Elektromagnetische Wellen, deren Wellenlänge zwischen etwa 20 müh und 300 müh liegt, werden als Lichtwellen bezeichnet. Die Wärmewellen umfassen das Gebiet von 750 müh bis 300 müh (ultra- oder infrarote Lichtwellen).

Das Gebiet von 400 müh bis 750 müh (millionstel Millimeter) faßt die eigentlichen sichtbaren Lichtwellen zusammen. Die kürzeren, vorwiegend chemisch und biologisch wirksamen Wellen heißen ultraviolettes Licht.

• Anmerkung : Wir befinden uns im Jahr 1943 in der deutschen Hightech-Welt. Darum ist anzumerken, hier stehen die Grundlagen der Laserdiode, an die aber damals noch niemand gedacht hatte. Auch an die Halbleitertechnik wurde noch nicht gedacht.
• Und als Albert Einstein in seine späten Lebensjahren an der Universität in Princeton gefragt wurde, was ihn in seinem Leben am meisten bewegt hatte, so sprach er : Alles habe ich verstanden, nur das mit dem "Licht", das ist mir nach wie vor unklar.

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Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit aller dieser Wellen im Vakuum ist 300.000 km/s; innerhalb der Körper werden die elektromagnetischen Wellen von den Körpermolekeln beeinflußt. Demzufolge ist die Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Lichtes in verschiedenen Stoffen verschieden. Das Verhältnis der Geschwindigkeit im Vakuum zu der im Körper heißt Brechungszahl (Brechungsexponent).
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Für die Lichtwahrnehmung ist die Leuchtdichte und die Farbe maßgebend. Die Leuchtdichte wird durch die objektiv vorhandene Strahldichte und die spektrale Hellempfindung des Auges bestimmt. - Farbe ist daneben durch Farbton und Sättigung bestimmt. Als Weiß (Unbunt) wird eine Strahlung bezeichnet, wenn die Strahlungsquelle bei allen in Betracht kommenden Wellenlängen mit gleicher Energie strahlt (energie-gleiches Spektrum).

Die sich zu weiß ergänzenden Farben werden Komplementärfarben genannt. Rot-Grün, Orange-Blau, Gelb-Violett. Sichtbares Licht wird z. B. erzeugt: von der Sonne, durch glühende Stoffe, leuchtende Gase.

Tritt ein Lichtstrahl aus einem Medium in ein zweites Medium anderer optischer Dichte, so wird der Lichtstrahl abgelenkt (gebrochen). Der Quotient aus dem Sinus des Einfallwinkels im ersten Medium durch den Sinus des Brechungswinkels im zweiten Medium heißt Brechungsexponent.

Es ist dies das Verhältnis der Fortpflanzungsgeschwindigkeiten in beiden Medien. Die relative Brechungszahl mißt die Lichtablenkung beim Übergang aus Luft in das zu untersuchende Medium; die absolute Brechungszahl wird durch Multiplikation der relativen Brechungszahl mit dem Koeffizienten 1,00003 erhalten. Die Brechungszahlen sind abhängig von Temperatur, Wellenlänge des Lichtes, Aggregatzustand und Druck; bei Lösungen auch von der Konzentration (Refraktometer").
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n = Brechungsexponent
c = Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Lichts
λ (Lamda) = Wellenlänge des Lichts
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Formel .... kommt noch
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Stoffe mit größeren Brechungsexponenten nennt man „optisch dichter" = kleinere Fortpflanzungsgeschwindigkeit des Lichts.
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Gelangt Licht auf seinem Weg an einen Körper, so kann es entweder hindurchgelassen, abgebeugt, absorbiert, an rauhen Flächen diffus und an polierten Flächen regulär reflektiert werden.

