfaches der halben Wellenlänge ((2k+1) * Lambda/2), löschen sich die Wellen aus.
