In der vergangenen Ausgabe haben wir Sie gebeten uns Fragen rund um das Thema Optik zu schicken. Dr. Hesse hat sich in diesem Artikel einigen der Fragen angenommen und beantwortet.

Die erste Frage beschäftigt sich mit der Vergütung der Linsen.

Wenn Licht von einem Medium in das Andere eintritt, wird ein Teil des Lichts reflektiert, während der Rest des Lichts in das neue Medium eindringt.

Wie viel von dem Licht reflektiert wird, hängt unter anderem von den Brechzahlen der beiden Medien ab. Je höher der Brechzahlunterschied ist, desto stärker ist die Restreflexion an der Linsenoberfläche.

Nimmt man Luft und Glas als Medien an, so kann man über den Daumen gepeilt sagen, dass bei jedem Übergang ca. 4% des Lichtes verloren gehen würden.

Bei 14 Glas/Luft bzw. Luft/Glas Linsen in einem durchschnittlichen Zielfernrohr mach das einen Verlust von ca. 43.5% des Lichts – also eine verbleibende Transmission von 56.5%.

Die so genannten Antireflex-Beschichtungen, werden auf die Linsen aufgebracht um diese Rückreflexion zu minimieren. Um eine detailliertere Erklärung der Funktionsweise zu liefern, müsste man tiefer in physikalische und mathematische Zusammenhänge der Fresnelschen Gleichungen eintauchen. An dieser Stelle kann nur eine stark vereinfachte, anschauliche Erklärung gegeben werden:

Man kann sich Licht als eine Welle vorstellen. Aus dem Physikunterricht kennt man das Spaltexperiment, bei dem aus einem Lichtstrahl nach dem Spaltdurchtritt auf einem Schirm helle und dunkle Streifen entstehen – durch die so genannte Interferenz des Lichts. Dabei überlagern sich Wellenberge mit Wellentälern und löschen sich gegenseitig aus. Das Ergebnis ist ein dunkler Bereich.

Ein analoges Phänomen wird bei der Schichtauslegung zur Reflexionsminderung verwendet.

Bringt man eine Schicht auf der Glasoberfläche auf, deren Brechungsindex zwischen dem von Luft und Glas liegt, so tritt Reflexion sowohl an der Schichtoberfläche als auch am Übergang von der Schicht in das Glas auf. Bei den Linsen tritt dann abhängig von der Schichtdicke und Brechzahl bei der Reflexion ein Phasenversatz auf – beträgt dieser eine halbe Wellenlänge, so tritt die oben beschriebene Auslöschung auf und die Reflexion findet nicht statt.

Da diese Bedingung aufgrund des breiten Lichtspektrums und der zur Verfügung stehenden Materialien nicht exakt zu erfüllen ist, wird sie genähert, und es werden mehrere Schichten aufgebracht, um eine möglichste geringe Restreflexion zu erreichen. Reale Systeme erreichen über das sichtbare Spektrum durchschnittliche Werte von 0.3% Restreflexion bis ca. 0.5% Restreflexion entlang der optischen Achse, auf der die Transmission gemessen wird. Für schräg einfallendes Licht sind diese Werte in der Regel geringer.

Foto Finn Marquardt