Beim Rückstrahlen des Lichtes gilt für ebene Flächen, daß der Einfall- und der Reflexionswinkel gleich sind und daß der einfallende und gespiegelte Lichtstrahl mit dem Einfallslot in einer Ebene liegen. Verschiedene Körper reflektieren auf sie fallendes Licht zerstreut als Licht von anderer Brechbarkeit. -

Das Verhältnis des von einem Körper reflektierten Lichts zur Intensität des auffallenden Lichts heißt Reflexionsgrad; er beträgt bei senkrechtem Einfall parallelen Lichtes für

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Ein weißer Lichtstrahl kann durch Brechung im Prisma in seine Farben zerlegt werden. Licht verschiedener Farbe wird bei gleichem Einfallswinkel verschieden stark gebrochen. Die Brechbarkeit wächst gewöhnlich mit zunehmender Schwingungszahl, d. h. bei kleinerer Wellenlänge. Die Reihenfolge der verschiedenen Farben ist aus nachstehender Tabelle zu ersehen.
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ist nicht weiter im Prisma zerlegbar. Seiner Erzeugung nach nennt man derartiges monochromatisches Licht auch spektral reines Licht (Erzeugung durch glühende Metalldämpfe, Geißlersche Röhren, Metalldampflampen).
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Den Tonhöhenunterschieden beim Schall sind die spektralen Farbenunterschiede des Lichts analog. Das Auge ist nur innerhalb einer Oktave, das heißt für ein Verhältnis 1:2 empfindlich, da es nur zwischen violett mit = 400 müh und rot mit = 750 müh empfindlich ist.
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Es wird Licht einer Wellenlänge absorbiert und dafür Licht mit andrer Wellenlänge ausgestrahlt. Es kann alle absorbierte Lichtenergie wieder als Licht auftreten, allerdings nur als solches mit größerer Wellenlänge. Es fehlen dann chemische und Wärmewirkungen. Uranoxyd färbt Glasflüsse intensiv gelb mit grüner Fluoreszenz. Manche Arten Flußspat, Petroleum, Äskulin-lösung haben blaues Fluoreszenzlicht. Bariumplatincyanür, verdünnte Fluoreszenzeinlösung: grün, Eosinlösung in Wasser gelbgrün, in Alkohol gelb; Chlorophyllösung, Didymglas: rot.
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Unter Phosphoreszenz versteht man einmal Lichtentwicklung, z. B. bei langsamer Oxydation (Phosphor, Arsen), beim Zerbrechen (Rohrzucker), beim Erwärmen (Fluß- und Kalkspat), oder die Fähigkeit verschiedener Stoffe, nach vorhergegangener Belichtung im Dunkeln weiterzuleuchten (besonders nach Bestrahlung mit ultraviolettem Licht), z. B. Erdalkaliphosphore, Luminophore, die Sulfide von Calzium, Barium, Strontium, Zink, verschiedene Arten von Kalk- und Flußspat.
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Auf Beschluß der „Union internationale pour les recherches solaires" soll für spektroskopische Messungen als normal die rote Cadmium-Linie dienen, deren Wellenlänge mit 0,64385034 müh festgelegt wurde. Der Wert gilt für Luft von 20°, 760 mm QS.
1 m = 1 553 164,13 λodr
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Als solche werden ihrer Lage nach unveränderliche dunkle Linien im Spektrum des Sonnenlichtes bezeichnet. Die auffälligsten sind mit Buchstaben bezeichnet und dienen zur Bezeichnung bestimmter Farben (s. Zahlentafel S. 53).

Glühende Gase sind für Farben, die sie nicht selbst ausstrahlen, vollkommen durchsichtig, die Farben eigener Strahlen werden absorbiert.

Das Spektrum glühender Gase und Dämpfe zeigt ein oder mehrere getrennte Spaltbilder (Spektrallinien), die für die chemische Beschaffenheit der betreffenden Gase charakteristisch sind.
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Die Vorgänge der Wellenstrahlung sind periodisch. Zwei Wellen gleicher Amplitude können sich verstärken oder sich gegenseitig schwächen und sogar aufheben, je nachdem, ob die regelmäßige Aufeinanderfolge der augenblicklichen Zustände der beiden Wellen gleich- oder entgegengesetzt gerichtet sind.

