Beugung

Bei der Propagation verändert ein Lichtbündel seine transversale Struktur. Dieses Phänomen wird Beugung genannt und wird durch die Wellennatur des Lichtes verursacht. Der wesentliche Parameter zur Klassifizierung von Beugungserscheinungen ist die Fresnelzahl F. Diese dimensionslose Zahl ist definiert als der Radius des Strahlungsfeldes in der Ausgangsebene zum Quadrat dividiert durch das Produkt aus Wellenlänge des Lichtes und dem Abstand zwischen Ausgangsebene und der Ebene, in der die Lichtverteilung bestimmt werden soll. Bei großen Fresnelzahlen breitet sich das Licht nahezu geradlinig aus, die ursprüngliche Verteilung bleibt weitgehend erhalten (siehe unten bei F = 1000). Dies ist der Bereich der Geometrischen Optik in dem die Lichtausbreitung mit Hilfe von Lichtstrahlen beschrieben werden kann. Bei kleiner werdender Fresnelzahl treten die Beugungserscheinungen deutlicher hervor. Die Fresnelzahlen Optischer Resonatoren liegen in der Regel im Bereich von etwa 1 bis 10, bei Hochleistungsfestkörperlasern bis 100, so dass die Struktur des Strahlungsfeldes eines Lasers ganz wesentlich durch Beugungseffekte bestimmt wird.

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Beugung an einem Rechteckspalt bei verschiedenen Fresnelzahlen F. Die Anfangsintensitätsverteilung ist rechteckförmig. Man beachte, dass bei F = 0,2 die dimensionslose Ortskoordinate im Intervall (-10, 10) liegt, während sie bei den anderen Fresnelzahlen im Intervall (-2, 2) liegt.