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Gradiëntoptica
Eine Verlaufslinse mit einem in radale X-Richtung parabolischer Brechungsindex nein. Das Licht wird ähnlich wie bei einem herkömmlichen Objektiv fokussiert.

Verlaufsoptik[1] ist der Teilbereich der Optik das beschäftigt sich mit dem Verhalten von Licht in Materialien mit a allmählich abgelaufen Brechungsindex. In solchen Materialien, a Lichtstrahl, abhängig von Winkel, "gebrochen" entlang einer geschwungenen Linie.

unten Verlaufsoptik[1] gemeint sind optische Komponenten auf Basis von Gradientenoptiken.

Ablenkwinkel

Wenn ein Lichtstrahl von einem Material zum anderen übergeht, ändert sich seine Ausbreitungsrichtung entsprechend der Das Brechungsgesetz von Snellius. Dies gilt auch dann, wenn sich der Brechungsindex nicht sprunghaft, sondern allmählich ändert. Und das gilt auch für den Winkel, aus dem Totalreflexion tritt ein.

Verlaufsgläser

Die optischen Eigenschaften kontinuierlich fortschreitender Materialübergänge werden beispielsweise in Gradientenlinsen gemessen (GRINSEN-Linsen; aus dem Englischen GRBegleiterimDex-Linsen[2]) angewendet. Diese sind zylindrischtransparente optische Komponenten mit einem in radialer Richtung abnehmenden Brechungsindex. Typischerweise nimmt der Brechungsindex quadratisch mit dem Abstand von der Achse ab (parabolisch Gradient). Ein kurzer Stock aus solchem ​​Material wirkt als zusammenlaufend Linse, hat aber flache Enden. Dies vereinfacht die Herstellung, die Miniaturisierung und Verbindung zu anderen optischen Komponenten. Im Vergleich zu herkömmlichen Objektiven bietet die ebene Oberfläche solcher Objektive Vorteile insbesondere beim Anschluss an ein Glasfaserkabel. GRIN-Linsen werden besonders dort eingesetzt, wo viele optische Elemente auf kleinem Raum benötigt werden, wie z Kopierer und Scanner.

Im Gegensatz zur Form geschliffener Linsen lässt sich der radiale Verlauf des Brechungsindex bei der Herstellung kaum exakt beeinflussen. Auch für große Linsendurchmesser gibt es kein wirtschaftlich sinnvolles Herstellungsverfahren. GRIN-Linsen sind daher weniger geeignet für hochauflösende optische Systeme, wie z Kameraobjektive.

Die am häufigsten verwendete Produktionstechnik für GRIN-Glaslinsen ist Ionenaustausch. so kann natriumhaltig Glas in Flüssigkeit Lithium untergetaucht sein. Durch Diffusion wird dann Teil der Na-Ionen im Glas durch Li . ersetztIonen, wobei der resultierende Lithiumgehalt an der Oberfläche höher ist als im Inneren des Materials. Nach dieser Behandlung weist das Glas einen Materialgradienten und einen entsprechenden Brechungsindexgradienten auf.

Verlaufsfasern

Bestimmte Lichtwellenleiter, die sogenannten Gradientenfasern, einen allmählich radial nach außen abnehmenden Brechungsindex aufweisen. Biene Multimode-Lichtwellenleiter hat das den vorteil, dass die Dispersion von den verschiedenen Modi kleiner ist als bei einem abgestuften Brechungsindex.

Weitere Beispiele

Ein alltägliches Beispiel für einen optischen Verlaufseffekt ist der Fata Morgana. Über einer sonnenbeheizten Asphaltstraße ist aus größerer Entfernung eine Wasserpfütze – in Wirklichkeit ein glitzerndes Spiegelbild des Himmels – zu sehen. Dies liegt daran, dass die heiße Luft knapp über der Fahrbahn einen niedrigeren Brechungsindex hat als die kühlere und damit dichtere Luft darüber. Durch diesen Gradienten des Brechungsindex wird Licht, das unter einem kleinen Winkel auf die Fahrbahn einfällt, bogenförmig umgelenkt, so dass es in das Auge des Fahrers fällt.

der Mensch Augenlinse hat einen radial abnehmenden Brechungsindex. Sie reicht von etwa 1,406 in den inneren Schichten bis etwa 1,386 in den weniger dichten äußeren Schichten.[3] Dadurch kann das Auge mit wenig gut fokussieren Abweichung, nah und fern.[4] Die Augenlinse basiert also auf einer Kombination aus normaler Linsenwirkung und Gradienteneffekten.

Aufgrund der Dichtegradienten in der Erdatmosphäre hauptsächlich lange Welle Funkwellen werden teilweise zur Erde zurückgebogen. Deshalb sind diese Langwellensender oft noch auf sehr große Entfernungen empfangbar.[5]

Siehe auch

Literatur