Der Abstand der aufeinanderfolgenden entgegengesetzten „Phasen" ist in jedem Wellenzug 1/2 Wellenlänge. Zwei Wellenzüge gleicher Intensität und gleicher Wellenlänge vernichten einander, wenn sie um 1/2 Wellenlänge gegeneinander verschoben zusammenkommen.

Beträgt der Phasenunterschied eine ungerade Zahl von halben Wellenlängen, so findet bei gleicher Intensität Auslöschung statt. Bei Gangunterschieden von gerader Anzahl von halben Wellenlängen findet Verstärkung statt. Der Phasenunterschied kann durch einen beliebigen Wegunterschied der beiden aufeinanderwirkenden Strahlen verursacht sein.

Es kann aber auch Phasenumkehrung durch Reflektion eines Strahles eintreten. Dies entspricht dem Verlust einer halben Wellenlänge. Es kann auch einer der beiden Wellenzüge auf einer gewissen Wegstrecke eine andre Geschwindigkeit erhalten (z. B. durch Brechung in einem anderen Medium) und so Interferenz hervorrufen. Dieser Vorgang des Zusammentreffens mehrerer Wellenzüge heißt Interferenz.

Interferenz zeigen z. B. dünne Schichten durchsichtiger Stoffe, die in Glühlicht betrachtet werden. (Seifenblasen, Öl auf Wasser, Anlauffarben erhitzter blanker Stahlflächen als dünne Oxydschichten, Perlmutter, Newtonsche Farbenringe bei der Prüfung optischer Linsen, bei der Prüfung von Flächen mittels planer Quarz- oder Glasplatten als dünne Luftschichten.)

Alle diese Erscheinungen werden durch die Interferenzen der an den beiden Grenzflächen der Schicht reflektierten und zusammen ins Auge kommenden Strahlen verursacht.
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Fällt Licht durch einen schmalen Spalt auf einen Schirm, so entsteht ein nach beiden Seiten ausgezogenes farbiges Bild des Spaltes. Bei senkrechtem Durchfall von einfarbigem Licht entstehen neben dem durch das geradlinig durchfallende Licht entstehenden Bild des Spaltes noch beiderseits scharf begrenzte Helligkeitsmaxima, die nach den Seiten schnell abnehmen.

Es ist λ = bd / a

λ = Länge der Lichtwellen,
b = Breite des Spaltes,
d = Abstand der ersten Stelle kleinster Helligkeit von der Mitte des Beugungsbildes,
a = Abstand des Schirmes vom Spalt.
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Fällt das Licht senkrecht durch mehrere schmale Spalten gleicher Breite und untereinander gleichen Abständen, so heben sich die durch die verschiedenen Spalten fallenden Lichtschwingungen vielfach auf. Das Licht wird durch das Filter in Spektra zerlegt, in denen das rote Licht am stärksten abgelenkt erscheint.

Es ist λ = (d sin x) = (d sin y) / 2 = (d sin z) / 3

sin x = λ / d

d = Gitterkonstante = Abstand der Mitten benachbarter Spalte Voraussetzung ist, daß d ähnliche Größenanordnung hat wie die Wellenlänge des Lichtes.

x, y, z = Winkelablenkungen des gebeugten Lichtes 1., 2., 3. Spektrum.

λ = Wellenlänge des gebeugten Lichtes.
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Das natürliche Licht schwingt transversal ungeordnet, d. h. seine Schwingungsebene wechselt allseitig unendlich rasch.

Vollkommen, geradlinig oder linear polarisiertes heißt solches Licht, bei welchem die Schwingungsebenen für alle Strahlen dauernd parallel sind. Die Schwingungen erfolgen senkrecht zur Polarisationsebene.

Fällt Licht auf einen durchsichtigen Körper mit einem bestimmten Einfallswinkel (Polarisationswinkel), so ist das reflektierte Licht vollkommen polarisiert, von dem gebrochenen Licht ist ein Teil polarisiert. Es ist der Brechungsexponent des spiegelnden Mittels n = tg <p (Polarisationswinkel).

Für Glas mit einem Brechungsexponenten n = 1,53 ist <p = 56,8°. Ein Glasplattensatz aus planparallelen Scheiben ergibt fast vollständige Polarisation des gebrochenen Lichtes, wenn das zu polarisierende Licht unter dem Polarisationswinkel einfällt.
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Kristalle, die nicht dem regulären System angehören (anisotrop), zerlegen in den meisten Fällen einen Lichtstrahl in 2 rechtwinklig gegeneinander polarisierende Strahlen, die verschieden stark gebrochen werden.

Man unterscheidet 6 Kristallsysteme; optisch ordnen sich diese in 3 Gruppen.

1. Die regulären Kristalle verhalten sich wie nichtkristallisierte Körper und haben keine Doppelbrechung. (Würfel des Sylvins und Steinsalzes, Oktaeder des Diamants und des Flußspats.)

2. Quadratische und hexagonale Kristalle sind doppelbrechend und optisch einachsig. Optische Achse ist die Richtung, in der sich beide Strahlen mit gleicher Geschwindigkeit fortpflanzen. Bergkristall = sechsseitige Säulen, Kalkspat = Rhomboeder;

3. Die rhombischen, monoklinen und triklinen Kristalle, doppelbrechend und optisch zweiachsig.
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Bei doppelbrechenden Kristallen findet sich im Kristall eine besondere Richtung, in welcher die Doppelbrechung fehlt. Es fallen ordentlicher und außerordentlicher Strahl zusammen.

Bei optisch einachsigen Kristallen fällt die optische Achse mit der kristallographischen Hauptachse zusammen, z. B. beim Quarz parallel zur Kantenrichtung des hexagonalen Systems.

Der ordentliche Strahl folgt dem Brechungsgesetz. Die stärkste Doppelbrechung erfolgt in Richtungen senkrecht zur optischen Achse.
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Ein Nicoisches Prisma besteht aus einer vierseitigen schiefen Säule aus Kalkspat, welche so durchschnitten und mit Kanadabalsam zusammengekittet ist, daß bei der entstehenden Doppelbrechung der ordentliche Strahl an die Kittschicht zur Seite abreflektiert wird. Anwendung als Polarisator oder Analysator.
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Viele Körper, auch nichtkristallisierte wie auch Lösungen, drehen die Polarisationsebene um die Richtung des Strahles als Achse. (Quarz in Richtung der optischen Achse durchleuchtet, Zucker, Zuckerlösung.)

Die Drehung der Schwingungsrichtung ist für verschiedene Farben verschieden stark (Rotationsdispersion). Gelbes Natriumlicht dreht die Schwingungsrichtung in 1 mm Quarz um 21,67°.

Erscheint dem beobachtenden Auge die Schwingungsebene in Richtung des Uhrzeigers gedreht, so heißt der Körper rechts drehend oder positiv, im anderen Falle links drehend oder negativ.
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Durch Zusammenwirken zweier senkrecht zueinander polarisierter linearer Schwingungen, die mit verschiedener Phase schwingen, entsteht elliptisches oder zirkulär polarisiertes Licht.

Jeder durchsichtige Körper, der in ein magnetisches Feld gebracht wird, wird optisch aktiv. Es wird durchtretendes linear polarisiertes Licht in zwei Wellen zerlegt, die in entgegengesetztem Sinne zirkulär polarisiert sind und mit ungleicher Geschwindigkeit fortschreiten.

Nach dem Austritt setzen sich beide Komponenten wieder zu einer linear polarisierten Schwingung zusammen, deren Polarisationsebene gegen die der einfallenden gedreht ist. Nitrobenzol - Karoluszelle - schweres Bleiglas.
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